基于Android的轉基因作物及產品溯源系統(tǒng)

周 婧，李鑫星，許文濤，劉恒一，焦偉華，張領先，*

(1.中國農業(yè)大學信息與電氣工程學院,北京 100083;2.中國農業(yè)大學食品科學與營養(yǎng)工程學院,北京 100083;3.山東財經大學農業(yè)與農村經濟研究中心,山東濟南 250014)

1 引言

轉基因作物在近幾年來發(fā)展迅猛，國際農業(yè)生物技術應用服務組織（ISAAA）的數據表明，2010年全球轉基因作物種植面積達到1.48億hm2，比2009年的1.34億hm2增加了1 400萬hm2，年增長率達10%，這是轉基因作物種植15年來排名第二的增長速度[1-3]。1996～2010年的15年間，全球轉基因作物的種植面積增加了87倍，轉基因作物累計種植面積超過10億hm2[4-5]。目前，中國已成為世界上最大的大豆進口國[6-8]。中國作為世界第一人口大國，耕地面積相對較小，有限耕地下的農產品產量與人民日益提高的需求產生矛盾[9-10]。在耕地不能擴大的基本國情下，還要保證提高糧食的產量，轉基因給予了非常好的解決方案[11-12]。

然而，隨著轉基因作物的迅速發(fā)展，人們對其安全性的爭論也越來越激烈[13-15]。國際上關于轉基因作物安全性問題的報道不斷出現，如1996年的巴西果過敏事件，1999年的美國大斑蝶事件，以及2010年初中國廣西精子事件等[16-17]。盡管以上事件被證明其試驗設計或結論都存在問題，但其無不加劇了人們對于轉基因食品安全性的疑慮。目前轉基因作物安全性問題主要包括兩個方面：一是有關轉基因作物環(huán)境釋放或商業(yè)化帶來的環(huán)境安全性問題[18-20]；二是食用安全性問題，即轉基因作物用于食品和飼料的安全性[21]。在遇到類似問題時，政府部門對于食品安全問題的解決方案通常是加大監(jiān)管力度，但這種方法的成效是非常有限的，漫長的生產、加工、管理、運輸線極大地增加了監(jiān)管與追溯的難度。而食品溯源技術可以打消人們疑慮，讓大家買的放心、吃的放心[22]。消費者有知情權，雖然學界對于轉基因食品安全性的爭論仍未停止，但國家法律已經允許許多轉基因食品上架銷售，消費者在選擇此類商品時，有權了解其是否是轉基因、屬于哪類轉基因、轉的是哪些品系品類等信息[23-25]。消費者有選擇是否購買的權利，但商家更有提供商品全部詳細信息的義務，而食品溯源技術恰恰是保證消費者知情權的最有效手段[26-27]。

針對上述轉基因作物生產過程中缺乏管理等情況，安全問題急需重視。再考慮到轉基因作物生產過程周期長，生產工序地點分散，需要監(jiān)管程序多，從業(yè)人員受教育程度參差不齊等情況，急需構建一套質量安全追溯系統(tǒng)，以加強生產管理，并有效保障消費者的知情權。本研究設計并開發(fā)了一整套質量安全追溯系統(tǒng)，主要提供生產信息追溯功能，將主要信息寫入易于讀取的二維碼中，便于消費者獲知生產信息，以此來保證轉基因食品的安全性。

2 系統(tǒng)需求分析

傳統(tǒng)意義來講，溯源系統(tǒng)最重要的兩個功能是：質量相關要素的追蹤，在生產過程中的每個重要環(huán)節(jié)都記錄下相關數據；其次就是當食品發(fā)生危害時，可以第一時間追溯危害的源頭，及時切斷事故的進一步擴大[28]。另外，考慮到轉基因作物生產過程特點，該系統(tǒng)還需要從用戶角度考慮，協(xié)助用戶在復雜分散的工作環(huán)境中準確地記錄數據。具體需滿足如下功能需求：

（1）轉基因作物質量信息追蹤功能；

（2）多用戶協(xié)同使用與權限層級劃分的功能[29]。

韓楊等[30]在2011年對影響中國食品追溯體系的因素做了分析，認為縱向一體化是企業(yè)實施食品追溯體系最理想的形式。即企業(yè)應該多元化其進貨渠道并與有規(guī)模有組織的供貨商合作。本系統(tǒng)設計時將其考慮為前提條件。值得注意的是，本系統(tǒng)為轉基因作物安全追溯系統(tǒng)，所以在生產過程中，雖然農民和不同工種的工人信息需要詳細存儲，但他們并不是系統(tǒng)的使用者。農民和工人的詳細信息的存儲是為了滿足記錄生產活動中溯源信息的需要[31-33]。該系統(tǒng)的用例圖如下所示：

圖1 轉基因作物安全可追溯系統(tǒng)用例圖

3 系統(tǒng)設計

3.1 系統(tǒng)功能模塊設計

根據需求分析，結合轉基因作物溯源系統(tǒng)的特點，將轉基因作物質量安全可溯源系統(tǒng)劃分為育種管理子系統(tǒng)、種植管理子系統(tǒng)、產品階段管理子系統(tǒng)、二維碼管理子系統(tǒng)和數據管理子系統(tǒng)。其中種植管理子系統(tǒng)又包括地塊分配、計劃種植、施肥管理、檢測、灌溉管理和病蟲害防治六個模塊。產品階段管理包括入庫管理、加工、出庫管理和運輸管理四個模塊。系統(tǒng)功能模塊圖如圖2所示：

3.2 系統(tǒng)服務流程設計

圖2 轉基因作物質量安全可追溯系統(tǒng)功能模塊設計圖

由需求分析和系統(tǒng)整體設計，并結合轉基因作物生產流程的具體情況和參與部門，設計出系統(tǒng)整體工作流程如圖3所示：

圖3 系統(tǒng)工作流程

工作流程由分配地塊、確定種植計劃開始。種植戶開始進行轉基因作物的種植。在此期間的施肥、灌溉、防治活動都要留下相關記錄。另外，檢驗部門要根據計劃對地塊的轉基因作物進行檢驗，如果不合格則立即開始追溯問題原因。轉基因作物成熟后，倉庫工作人員要進行采摘入庫工作，記錄入庫信息并生成追溯碼標簽。入庫后進行產品加工包裝存儲等待出庫。出庫之后轉基因產品可能需要若干次的運輸過程才能到達目的地，在此過程中仍要在每一次完成階段運輸后進行轉基因的檢測。

3.3 追溯碼編碼設計

轉基因作物的生產過程周期較長，空間分布較廣，為了保證轉基因作物溯源的準確性，需在整個生產流程中對轉基因作物進行唯一性的標識。在入庫前，轉基因作物的唯一標識是地塊，即轉基因作物與地塊標號一一對應。在入庫后，轉基因作物被貼上溯源碼標簽，轉基因作物的唯一標識轉化為溯源碼。其后的生產銷售過程，用戶都根據入庫時生成的溯源碼追溯轉基因作物生產信息。所以追溯碼是由當天的8位日期與4位地塊編號和4位每天不重復的隨機數組成的。追溯碼的9到12位與地塊一一對應。

3.4 查詢方式設計

轉基因作物溯源系統(tǒng)提供多種層次的查詢方式。最基本的生產商、生產日期信息會以文字的形式寫在追溯標簽上；其次，重要的追溯信息，例如轉基因的品種、轉入方式、檢測標準等信息會以二維碼的形式寫入追溯標簽，用戶只需要用手機微信的“掃一掃”功能即可查看這些信息；最全面的生產信息，將會以數據庫鏈接的形式寫入二維碼中，用戶用手機掃過二維碼后會向服務器的數據庫發(fā)送查看信息的請求，在這種形式中，用戶會全面得知該轉基因產品在生產運輸中的所有信息，確保該轉基因產品可以放心食用。

3.5 系統(tǒng)數據庫設計

根據上述需求分析以及系統(tǒng)流程設計，可以進行數據庫設計，數據庫設計匯總表如下：

表1 系統(tǒng)數據庫表設計匯總表

圖4 數據庫表關系圖

為了保證系統(tǒng)可以有效運行，數據庫的主外鍵設計應具有完備性。數據庫表關系如圖4所示：

4 系統(tǒng)實現

4.1 開發(fā)環(huán)境

本研究選用Java作為開發(fā)語言，該語言的優(yōu)點在于其跨平臺性，編寫成功后，能十分方便的在各個平臺運行，使得系統(tǒng)移植與平臺變遷更加便捷。語言運行環(huán)境為運行于Windows 7 64bit操作系統(tǒng)上的JDK1.6 64位版本。開發(fā)時的集成開發(fā)環(huán)境為IDE：Eclipse 3.4和安卓開發(fā)插件for Eclipse（ADT）。使用到了安卓開發(fā)庫：Android SDK（包含Android 1.5以上版本的類庫和AVD模擬器）。本系統(tǒng)采用Oracle進行數據庫的設計。Oracle數據庫處理數據速度快并且安全級別高，支持快閃以及完美恢復。

4.2 系統(tǒng)界面展示

圖5 登錄界面

圖6 系統(tǒng)主要功能界面

圖7 采購管理界面

圖8 種植管理界面

圖9 產品階段管理界面（入庫管理）

圖10 基礎數據（地塊信息）

圖11 二維碼掃描界面

圖12 二維碼掃描結果

5 結論

（1）通過對轉基因食品從生產到被消費者購買整個流程的詳細分析，找出了對轉基因作物質量安全影響較大的流程。通過對這些流程的分析，以及考慮到追溯系統(tǒng)的需求，對其進行了系統(tǒng)模塊設計。最后利用Java語言實現。

（2）對于轉基因作物質量安全可追溯系統(tǒng)做了細致的用戶權限劃分、需求分析、系統(tǒng)功能模塊設計和工作流程的梳理。針對轉基因作物生產過程周期長、工作地點分散和人員管理難度大等問題，設計出了功能完善、體驗友好的轉基因作物質量安全可追溯系統(tǒng)。

（3）在上述分析和研究的基礎上，配合SDK、IDE：Eclipse 3.4和安卓開發(fā)插件for Eclipse（ADT）的環(huán)境完成了系統(tǒng)的實現。然后，對系統(tǒng)的功能和性能做了測試，證明系統(tǒng)設計合理、開發(fā)技術過關，可以滿足各類用戶的實際需求。

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