基于云計算的農(nóng)產(chǎn)品溯源系統(tǒng)平臺架構(gòu)探討

馬麗平　樊廣佺　張榮梅

摘要針對目前農(nóng)產(chǎn)品溯源系統(tǒng)中存在的問題，將云計算這種新的融合技術(shù)應用于農(nóng)產(chǎn)品溯源系統(tǒng)，提出了基于云計算的農(nóng)產(chǎn)品溯源系統(tǒng)平臺方案。

關(guān)鍵詞云計算；農(nóng)產(chǎn)品；溯源

中圖分類號S126；TP399文獻標識碼

A文章編號0517-6611（2017）36-0219-02

AbstractAiming at the existing problems in the traceability system of agricultural products，we applied a new fusion technology（namely cloud computing technology）in the traceability system of agricultural products.And we put forward the proposal of constructing the traceability system platform of agricultural products based on cloud computing technology.

Key wordsCloud computing；Agricultural products；Traceability

從20世紀70年代開始，農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量問題不斷出現(xiàn)，對人們的身體健康和生命安全造成了嚴重影響[1]。這些問題推動了追溯體系在農(nóng)產(chǎn)品領(lǐng)域內(nèi)的普及，大力發(fā)展和應用農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全追溯系統(tǒng)是未來發(fā)展的趨勢。

與一些發(fā)達國家相比，我國在農(nóng)產(chǎn)品溯源系統(tǒng)方面的研究起步較晚，體系尚不完善。某些地方政府、部委的區(qū)域農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量控制與追溯體系的研究與試點雖取得一定成效，但也普遍存在許多難以解決的問題，如標準不統(tǒng)一造成互不兼容，很難做到數(shù)據(jù)資源共享，形成“信息孤島”；資源重復投入，系統(tǒng)建設成本高，資源重復利用率和共享程度低[2]；溯源系統(tǒng)中海量數(shù)據(jù)的存儲問題尤其是半結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)存儲問題；服務對象多、服務能力需求大，很難滿足農(nóng)戶、企業(yè)、倉儲、物流、銷售、政府、監(jiān)管等溯源過程中處于不同節(jié)點的人員對溯源信息的需求；農(nóng)產(chǎn)品溯源精度不夠細致，溯源廣度較窄，追溯系統(tǒng)信息的真實性有待提高等。

云計算是互聯(lián)網(wǎng)時代信息基礎設施與應用服務模式的重要形態(tài)，是新一代信息技術(shù)集約化發(fā)展的必然趨勢，各行各業(yè)都結(jié)合行業(yè)特點對云計算進行了深入研究[3]。針對農(nóng)產(chǎn)品溯源系統(tǒng)中存在的問題，筆者將云計算技術(shù)引入農(nóng)產(chǎn)品溯源系統(tǒng)建設中，提出了一種基于云計算的農(nóng)產(chǎn)品溯源平臺方案。

1農(nóng)產(chǎn)品溯源系統(tǒng)

溯源系統(tǒng)是在整個產(chǎn)品供應過程中對產(chǎn)品的各種相關(guān)信息進行記錄、存儲的質(zhì)量保障系統(tǒng)，其目的是在產(chǎn)品質(zhì)量出現(xiàn)問題時，能夠快速有效地查詢產(chǎn)生問題的原料或加工環(huán)節(jié)，必要時進行產(chǎn)品召回，實施有針對性的懲罰措施[4]，藉此來提高產(chǎn)品質(zhì)量水平，盡量減少問題產(chǎn)品對社會造成的危害。

農(nóng)產(chǎn)品溯源系統(tǒng)是追蹤農(nóng)產(chǎn)品從生產(chǎn)、流通乃至消費全過程的系統(tǒng)，能通過食品識別號在網(wǎng)絡上對該產(chǎn)品進行查詢認證，追溯其在各環(huán)節(jié)中的相關(guān)信息，有助于質(zhì)量控制和食品安全保障。

相對于工業(yè)產(chǎn)品溯源系統(tǒng)，農(nóng)產(chǎn)品溯源系統(tǒng)具有其自身特點，如產(chǎn)品類型多種多樣、各種農(nóng)產(chǎn)品種類之間差異較大、中間環(huán)節(jié)多、農(nóng)產(chǎn)品（特別是蔬果類）保質(zhì)期較短、一些質(zhì)量問題（如農(nóng)藥殘留等）比較隱蔽、系統(tǒng)涉及用戶多且分散[5]、實施成本高等。因此，深入研究農(nóng)產(chǎn)品溯源系統(tǒng)具有重要的意義。

2云計算

所謂“云計算（Cloud computing）”就是用網(wǎng)絡連接大量廉價計算節(jié)點，通過分布式軟件虛擬成一個可靠的高性能分布式計算平臺[6]。云計算是基于互聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)服務的增加、使用和交付的一種新模式，提供可用的、便捷的、按需的網(wǎng)絡資源訪問。云計算提供可配置的計算資源共享池，包括網(wǎng)絡、服務器、存儲、應用軟件、服務資源，這些資源能夠被快速提供，只需投入較少的管理成本，或與服務供應商進行很少交互。由于云計算具有諸多優(yōu)點，如超大規(guī)模、虛擬化、高可靠性、通用性、高可擴展性、按需服務、極其廉價等[7]，所以云計算的應用服務范圍正逐漸擴大，阿里巴巴、百度、華為、京東等互聯(lián)網(wǎng)公司都提供云存儲、云服務器等各種云服務。

3基于云計算的農(nóng)產(chǎn)品溯源平臺

農(nóng)產(chǎn)品溯源是一個龐大的系統(tǒng)工程。農(nóng)產(chǎn)品從產(chǎn)地到餐桌的全程監(jiān)管涉及到農(nóng)業(yè)委員會、工商、質(zhì)檢等多個政府行政主管部門，這些部門又分省、市、縣多級管理。同時，也涉及生產(chǎn)基地、投入品產(chǎn)銷單位、批發(fā)銷售市場、第三方檢測機構(gòu)、物流環(huán)節(jié)、加工企業(yè)等多類涉農(nóng)單位。需要對各環(huán)節(jié)的信息進行采集，不同種類的農(nóng)產(chǎn)品采集數(shù)據(jù)不同，數(shù)據(jù)也有結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化之分?？焖僭鲩L的數(shù)據(jù)量使原有的數(shù)據(jù)采集、存儲、處理模式已經(jīng)很難適應各方面的需求。完整構(gòu)建這樣的質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)、流通、消費全過程的信息追溯，將整個鏈條生產(chǎn)、加工、運輸、倉儲、銷售環(huán)節(jié)全部貫通[8]難度很大。

根據(jù)食品可追溯體系自身特性的差異，美國學者Golan等[9]設定了衡量食品可追溯體系的3個標準：寬度（Breadth）、深度（Depth）和精確度（Precision）。其中，寬度是指系統(tǒng)所包含的信息范圍，深度是指可以向前或向后追溯信息的距離，精確度是指可以確定問題源頭或產(chǎn)品某種特性的能力。這3個標準也適用于農(nóng)產(chǎn)品乃至其他領(lǐng)域的產(chǎn)品。

基于云計算所具有的彈性服務、資源共享、按需服務、可通用性和泛在接入、低成本、無限存儲、數(shù)據(jù)高可靠性、維護簡單、快速部署資源或獲得服務，可實現(xiàn)動態(tài)的、可伸縮地擴展等特點[10]，整合地理信息系統(tǒng)（GIS）技術(shù)、全球定位系統(tǒng)（GPS）、遙感技術(shù)（RS）、無線射頻識別（RFID）技術(shù)、條碼等信息化技術(shù)，使云計算在農(nóng)產(chǎn)品追溯過程中的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分類、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)檢索和數(shù)據(jù)發(fā)布等海量信息數(shù)據(jù)的綜合管理中擁有強大的技術(shù)優(yōu)勢[11]。

基于云計算的農(nóng)產(chǎn)品溯源系統(tǒng)可將不同地區(qū)和部門的農(nóng)業(yè)信息資源進行整合，在數(shù)據(jù)之間建立虛擬信息鏈接，降低了網(wǎng)絡資源的零散性；能夠滿足操作者的不同需求，擴大信息的流通范圍，減少農(nóng)業(yè)信息的誤差，縮短信息傳播的時間[12]。通過虛擬化分散處理技術(shù)，可以大大提高多源異構(gòu)農(nóng)產(chǎn)品數(shù)據(jù)的處理能力；通過分布式可擴展的存儲模式構(gòu)建云存儲系統(tǒng)，可以容納爆炸式增長的農(nóng)產(chǎn)品溯源信息；層次化的云計算服務架構(gòu)可以滿足溯源系統(tǒng)中不同服務用戶的個性化需求，解決農(nóng)產(chǎn)品溯源服務平臺建設中的關(guān)鍵問題（如大數(shù)據(jù)存儲、服務對象多、服務能力需求大等），有效整合全產(chǎn)業(yè)鏈多數(shù)涉農(nóng)企業(yè)和廣大農(nóng)戶，降低企業(yè)在溯源環(huán)節(jié)的經(jīng)營成本，降低農(nóng)戶入網(wǎng)的門檻。

4基于云計算的農(nóng)產(chǎn)品溯源系統(tǒng)平臺架構(gòu)

通過對農(nóng)產(chǎn)品溯源系統(tǒng)和虛擬化、云計算等相關(guān)問題的深入研究，提出了基于云計算的農(nóng)產(chǎn)品溯源平臺方案。該平臺以規(guī)范化電子檔案為前提，以農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全數(shù)據(jù)庫為基礎，以現(xiàn)代化的信息網(wǎng)絡為紐帶，以農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全監(jiān)管信息平臺為載體，構(gòu)建農(nóng)產(chǎn)品溯源服務平臺架構(gòu)，將追溯農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)、加工、包裝、貯運、銷售全程納入監(jiān)管范圍，實現(xiàn)“從農(nóng)田到餐桌”完整的追溯鏈條，從寬度、深度和精確度3個方面來提高農(nóng)產(chǎn)品追溯水平，為保障農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全提供有力保障。

基于云計算的農(nóng)產(chǎn)品溯源服務平臺的主要功能是利用動態(tài)分配來實現(xiàn)資源共享，從而降低農(nóng)產(chǎn)品加工企業(yè)、農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)單位在信息系統(tǒng)建設方面的成本。在設計與開發(fā)云端服務平臺模型中，主要有5層：①第1層是基礎設施層，將分布于不同位置的服務器、存儲、網(wǎng)絡等硬件設備封裝成存儲資源池、計算資源池和網(wǎng)絡資源池，通過合理地調(diào)配策略，實現(xiàn)資源共享，為農(nóng)產(chǎn)品溯源提供計算、存儲、管理等方面的基礎服務。②第2層是數(shù)據(jù)層，可以統(tǒng)一調(diào)度農(nóng)產(chǎn)品溯源中的數(shù)據(jù)資源，負責數(shù)據(jù)的分發(fā)、備份和壓縮，刪除重復數(shù)據(jù)并對損壞的數(shù)據(jù)進行相應處理。對結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)通過關(guān)系數(shù)據(jù)庫進行存儲管理，而對非結(jié)構(gòu)化或半結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)采用云平臺進行存儲管理。③第3層是平臺層，是平臺架構(gòu)中的核心部分，包括系統(tǒng)的資源管理、軟件管理、服務管理、運維管理等。資源管理包括資源調(diào)度、資源監(jiān)控、能耗管理、虛擬機遷移等關(guān)鍵技術(shù)；軟件管理提供軟件開發(fā)運行平臺資源池，負責應用程序部署與管理服務；服務管理包括用戶權(quán)限管理、密碼管理、存儲管理和環(huán)境監(jiān)控等；運維管理包括系統(tǒng)監(jiān)控、日志管理和系統(tǒng)修復。④第4層是應用層，是農(nóng)產(chǎn)品溯源系統(tǒng)服務平臺，主要包括用戶管理功能、農(nóng)產(chǎn)品溯源信息的上傳與存儲功能、農(nóng)產(chǎn)品溯源信息的發(fā)布和查詢功能、農(nóng)產(chǎn)品履歷管理功能、溯源數(shù)據(jù)采集功能、身份標識數(shù)據(jù)中心、系統(tǒng)管理、基礎信息管理等。⑤第5層是終端訪問層，包括計算機終端、移動終端、智能手機等?？蛻艨梢酝ㄟ^各種終端設備方便地訪問農(nóng)產(chǎn)品溯源服務平臺的各種資源。

該平臺由政府提供的公有云平臺提供支持，包括平臺硬件和軟件。該平臺將各級農(nóng)產(chǎn)品安全監(jiān)管部門、農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)部門（包括農(nóng)戶）、農(nóng)產(chǎn)品的再加工企業(yè)、流通環(huán)節(jié)和農(nóng)產(chǎn)品的消費者納入進來。該平臺的各類用戶注冊后方能進入和使用該追溯系統(tǒng)，政府相關(guān)管理部門負責對用戶的身份進行認證。在該平臺上，可以通過多種終端進行農(nóng)產(chǎn)品追溯信息的發(fā)布、補充和查詢，滿足農(nóng)產(chǎn)品全程追溯的所有參與者的功能需求。

5結(jié)語

針對目前農(nóng)產(chǎn)品溯源系統(tǒng)存在的諸多問題，將云計算技術(shù)應用于農(nóng)產(chǎn)品溯源系統(tǒng)，從寬度、深度和精確度3個方面來提高農(nóng)產(chǎn)品溯源水平，以期推動農(nóng)業(yè)生產(chǎn)精準化、智能化，提升農(nóng)業(yè)信息利用的及時性、準確性，為農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全提供有力的保障。

參考文獻

[1]

楊雪.G市建設農(nóng)產(chǎn)品安全溯源系統(tǒng)項目研究[D].長春：吉林大學，2016.

[2] 葉嬌.云計算技術(shù)在農(nóng)業(yè)信息共享服務中的研究與應用[D].長春：吉林農(nóng)業(yè)大學，2013.

[3] 郭雷風，王文生，李秀峰.基于云計算的農(nóng)業(yè)科研創(chuàng)新信息服務平臺設計[J].安徽農(nóng)業(yè)科學，2013，41（7）：3203-3205，3210.

[4] 陳紅華.我國農(nóng)產(chǎn)品可追溯系統(tǒng)研究[M].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2009.

[5] 黃紅星，鄭業(yè)魯，劉曉珂，等.農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全追溯應用展望與對策[J].科技管理研究，2017（1）：215-220.

[6] 劉鵬.實戰(zhàn)Hadoop：開啟通向云計算的捷徑[M].北京：電子工業(yè)出版社，2011.

[7] 何文娜.大數(shù)據(jù)時代基于物聯(lián)網(wǎng)和云計算的地質(zhì)信息化研究[D].長春：吉林大學，2013.

[8] 張翔.農(nóng)產(chǎn)品溯源系統(tǒng)的設計與開發(fā)[D].杭州：浙江理工大學，2015.

[9] GOLAN E，KRISSOFF B，KUCHLER F，et al.Traceability in the U.S.food supply：Economic theory and industry studies[M].Washington DC：US Department of Agriculture，Economic Research Service，2004：830.

[10] 羅軍舟，金嘉暉，宋愛波，等.云計算：體系架構(gòu)與關(guān)鍵技術(shù)[J].通信學報，2011，32（7）：3-21.

[11] 李朝鋒.大數(shù)據(jù)時代基于云計算技術(shù)構(gòu)建農(nóng)業(yè)信息服務平臺研究[J].河南科技，2017（3）：19-21.

[12] 張耀.OpenStack云計算平臺在農(nóng)業(yè)信息化中的應用[D].武漢：華中師范大學，2015.