農(nóng)產(chǎn)品安全是關(guān)系人民群眾身體健康和生命安全的國計民生問題，農(nóng)產(chǎn)品的安全產(chǎn)銷事關(guān)經(jīng)濟全局。本文以蔬菜作物為研究對象，在廣東東升農(nóng)場生產(chǎn)基地進行應(yīng)用示范，基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的思想，綜合利用智能化大數(shù)據(jù)管理，專家智能決策等現(xiàn)代化信息技術(shù)創(chuàng)制了一個為蔬菜安全產(chǎn)銷進行有效監(jiān)管和提供科學指導(dǎo)的一體化的蔬菜安全產(chǎn)銷服務(wù)平臺，包括信息采集系統(tǒng)、專家系統(tǒng)及監(jiān)管與服務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)三個子系統(tǒng)。

該平臺能夠幫助監(jiān)管機構(gòu)實時地對蔬菜安全生產(chǎn)進行有效監(jiān)管，采用專家決策給予生產(chǎn)者科學指導(dǎo)，提供給消費者產(chǎn)品的各個環(huán)節(jié)信息，實現(xiàn)質(zhì)量可追溯并可直接線上消費，完成蔬菜安全產(chǎn)銷的各個環(huán)節(jié)主動地監(jiān)管與指導(dǎo)。最后，搭建基于云平臺技術(shù)的數(shù)據(jù)中心，構(gòu)建完整的蔬菜安全產(chǎn)銷服務(wù)及監(jiān)管平臺。

引言

自20世紀70年代以來，諸如瘋牛病、禽流感等食品安全問題日益突出。為應(yīng)對這些問題，國際上自20世紀90年代以來開始研究應(yīng)用可溯源系統(tǒng)。

例如，歐盟于2000年發(fā)布的《食品安全白皮書》形成了較為完善的的農(nóng)產(chǎn)品/食品質(zhì)量安全追溯法律體系，2002年加拿大的《食品與農(nóng)產(chǎn)品的國家品牌戰(zhàn)略》，2003年美國出臺的《食品安全跟蹤條例》，2005年日本推行的《食品可追溯制度》等；

國內(nèi)于2000年左右開始研究應(yīng)用食品溯源體系。例如，楊信廷等研發(fā)的蔬菜安全生產(chǎn)管理及質(zhì)量安全追溯系統(tǒng)，張強等在蘇州市推行的蔬菜質(zhì)量安全追溯系統(tǒng)，董玉德等研發(fā)的基于農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈質(zhì)量安全可追溯系統(tǒng)，陳志雄等建立了企業(yè)茶葉質(zhì)量安全追溯系統(tǒng)。

目前國內(nèi)外對于蔬菜安全問題的研究著重于對生產(chǎn)的質(zhì)量管理與決策監(jiān)管服務(wù)設(shè)計質(zhì)量安全追溯系統(tǒng)，多是單一的監(jiān)管系統(tǒng)，少有人設(shè)計蔬菜安全產(chǎn)銷一體化的服務(wù)平臺，實現(xiàn)系統(tǒng)的集成。為蔬菜企業(yè)實現(xiàn)高效的效益提供技術(shù)支撐。盡管溯源系統(tǒng)能對農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)都進行有效記錄和追溯，其側(cè)重點總的來說還在于被動地監(jiān)管整個流程，即主要是記錄各個環(huán)節(jié)的狀態(tài)以進行追溯。為進一步有效保障農(nóng)產(chǎn)品的安全生產(chǎn)，更需要對農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)的主要環(huán)節(jié)進行主動監(jiān)管及科學指導(dǎo)。

引起蔬菜安全產(chǎn)銷問題的主因如下：土壤環(huán)境、農(nóng)藥化肥濫用、包裝貯藏不合規(guī)范等。其中的任何一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，都會導(dǎo)致蔬菜的安全產(chǎn)銷問題。因此，唯有對蔬菜產(chǎn)銷的各主要環(huán)節(jié)都進行有效監(jiān)管，才能切實保障蔬菜的安全產(chǎn)銷。此外，隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷深入應(yīng)用，可以不斷將蔬菜產(chǎn)業(yè)鏈的相關(guān)企業(yè)納入平臺中，形成一個相對完整的基于現(xiàn)代信息科技的農(nóng)業(yè)服務(wù)集群，推動整個農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的升級和發(fā)展。

下面將首先介紹本平臺的系統(tǒng)總體設(shè)計框架，然后對各個關(guān)鍵子系統(tǒng)進行詳細設(shè)計與實現(xiàn)，最后對試驗結(jié)果進行分析總結(jié)。

1 平臺設(shè)計

1.1總體設(shè)計

本文以蔬菜作物為例，利用現(xiàn)代化信息技術(shù)手段，將蔬菜生產(chǎn)環(huán)境、生長狀態(tài)、蔬菜流通環(huán)節(jié)以及各方主體（如生產(chǎn)者、農(nóng)業(yè)專家、經(jīng)銷商、消費者、監(jiān)管機構(gòu)等）都連接起來，實現(xiàn)實時在線收集數(shù)據(jù)，并基于這些數(shù)據(jù)構(gòu)建專家系統(tǒng)，搭建蔬菜安全產(chǎn)銷服務(wù)和監(jiān)管平臺，在系統(tǒng)平臺技術(shù)集成與開發(fā)后，在廣東東升農(nóng)場下轄的生產(chǎn)基地進行應(yīng)用示范。本系統(tǒng)主要由信息采集系統(tǒng)、專家系統(tǒng)及監(jiān)管與服務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)三個子系統(tǒng)構(gòu)成，系統(tǒng)總體設(shè)計示意圖如圖1所示。

圖1系統(tǒng)總體設(shè)計示意圖

1.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

1.2.1信息采集系統(tǒng)

本系統(tǒng)的信息采集包括對蔬菜作物產(chǎn)地環(huán)境信息的有效采集與遠程視頻監(jiān)控管理。利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，采集土壤的成分等以及大氣的質(zhì)量，并通過離線或在線方式傳輸至數(shù)據(jù)中心。同時，利用在農(nóng)業(yè)現(xiàn)場布設(shè)的無線視覺感知網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)不同方位、不同精度、不同維度的農(nóng)作物遠程監(jiān)控，以實時動態(tài)地了解農(nóng)作物生長階段及病蟲草狀況。

監(jiān)控過程捕獲的圖像/視頻信息，利用農(nóng)業(yè)現(xiàn)場的WiFi、3G/4G無線網(wǎng)絡(luò)及長距離的光纖網(wǎng)絡(luò)傳輸至數(shù)據(jù)中心。為保障圖像或視頻數(shù)據(jù)的可靠性，在傳輸至數(shù)據(jù)中心前，可以進行適當?shù)膲嚎s、加密等處理。通過按照實際需求頻率定時采集這些數(shù)據(jù)，可為針對性地確定種植合適的作物以及制定合理的噴水、施肥方案提供可靠的數(shù)據(jù)支撐。產(chǎn)地信息和生長信息監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)設(shè)置如圖2所示。

圖2納入系統(tǒng)的農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)信息

1.2.2專家系統(tǒng)

基于所收集到的大量土壤環(huán)境信息、農(nóng)作物長勢信息和病蟲草等信息，設(shè)計研發(fā)專家系統(tǒng)。利用此系統(tǒng)，根據(jù)土壤環(huán)境信息，結(jié)合農(nóng)作物種植規(guī)律，自動地制定合理的種植和施肥策略；根據(jù)病蟲草狀況，預(yù)測其發(fā)展趨勢，并給出合理的預(yù)警，甚至制定針對性的施藥方案，推送給相關(guān)人員；根據(jù)作物長勢，自動判斷生長階段，進而結(jié)合作物生長規(guī)律自動制定施肥方案。此外，對于一些疑難復(fù)雜問題，基于專家系統(tǒng)協(xié)同相關(guān)種植專家來進行解決。

1.2.3監(jiān)管與服務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)

為了方便地為產(chǎn)銷的各方主體提供便利的服務(wù)，也為相關(guān)主管部門提供有效的監(jiān)管，本文研制了產(chǎn)銷監(jiān)管和服務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)，包括開發(fā)網(wǎng)頁服務(wù)器和基于手機微信的應(yīng)用軟件。利用此系統(tǒng)，生產(chǎn)人員、種植專家、經(jīng)銷人員、消費者、質(zhì)檢機構(gòu)、監(jiān)管部門都能完成各自的需求和任務(wù)。這些人員的相互作用，構(gòu)成了蔬菜產(chǎn)銷的生態(tài)系統(tǒng)，可以達到相互約束和相互促進的效果。

2 系統(tǒng)平臺詳細設(shè)計

本文根據(jù)“互聯(lián)網(wǎng)+”的思想，利用日益發(fā)展的信息技術(shù)，通過多方位、多主體、多維度、多技術(shù)采集各種蔬菜生產(chǎn)和流通信息，實現(xiàn)蔬菜產(chǎn)銷的可追溯與智能服務(wù)，從而形成整套蔬菜安全產(chǎn)銷智慧化服務(wù)平臺。

2.1系統(tǒng)平臺的功能設(shè)計

為滿足蔬菜產(chǎn)銷環(huán)節(jié)各方人員的需求，設(shè)計開發(fā)產(chǎn)銷監(jiān)管與服務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)。系統(tǒng)以客戶端/服務(wù)器模型作為基本架構(gòu)，利用成熟的軟件開發(fā)技術(shù)，實現(xiàn)蔬菜生產(chǎn)人員、種植專家、經(jīng)銷人員、消費者、監(jiān)管部門、網(wǎng)站管理人員的所需功能，各自的主要功能需求如圖3中所示。此外，為了便于實現(xiàn)基于網(wǎng)絡(luò)的生產(chǎn)與銷售，設(shè)計了面向交易的功能模型，實現(xiàn)交易管理、網(wǎng)絡(luò)支付等功能。 

圖3平臺主要功能設(shè)計框架圖 

本平臺主要包括9個模塊，包括微農(nóng)場門戶、會員管理、商城配置、編輯商品、訂單管理、微農(nóng)場視頻監(jiān)控、CMS模塊、短信平臺和系統(tǒng)管理。

（1）微農(nóng)場的門戶首頁

門戶中包含了“關(guān)于我們”，“產(chǎn)品介紹”，“服務(wù)”、“農(nóng)業(yè)知識”、“新聞中心”和“在線留言”等子模塊。

（2）會員管理模塊

進入后臺管理系統(tǒng)，可以對微農(nóng)場的會員進行管理。在會員管理模塊中，可以增刪查改會員信息。另外還可以查看會員所擁有的優(yōu)惠價，會員所收藏的商品、會員所瀏覽過的商品記錄以及搜索記錄等。會員可通過購物車子模塊和收貨地址管理子模塊，管理自己的購物車和收貨地址。

（3）商城配置模塊

管理員可以通過商城配置，配置微農(nóng)場展示頁面中的商品?？梢蕴砑由唐穼傩缘姆N類、商品的規(guī)則、商品類型、品牌制造商、商品常見問答、客戶問題反饋以及關(guān)鍵詞等。

（4）商品管理模塊

管理員可通過商品管理模塊，對商品的資料、上架、下架、規(guī)格、用戶評價等進行管理。管理員可以為每種產(chǎn)品設(shè)置不同的規(guī)格，以實現(xiàn)不同的銷售策略。管理員可通過產(chǎn)品設(shè)置模塊，對每種規(guī)則的產(chǎn)品進行不同的定價以及銷售策略。該模塊可以查看管理用戶對各商品的評價。

（5）訂單管理模塊

訂單管理模塊可以實現(xiàn)對客戶在微農(nóng)場平臺購買農(nóng)產(chǎn)品的訂單進行管理。管理員可以查詢客戶的訂單，查看其交易進度，打印訂單，以及及時進行發(fā)貨。而用戶也可以通過該模塊查看訂單的詳情，并“確認收貨”。

（6）微農(nóng)場視頻管理模塊

管理員及用戶可以通過該模塊查看農(nóng)地現(xiàn)場的情況。

（7）CMS管理模塊

管理員可通過該模塊管理微農(nóng)場門戶中的新聞模塊、農(nóng)業(yè)知識等欄目及其內(nèi)容。

（8）短信管理模塊

管理員可通過短信模塊給客戶發(fā)送手機短信提醒。

（9）系統(tǒng)管理模塊

該模塊包含了管理員列表、角色管理、部門管理、菜單管理、定時任務(wù)管理、文件上傳管理、通用數(shù)據(jù)字典管理、系統(tǒng)參數(shù)管理、系統(tǒng)日志管理、地區(qū)管理、SQL監(jiān)控以及代碼生成器等功能。

2.2技術(shù)集成平臺設(shè)計

集成上述子系統(tǒng)，并額外搭建基于云平臺技術(shù)的數(shù)據(jù)中心，構(gòu)建完整的蔬菜安全產(chǎn)銷服務(wù)及監(jiān)管平臺。在搭建云計算平臺時，利用性價比較高的PC來組成計算機集群，利用光纖實現(xiàn)集群計算機之間的通信，采用強大的云計算軟件Hadoop實現(xiàn)云計算和云存儲的功能。技術(shù)集成主要包含硬件平臺和軟件平臺集成兩個方面。其中，硬件平臺集成主要搭建針對土壤環(huán)境、作物長勢、病蟲害的無線傳感器采集網(wǎng)絡(luò)以及各種服務(wù)器。

軟件平臺的集成，主要在相關(guān)服務(wù)器或終端設(shè)備上運行上述各種軟件系統(tǒng)。完成硬件、軟件方面的技術(shù)集成后，能生成一個蔬菜安全產(chǎn)銷智能服務(wù)及監(jiān)管平臺。在系統(tǒng)平臺集成時，為方便成果展示及多方協(xié)同，需采用可視化技術(shù)對土壤環(huán)境信息、作物長勢、病蟲害等進行展示，以圖像或視頻的方式使用戶能夠交互地瀏覽數(shù)據(jù)。此外，為了方便發(fā)揮農(nóng)業(yè)產(chǎn)地原有系統(tǒng)的效用，通過接口開發(fā)、中間件等方式將本系統(tǒng)平臺與這些原有系統(tǒng)進行對接，構(gòu)建更為實用的大系統(tǒng)。

2.3 應(yīng)用示范及完善

對于本文所研發(fā)的蔬菜安全產(chǎn)銷服務(wù)及監(jiān)控平臺，在廣東東升農(nóng)場下轄的生產(chǎn)基地進行應(yīng)用。在示范應(yīng)用的過程中，針對示范應(yīng)用產(chǎn)生的問題，不斷修正完善。

2.4環(huán)境設(shè)計

本文采用Spring、Springmvc、Mybatis、Redis以及Hadoop技術(shù),開發(fā)環(huán)境為jdk1.8技術(shù)，編程軟件為IntellijIEDA2016,Redis3.2，運行環(huán)境為Intel(R)Xeon(R)CPUE5-2683V3@2.00ghz,，內(nèi)存為64GB,操作系統(tǒng)為Winsever2008。

3主要關(guān)鍵技術(shù)

3.1數(shù)據(jù)分布存儲技術(shù)

由于網(wǎng)絡(luò)故障、服務(wù)器設(shè)備問題以及電路故障等問題，因此存在數(shù)據(jù)分布式備份存儲的問題。本系統(tǒng)中采用多個Mysql數(shù)據(jù)庫構(gòu)建主從數(shù)據(jù)庫，主數(shù)據(jù)庫主要負責記錄數(shù)據(jù)表所在的數(shù)據(jù)庫位置，分數(shù)據(jù)庫只要存儲不同的表。當操作人員通過Web端操作生成數(shù)據(jù)時，首先根據(jù)主數(shù)據(jù)庫DataNode尋找到需要進行數(shù)據(jù)操作的表，然后將數(shù)據(jù)進行分塊劃分后分別存入不同的數(shù)據(jù)庫中。這樣的數(shù)據(jù)更新方式既適用于蔬菜銷售企業(yè)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境不穩(wěn)定的情況，同時避免數(shù)據(jù)量過大時，造成數(shù)據(jù)庫過載，達到異地容災(zāi)的效果。

3.2基于Hadoop的精準推薦技術(shù)

將合適的商品有針對性的推薦給用戶能夠幫助用戶選擇滿意放心的蔬菜產(chǎn)品，同時能夠高效地提高蔬菜的銷售量，增加農(nóng)民的收入。本系統(tǒng)主要采用Hadoop技術(shù)對蔬菜的銷售數(shù)據(jù)進行預(yù)處理、統(tǒng)計以及特征提取得到分析數(shù)據(jù)。將分析數(shù)據(jù)經(jīng)過特征選擇算法選取購買蔬菜的偏好習慣特征并根據(jù)此類特征篩選出模型構(gòu)建數(shù)據(jù)。最后，本系統(tǒng)通過使用Hadoop自帶的機器學習算法構(gòu)建精準蔬菜推薦模型，該模型通過不斷分析和學習用戶消費數(shù)據(jù)完善自身推薦精準度并向用戶發(fā)送推薦信息。

3.3多級緩存技術(shù)

隨著系統(tǒng)用戶的增加，系統(tǒng)產(chǎn)生的產(chǎn)銷數(shù)據(jù)將會呈指數(shù)級的增加，這樣就會帶來一個問題用戶在刷新界面時會滯留一段時間，而且經(jīng)常會加載失敗。為了解決這個問題，本系統(tǒng)采用Redis結(jié)合Echache的三級緩存技術(shù)。針對于每個用戶訪問過的數(shù)據(jù)進行頻繁度高選擇的緩存，該緩存策略既能有效地節(jié)省內(nèi)存存儲空間，也能加速訪問頻繁的加載頁面，適用該系統(tǒng)面臨的使用人群龐大、訪問次數(shù)頻繁的特點。

4系統(tǒng)實現(xiàn)

4.1界面展示

如下圖4所示為本文所研發(fā)系統(tǒng)的兩個用戶界面示例；圖5所示為本文所研發(fā)系統(tǒng)的后臺界面示例。

圖4(a)門戶首頁

圖4(b)產(chǎn)品展示

圖5(a)登錄界面

圖5(b)后臺首頁

4.2系統(tǒng)穩(wěn)定性分析

圖6所示為本文所研發(fā)系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性分析圖，其中錯誤率是指系統(tǒng)平臺的服務(wù)器無法響應(yīng)的并發(fā)數(shù)占對應(yīng)總并發(fā)數(shù)的百分比?？梢钥闯?，當并發(fā)數(shù)低于1000，錯誤率幾乎為零；當并發(fā)數(shù)高于1000小于2500時，錯誤率會呈線性漸升。說明本系統(tǒng)平臺的服務(wù)器對于一定數(shù)目的并發(fā)數(shù)（不高于1000）完全可以對外部請求做出響應(yīng)，穩(wěn)定性能良好。

圖6系統(tǒng)穩(wěn)定性分析

5 結(jié)論與討論

本研究踐行了國家“互聯(lián)網(wǎng)+農(nóng)業(yè)”的行動計劃，提高了蔬菜安全產(chǎn)銷監(jiān)測的自動化、信息化水平，可以節(jié)省大量的人力和物力，為蔬菜生產(chǎn)者和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理部門提供準確、及時的監(jiān)測預(yù)報服務(wù)，促進蔬菜生產(chǎn)的健康綠色發(fā)展。

平臺與其他蔬菜安全系統(tǒng)的研究相比而言，其特點體現(xiàn)在：

1）創(chuàng)制了一個為蔬菜安全產(chǎn)銷進行有效監(jiān)管和提供科學指導(dǎo)的集信息采集、數(shù)據(jù)處理、產(chǎn)品服務(wù)一體化的蔬菜安全產(chǎn)銷服務(wù)模式化平臺；

2）改善了以往被動地記錄與追溯的狀況，完成蔬菜安全產(chǎn)銷的各個環(huán)節(jié)主動地監(jiān)管與指導(dǎo)；

3）基于智能采集的產(chǎn)地環(huán)境、蔬菜長勢、病蟲害等大數(shù)據(jù)管理，利用深度學習技術(shù)，結(jié)合專家協(xié)同，提供蔬菜生產(chǎn)安全閾值預(yù)警與智能決策支持；

4）平臺與服務(wù)器之間采用CS模式，并設(shè)計了負載均衡功能來提高服務(wù)器的承壓能力。不過，本系統(tǒng)仍存在著不足，目前本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析模塊還有待進一步的設(shè)計，暫未實現(xiàn)以豐富圖表對數(shù)據(jù)進行分析展示；建立的推薦模型還比較粗糙，對于消費用戶的人群刻畫還比較簡單，進一步改善用戶模型的刻畫，有利于提高推薦的精準度。