@农产品溯源中GIS应用

摘要

构建“从田间地头到餐桌”的农产品安全生产与溯源体系需求日益迫切。农产品的食品安全也是维持人们的生命健康重要因素之一。当前，农业信息化推进速度非常的迅速，各类型农业相关基础设施正在不断加强，信息技术能提供的资源也在日渐丰富，农业体系服务也在不断完善，信息技术在农业实践和科学产业发展中的应用日渐深入。从农产品产出和流通信息以及GIS技术作为出发和立足点，对各类型主体信息、各方行为进行整个统筹，达到农产品从种植到消费者的实时监控和溯源，从全局的角度，优化农产品流通领域的产业支撑和资源配置。

关 键 词

GIS；溯源管理；农产品产出；实时监控；农产品流通

0 引言

中国是重要的农产品生产和出口国家，农产品质量安全是近年来政府和消费者一直关注的热点问题，农产品的安全追溯也日益得到重视[1]。
当前，信息技术与互联网技术飞速的发展，我们国家的农业信息化水平也在不断的加强，更多的信息技术也在农业生产经营、日常管理、销售流通、咨询服务等各领域日趋深入。农产品从田间地头种植开始，农产品的安全追溯与产销流通等环节，已经成为农业发展过程中，管理和职能部门，他们工作当中最为重要的一环。为了更好的完善农产品产销服务、提高农业资金使用率已经成为新的发展趋势。
对于农产品在线上通过电商模式进行销售和线下通过商超、农贸市场为主的销售过程当中，农产品追溯的展示，它的主要特点就是农产品多面广而分散，遍布城乡各地，品牌农产品与地理空间信息关系密切，如龙头企业空间分布、三品一标、农资企业、品牌农产品地理位置信息。基于此点，阐述了基于 GIS 的管理方式将农产品信息化管理，能够方便地实现对企业监督、质量全程追溯分析、物流管理可视化等方面直观化信息管理[2]。

1 应用背景意义

在整个农产品溯源的过程当中，主要利用GIS技术，对农产品的产地进行调查和对环境检测结果进行划分，确定产地身份编码，并将生产过程中的各种信息输入到系统当中。通过对于头部企业企业、数字化程度较高企业进行数据库建设、基于地方政府监管部门建立三品一标数据库、品牌农产品数据库等，实现农业信息化服务、咨询服务、农产品线上商城、三品一标等功能。建立农产品电子商务、农产品安全溯源，形成完善的技术服务体系，将信息技术与农业生产管理实践有机融合，实现科研、生产、物流、商务全产业链一体化支撑，满足快速发展的经营管理需求。
同时，采用基于GIS的管理，将可视化程度高、定位准确等特点，全方位运用到对企业监督、空间产地定位、质量全程追溯分析、物流管理可视化等直观化信息管理等。
重点关注从整体上优化农产品流通领域的资源配置，提高我国农产品流通的效益。从全局角度讲，整个溯源体系分为种养殖、采摘仓储、生产加工销售、农药残留检测等各个环节。
在最终销售过程中产品，通过张贴电子条形码和打印条形码的形式，以条形码为载体将农产品的产地生产信息，加工流通过程信息和最后流向市场进行交易的整个流程串接起来，交易后的产品可以通过溯条码进行跟踪回溯。最终实现产地信息可查询，产业分布可展示、生产信息可统计。

2 数据模型的组织与构建

农产品追溯与电商平台设计主要是采用 JAVA 语言，当前主流SpringBoot，dubbo等微服务、分布式技术为核心，并结合ArcGIS进行开发的。

2.1 种养殖到销售溯源流程图

农产品追溯模型根据业务需求分析，确定各项指标值和对应的权重，针对消费者和相关检测机构上报的质量安全事件进行评估。对于自动检测到的农药残留检测值，前置设定一定的安全标准规范等级的体系。根据农药残留检测设备，将事件信息表中的产品追溯码和农产品名称进行直接关联，表中直接溯源到生产种植合作社。再根据产品流通过程表中的记录逐级追踪产品的下游记录‚根据记录即可实时查询出出事件涉及产品的流通渠道和种养殖合作社信息。

                           图1：模型实现流程图

2.2 整体技术模型流程图

模型中所涉及的数据包括空间数据与属性数据空间数据以 shapefile文件的形式进行存储而属性数据则主要存储 mysql中。模型中所涉及的相关数据分别存储于事件信息表、产品名称表和产品流通过程表3张数据表中。在属性数据表的设计当中有公共字段作为数据库外键，以此作为与 ArcGis空间数据联系的纽带。

                             图2：技术模型流程图[3]

3 空间分析方法的对比与选取

3.1 GIS强大空间分析功能

GIS 具备强大的空间分析功能，动态分析和确定各参数的空间分布及空间相关性，广泛应用于农业种养殖基础数据的获取、属性数据和栅格数据的数值计算、空间信息的分析等方面，从而实现为农业种养殖分析、管理和决策服务在遥感影像土地利用解译图的基础上[4]，运用GIS 的空间分析以及图像叠加功能，生成区域土地利用图[5]。构建区域内农业种养殖的分布式模型，通过 GIS 的栅格数据空间分析功能，比对出农业大规模种养殖的关键性源区[6]。

3.2 GIS空间提取技术

利用GIS提取技术，结合农业实际种植过程总，对于气候气象分析模型建立农情预报和作物估产的服务系统，进行农田信息采集，并结合信息化系统进行同步登记和标记，精准的记录农业地理信息管理[7]。
对农业耕种实现播种、施肥、防虫害、灌溉、收割等环节的数字化管理，根据土地耕种面积、品种，利用GIS的分析技术对农田进行定量施肥、定量灌溉和定量喷洒农药，科学、有效地对农田进行管理，并将环境污染降低到最小[8]。
根据数据建模和对农产品产业数量空间分布和规模空间分布图的数据分析，我们可以把使用系统的区县，是否存在农产品在各地市州种养殖上面的分布是否具有重复种植的现象[9]，是否存在产业分散布局，种养殖规模大小是否合理。是否会导致收获时，存在恶性竞争、恶意压价导致利润空间小，影响地区农产品品牌价值形象以及未来持续的发展。
3.3 GIS在农业信息中的应用分析
通过农产品溯源大数据服务平台的建设，根据当前农村信息服务体系的实际情况[10]，建立各种信息服务渠道交互打通，拓展信息的链接平台数据的多样性和多元性，为农民提供多种多样的服务信息。
利用GIS进行产品种养殖信息的惯例和农村留守剩余劳动力的信息分析，不仅可以了解产品和劳动力的数量、质量等特征，还可以了解产品和剩余劳动力的所在位置，并进行详细的空间分析，为准确决策服务[11]。
建立农业咨询专家系统，利用GIS的空间分析与统计功能，对信息、地形图、农业专业信息等进行叠加，进而产生农民所需求的信息，达到对农民产前、产中进行全方位指导服务的目的[12]。

4 应用模型的设计与实现

4.1 系统整体架构

                           图3：整体业务架构图

系统建设从整体角度，主要分为三个层次：应用层、平台层、数据中心，其中ArcGis的业务应用，主要在应用层当中。整个溯源体系包含了农产品的生产加工、农产品质量检测、农产品流通三个主要环节，同时每个环节的数据环环相扣，并采用区块链的数据存储方式，按照链式结构进行进行Hash加密存储。

4.2 农产品溯源与空间数据分析

将农产品生产过程中的各种信息准确输入到每块农产品的编码区内，并结合 EAN /UCC 条码技术跟踪农产品的流通环节，最终通过二维码载体将农产品的三大环节的各种信息串联起来。同时交易后的农产品可以通过溯源码进行农产品信息的回溯[13]。
在对空间数据进行处理和分析的过程中，主要根据地理信息系统(GIS)空间分析功能，并能够进行可视化展示的系统[14]。农产品种养面积为基础数据，利用ArcGIS，绘制系统铺设和投入使用的农产品空间分布图，进而分析农产品的空间分布特征[15]。

4.3 空间数据分析与数据决策

农产品质量安全追溯模型是以传统的追溯系统为基础与ArcGis相结合构建的。其实现过程中综合JavaScript和 J2ee等多方面的技术实现了追溯信息在地理空间的显示并通过实例对模型进行了演示[16]。该模型可以在发农产品质量安全问题时快速定位到企业并模拟出问题农产品的流通渠道为相关部门提供了相对直观的决策息。可以相信随着模型应用要求的不断提高对ArcGis的研究也会不断的深入从而使模型更加完善[17]。

5 推广应用前景与措施

5.1 推广难点

农产品质量安全溯源系统的建设，从食品安全的方面，可以打消消费者对于食品安全的疑虑，特别是现在流行的一个词语“海克斯科技”，人们都对食品安全有着非常大的担忧，从消费者的角度，更倾向于购买高质量的农产品。同时，系统在构建的过程当中，考虑乡镇和乡村的实际情况，特别是他们本身信息化就不发达的情况下，让一个乡镇和乡村掏出几十上百万来购买系统，这个是不现实的。

5.2 Saas服务推广

所以系统的建设之初，就考虑采用saas化进行应用的部署，每个乡镇或者乡村，只需要花费少量的金钱，一年1000元或者2000元进行服务的购买，系统提供全部功能和日常系统更新迭代，并同省、市农产品溯源系统进行打通。

5.3 区块链应用

结合区块链去中心、不可篡改、人人可以参与的特征，所有的追溯溯源数据，均可以进行上链，保证数据的真实性。

5.4 大数据分析

根据乡镇和乡村的拓展情况，综合业务生产数据和GIS空间分析数据进行汇总，形成数据湖，进行大数据分析。通过数学建模等手段，可以较为精确的分析，当地种养殖情况，避免一窝蜂的盲目种养殖，导致丰产不不丰收。
结合上述方面的优势，我认为农产品溯源+GIS空间分析应用是非常具有前景意义的，也是可以落地推广的。

6 结束语

信息技术的快速发展，结合国情，国家也在大力发展乡村振兴战略，农产品溯源+GIS空间信息分析也会成为国家社会食品治理安全体系中不可或缺的一环，因为一个国家能否切实解决食品安全的的问题关系到一个国家的长治久安，以及国家的持续性发展。农产品溯源+GIS空间信息分析是一个个突破并顺应信息时代新要求的食品安全追踪溯源治理模式。当前农产品溯源+GIS空间信息分析虽然已经进行大规模的应用，但科技迅速发展，大数据应用和科学分析才是提供农民增产的有效方式，避免了不科学和盲目的种植，什么赚钱就去做什么，完全不考虑市场的饱和度，中国的乡村振兴产业将步入快速发展的时代，让乡村居民人能真正感受到国家对乡村支持和保障，为乡村居民营造一座既能服务家乡又能提高食品安全的港湾。

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