基于云技术的水产品冷链物流可追溯系统研究

梁飞++陈进军++花开太

摘要：本文通过分析水产品冷链物流的特点，搭建了水产品冷链物流追溯系统的整体框架，设计了追溯平台的功能模块。对追溯平台运用的关键技术进行了研究，指出追溯云平台给予B/S架构，通过Spring框架的MVC分层设计模式实现页面层、中间层和数据层的分层体系结构，数据持久层位于中间层，并且采用iBatis轻量级持久框架。最后，就如何建设水产品物流追溯平台提出了建议。

关键词：水产品冷链；云技术；追溯平台

前言

近年来，随着人们生活水平的提高，对水产品的保鲜度和质量安全要求也日趋提升，提高水产品冷链物流质量势在必行。水产品质量受温度的变化影响很大，如果温度偏离了最佳的冷藏条件，水产品的货架寿命将减少，并且货架寿命减少的后果只会在整个冷链的最后阶段才能够显现。因此，有必要建立一个水产品冷链流的全程监控及追溯系统，这对确保水产品质量、提高冷链物流的水平有十分重要的意义。

目前，关于冷链产品质量监控和追溯问题，已有不少学者进行了研究和实践，许敏设计了基于物联网水产品冷链物流运输监控系统，汪庭满等以罗非鱼为例，研究了基于无线射频识别技术的罗非鱼冷链物流温度监控系統。在水产品冷链物流中，充分运用RFID、WSN、条码技术、WebGIS等技术构建监控和追溯平台已是发展趋势。本文试图在云平台技术的基础上结合二维码、RFID等相关技术，构建一个水产品冷链物流过程可视化、信息化的可追溯平台，并就建设平台的一些关键技术进行探索和研究。

一、构建水产品冷链追溯平台

（一）冷链监控与追溯方案设计

一般情况下，水产品供应链是将水产品从苗种采购、养殖到消费过程中各个环节所涉及的物流、资金流、信息流进行整合，把养殖场、加工企业、分销商、批发商和零售商等各方链接成一个具有整体功能的网络。而水产品冷链是在水产品供应链的基础上把所以涉及需要进行温度控制的环节进行整合而形成的一个完整链条。具体结构如图1所示。

为实现真正意义上的水产品冷链全程追溯，整个系统必须以水产品投入流通环节为起始点，直到零售完成到达消费者的餐桌。箭头表示水产品的供应流程，追溯系统以追溯云平台为核心，围绕整个冷链，对全程数据进行采集。整个冷链追溯体系基本上覆盖了冷链中的所有环节，不仅能实现全程数据采集，而且一旦监测到温度出现问题可能诱发质量安全问题或是发生水产品食品安全事件，可以第一时间定位问题所在，为及时科学地采取应对措施提供了重要的依据。

（二）基于云平台冷链监控与追溯平台总体结构

由水产品冷链结构可知，全程追溯源体涉及到的环节、企业非常多，在不影响全程溯源的前提下，为合理降低追溯系统复杂度，结合实际的冷链过程，可将冷链划分为几个重要的追溯阶段，设计水产品冷链全程追溯系统总体方案图2所示。

冷链平台可分为感知层、网络层和应用层。感知层也就是具体操作层，主要依靠RFID、无线温度传感器、GPS全球定位系统准确采集冷链过程中所用的产品信息、产品状态信息以及环境信息。在捕捞阶段通过植入式的RFID记录水产品的产地、捕捞时间等关键信息；在运输阶段通过无线温度传感器及GPS采集水产品的保存温度及所处地理位置及时间信息；在零售环节消费者可以通过二维码、手持终端追溯产品信息，由互联网、局部无线通讯网、移动通讯网络等数据通讯网络和网络管理系统组成的网络层负责传递和处理各种从底层采集来的数据。应用层主要由云平台组成负责对整个追溯系统的数据进行存储、分析并根据业务需要进行处理。

二、平台的主要功能

水产品及时有效的监控、信息查询和信息追溯离不开冷链物流监控与追溯平台。而这个平台的建设，需要将各方需求信息和实际运行信息有效的联系起来，需要冷链主体如水产品养殖企业、运输企业、仓储企业和销售企业能够为冷链追溯平台提供有效数据，已经具备数据采集能力的企业提供数据访问接口，还不能进行数据采集的企业要通过设备的升级改造达到平台所需的数据采集要求。水产品冷链追溯平台的技术主要包括三个方面。首先是数据采集，有效的把这些数据融合到平台上，是冷链追溯平台的运行基础；其次是平台还要实现冷链全过程温度等关键参数的实时监控和预警，对冷链过程中出现的紧急情况进行处理，保证水产品全程冷链符合要求。最后是满足监管部门、养殖企业、运输企业、仓储企业和销售企业以及消费者对水产品追溯信息的查询需求。根据水产品冷链中各环节的功能需求分析，设计的追溯平台由政府联合监管平台、信息查询、追溯查询及系统维护四个部分组成，功能图如图3所示。

（一）政府联合监管模块

主要包括检查数据、政策法规、相关行业新闻。本模块主要为相关行政部门服务，既方便政府通过平台进行有效的监管，也可以作为一个行业相关政策及新闻的发布渠道。

（二）信息查询模块

为平台用户提供冷链过程中信息的查询服务，主要为水产品的基础信息如产地、捕捞时间、品类、质量等。运输信息包括运输工具、运输时间、运输温度、运输线路等，销售信息包括销售地点、上架时间、销售温度等。平台收集并保存这些从冷链各个环节收集来的数据并进行集成，方便用户通过各种渠道进行查询。

（三）追溯查询模块

为监管部门、企业和消费者提供通过RFID或者批次号及条码对水产品进行追溯查询的服务，消费者可以通过手机扫描二维码进行追溯查询，主要查询产品的原产地、捕捞时间、规格、保质期和整个冷链过程中的温度曲线等数据，也可以根据相应权限查询水产品的实时信息。在追溯的过程中发现任何问题都可以通过平台直接向相关企业和政府部分进行反馈。

（四）系统维护模块

主要包括企业维护、操作用户维护、权限管理、系统参数设定四个部分。本模块主要完成平台用户的增减及相关权限的设定以及相关参数的设定，保障系统安全平稳的运行。endprint

三、云平台技术

追溯云平台是整个水产品冷链追溯系统的核心，如何构建追溯云平台并实现上述的全部功能，将直接影响到整个系统的实际效果。在众多的追溯系统中，由于SaaS服务模式的核心思想是将用户与应用相分离，实现多个用户对应一个系统的应用模式，该模式在降低来系统开发难度的同时还大大提高来系统运行的效率。

（一）基于SaaS的追溯云平台

SaaS软件作为一套软件租用模式，其目的在于降低应用软件的开发成本和所需的工作量。随着此服务模式的不断发展，起应用模型也在不断地改进和提高，根据发展完善程度，将其划分为四种登记模型，如图4所示。

模式一跟传统的软件服务模式相近，这种模式由于开发成本、运行成本、维护成本以及硬件费用高昂给服务提供商带来了巨大的成本压力。模式二可以通过修改系统配置实现一套系统满足不同用户的需要，但从本质上还是需要每个用户提供一个单位的应用实例，成本上不能有很好的改善。模式三可实现真正意义上的SaaS，满足了多用户同时访问的需求，但依然存在系统复杂、开发难度大、投入高的缺点。模式四通过在模式三的基础上增加负载均衡部分，提高了系统的弹性和伸缩性解决了模式三种存在的缺陷。

由于水产品的全程追溯涉及多企业、多环节、多系统和广地域，具有数据分散的特点，如果要实现全程追溯则必须包含整个冷链的企业及系统，重新开放包含所有企业的追溯系统不仅在成本上非常高，而且也会提高整个系统的复杂度及后续维护的难度。综合考虑各种因素，采用基于SaaS的软件服务模型，有利于水產品追溯平台的实现。

如图5所示，追溯平台通过互联的接入实现了在地域上分离的各个冷链环节的整合，并实现了对数据的存储、协同、分析、处理、实现追溯及监测预警等功能。利用SOA面向服务体系结构技术完成不同系统、不同软件、不同平台的对接任务，从而能在最大发挥平台整合优势的同时也极大地降低系统的开发成本。

（二）平台框架设计

SaaS服务模式的中心思想是将系统应用于用户进行分离，实现一个应用服务多个用户的模式，即多个用户可共享一个应用实例。为实现SaaS模式，需要考虑用户之间兼容性问题，须将用户的数据、业务需求分离。因此，通过采用分层设计模式，将系统应用的显示、计算处理、业务逻辑处理模块分开，使其独立运行、互不干扰，从而实现一对多的“软件即服务”模式。目前在SaaS模式下的框架设计有三种形式，首先是基于MVC分层模式的框架设计，如图6所示。

MVC分层设计模式具有模块化、可复用、独立于平台的组件和服务的优点，避免了一般WEB开发模式的缺点，满足了繁杂多变的业务需求，并且易于维护扩展，尤其当开发企业级应用程序时，往往是开发人员的首选。其次是Spring系统，Spring是一个开源的WEB系统框架，最早是有Rod Johnson于2002年在其编著的《Expert One-on-One J2EE Design and Development》一书中提出并实现，主要是为例解决应用框架臃肿、效率低下以及脱离实际等状况所带来的维护困难问题。基于Spring的MVC分层框架图如图7所示。

由于Spring设计之初就是为解决企业级应用开发复杂性问题，所以才有Spring框架使得开发人员可以根据需求编写更简明、清晰、容易管理、方便测试和维护的程序。最后是iBatis持久层框架，iBatis是Apache基金会负责更新、维护的开源持久层框架，主要包括两类组件：SQL Map组件和DAO组件。其中DAO是数据库访问接口，包括应用系统可能用到的事务方法，应用程序操作数据库时调用该接口。SQL Map时SQL Database架构的核心，它以SQL作为和兴，支持继承、加载、关联、查询等性质，其具体结构如图8所示。

通过对以上三种设计框架进行分析，设计水产品追溯云平台的技术框架。追溯云平台给予B/S架构，通过Spring框架的MVC分层设计模式实现页面层、中间层和数据层的分层体系结构，数据持久层位于中间层，并且采用iBatis轻量级持久框架。

四、水产品冷链追溯平台建设建议

建设与一个适应市场需求的水产品冷链追溯平台，需要充分运用云技术和物联网技术手段，还需要系统的思考。就当前国内的水产品冷链追溯平台建设情况分析，需要在以下几个方面进行改善和提高。

（一）进一步完善政策法规

目前，冷链物流相关标准的缺失和政府政策法规的不完善是业内有目共睹的问题，这些标准和法规的不完善导致了冷链过程中各方没能有一个统一的协同标准，最后的结果即是冷链的“断链”。要克服冷链系统中的“断链”就必须针对参与冷链的所有企业和个人建立一个统一的协同标准，建设与水产品冷链发展相适应的政策法规。

（二）建立追溯系统的评价体系

建设的追溯系统由于面向的对象不同、所使用的技术不同，系统的实际运行效果千差万别。那么为了系统能够良性的发展，达到应有的效果就需要建立一套科学合理的评价体系。

（三）优化溯源过程中监测预警机制

水产品品质和特性都受温度变化的影响，如果温度偏离了最佳的冷藏条件这些产品的货架寿命将减少。但这个货架寿命减少的后果只会在整个冷链的最后阶段才能够显现。为了及时准确的找出温度出现偏差的冷链环节，高效准确的预警机制就成了必不可少的条件。

五、小结

本文针对水产品冷链物流的特点，结合云平台技术、物联网技术等现代物流信息技术手段，对水产品冷链物流追溯平台进行了研究，搭建了追溯系统的整体框架，设计了平台的功能模块，对追溯平台运用的关键技术进行了分析，并就如何建设水产品物流追溯平台提出了建议。

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基金项目：湖南省教育厅科学研究项目 “长沙市水产品冷链物流体系建设的若干关键技术研究”（项目编号：14C0812）。

作者简介：梁飞（1982-），男，陕西商洛人，硕士，副教授，研究方向：冷链物流，职业教育；陈进军（1977-），男，湖南邵阳人，硕士，讲师，研究方向：物流自动化；花开太（1985-）男，湖南宜春人，硕士，讲师，研究方向：冷链物流。endprint