毕业论文(设计)基于GIS 的蔬果农产品可追溯物流实现技术研究[J]16331.doc
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1、基于GIS的蔬果农产品可追溯物流实现技术研究屈晓晖 ,庄大方,邱东升 (中国科学院地理科学与资源研究所,北京 100101)摘要:为了实现蔬果农产品物流过程的可追溯,本文提出了一种基于GIS的溯源技术,通过分析蔬果农产品物流供应链的模式,结合产品可追溯提出了农产品可追溯物流的概念。在深入剖析蔬果物流可追溯地理空间特性基础上,讨论了如何利用GIS提供的空间显示、定位和分析功能实现蔬果农产品质量安全信息的空间化和可视化,从而达到可追溯的目的,并对实现中的关键技术问题如追溯信息编码、追溯信息传递、追溯信息空间化和追溯系统的应用集成等给出了具体的解决方案,为如何建立一个高效、可靠、实用的蔬果农产品物流
2、的可追溯体系提供了一个新的思路。关键词:蔬果农产品;可追溯;地理信息系统(GIS),农产品物流,供应链中图分类号:TP311 K909 文献标示号:AResearches on technique in traceability logistic of greenstuff based on GIS Qu Xiaohui ,Zhuang Dafang, Qiu Dongsheng (Institute of Geographic Sciences and natural Resources Research, Chinese Academy of Sciences, Beijing, 1001
3、01,China . e-mail: quxh)Abstract: To realize the traceability of greenstuff logistic, a technique of traceability based on GIS was provided in this article. Through analysis of traceability in supply chains of greenstuff logistic, a concept Traceability logistic of greenstuff products was introduced
4、. On the basis of deep analysis of geospatial characters in greenstuff logistic traceability, this paper discussed how to realize the traceability by using the functions of spatial visualization such as spatial display, spatial localization and spatial analysis provided in GIS. In addition, it provi
5、ded specific solutions to some key techniques such as coding, transferring, spatialization of traceability information and application integration framework of traceability system . An innovative idea has been brought forward in this paper for how to establish an efficient ,credible , banausic trace
6、ability system of greenstuff logistic using GIS.Keywords: greenstuff products, traceability, Geographic Information System(GIS), greenstuff logistic, supply chain _资助项目:国家科技部农业科技成果转化资金项目“全国无公害农产品物流管理和追溯系统”资助(K50080AJ)作者简介:屈晓晖(1971-),男,河南叶县人,中国科学院地理科学与资源研究所博士生,研究方向:大型空间数据库与地理信息系统。北京大屯路甲11号,100101。Ema
7、il: quxh0 引言随着我国经济的发展和农业技术的推广,蔬果农产品的供给格局发生了根本性的变化,不仅品种丰富而且数量充足,然而与此同时,质量隐患却令人担忧。在整个蔬果物流的各个环节都潜伏着质量安全风险因素,一方面在种植过程中由于生产者经验技术或利益驱动造成蔬果本身质量安全问题,另一方面在加工、储藏、运输、销售等环节的控制技术落后或人为管理不当而引起质量安全问题15。因此要保证人们餐桌上的安全,就必须对蔬果农产品的物流过程进行全程监控,建立可追溯的蔬果物流体系,实现蔬果农产品的质量监控与管理。可追溯是确保食品质量安全的有力手段,目前,许多国家的政府机构和消费者都要求建立食品供应链的可追溯机制
8、,有些国家已开始制定相关的法律,以法规的形式将可追溯纳入食品物流体系中。与此同时可追溯也成为科学领域内的一个研究热点,国际上许多学者开始从理论、技术甚至模型上展开了研究,比如 V. Caporale(2001)10 在分析了跟踪与追溯之间差别的基础上,对一些肉制品可追溯的应用和产品识别注册系统的主要特征进行了描述,详细阐述了可追溯在食品安全风险评估和管理中的重要性;Linus U. Opara(2003)12对农产品供应链中产品可追溯的基本概念、应用技术和未来前景进行了全面详细的综述,指出了农产品可追溯的快速和准确度在可持续发展农业中的意义和重要性,文章对3S(GIS、GPS、RS)技术在可追
9、溯中应用的可能性进行了分析,但由于涉及领域较多,显得广度有余而深度不足;Naas(2005)9等人采用安全、可信、实用、快捷四个决策要素,利用AHP分析工具对比了猪肉制品可追溯中的人工记录手段和电子识别方法,得出结论电子识别方法在数据记录和处理方面都能大大提高可追溯管理的高效性和可信度。另外对技术层面的研究也有许多报道,比如Lucia Lo Bello(1998)11等人通过对食品追溯过程中所需要的各种数据进行建模,利用WebService 技术构建了一个分布式的协同工作系统,解决了产品追溯的信息分散性和复杂性;Miguel (2003)14等人对葡萄牙的牛肉制品可追溯进行了研究,提出了一个基
10、于WEB概念的信息模型,并对追溯信息的搜集模式进行了描述,在次基础上构建了一个牛肉制品追溯系统,实用性比较强;Imad Elkhamri(2005)8通过分析RFID,BARCODE以及GPS技术各自的优缺点,讨论了在供应链一体化环境中如何将实时跟踪技术和自动识别技术结合在一起共同完成货运物流的可追溯,并结合铁路、航空、海洋、公路等运输业务的各自特点给出相应合适的建议,但作者仅从跟踪和识别技术特性上进行分析,没有给出具体的解决方案。Daniel A. Sumner(2006)13则从食品安全责任界定的角度,对物流过程的可追溯进行了建模,并对模型进行了公式化描述、推导和验证,结论认为物流过程的可
11、追溯可以提高食品的安全程度。但由于模型基于理想化的假设,限制了模型的实用化和可操作性。相比之下,我国对农产品可追溯的研究则处于起步阶段,在研究方向上更注重它的实用效果,但只是局限于小范围局部的应用上,系统性的研究尚不多见,而且多是政府和企业的行为,北京、上海、南京、云南、福建、山东等部分城市已开始制定和实施农产品可追溯体制的政策和措施,其中以山东寿光最具代表性,自2004年开展以条码为主的蔬菜质量安全可追溯系统的探索以来,目前已经能够通过编码系统对蔬菜生产流通的全过程进行记录,从生产到包装、仓储、运输、销售等全过程都可以通过编码进行追溯16。综合国内外研究进展可以发现,国际上对可追溯的研究无论
12、是在理论、技术还是实际应用方面都比较领先,但从笔者所查阅的文献来看结合GIS技术对农产品物流过程中空间可追溯系统性的研究尚未见于文端,本文在参考已有研究成果的基础上,阐述了农产品可追溯物流的概念,并根据可追溯信息的空间特性,结合GIS技术对蔬果物流的可追溯进行了实践性探索,实现了基于GIS的蔬果物流可追溯系统。1 蔬果农产品可追溯物流的地理空间特性由于蔬果物流过程的各个环节都潜伏着质量安全风险因素,实现蔬果物流过程的可追溯已势在必行。综合国际上对可追溯概念的定义并结合农产品物流过程,笔者将农产品可追溯物流定义为通过对农产品在生产、包装、储存、运输、销售等环节的每一步进行严格的信息记录,建立覆盖
13、整个农产品物流供应链的可追溯体系,实现对农产品物流活动的历史信息、使用方式和空间位置予以追踪的能力。这个定义不仅体现可追溯所依附的物流供应链中实体的特性,也体现了其地理空间的特性。在地理学上,地理空间(Geographic Space)是指物质、能量、信息的存在形式在形态、结构过程、功能关系上的分布式和格局及其在时间上的延续17。然而,一直以来,人们对蔬果农产品可追溯的认识局限于物流供应链的上下游流通领域内,却忽视了其作为地理空间实体的特性。首先,作为蔬果农产品来源的生产基地或企业在地域分布上具有空间特性和空间尺度;其次,蔬果农产品流通所依附的供应链具有明显的空间特性,供应链中的各节点分布及其
14、活动范围具有空间特性;最后,作为供应链的末端的最终消费者(或客户)在地理分布上的空间特性也很明显,客户信息中一个非常重要的属性就是客户的地址,这个属性反映了客户的空间分布。而信息的空间特性体现在位置的空间性、形态的空间性、分布的空间性以及信息实体之间关系上的空间性。因此,蔬果物流的可追溯不管从哪个角度来讲都体现着空间特性的本质,作为空间信息管理工具地理信息系统(GIS)的根本目的就是实现对空间数据的存储和处理,它集计算机图形和数据库于一体,结合电子地图,把空间实体的地理位置和相关属性有机结合起来,以直观的方式组织、分析和管理信息,并根据实际需要准确真实、图文并茂地输出给用户,实现信息的可视化。
15、在蔬果物流可追溯中它作为空间基础设施管理、计算、分析蔬果物流及其相关实体的地理坐标位置信息及相关位置上的属性信息。2 蔬果农产品物流供应链模式 自2001年6月农业部推出开展无公害农产品示范基地创建活动以来,到目前为止已创建了200多个基地。在多年的经营过程中逐步确立了生产基地、批发商、配送企业、零售商以及消费者在内的贸易参与主体,这些贸易参与主体组成了供应链中的各个节点。受农产品交易过程中的经济利益的驱动,在整个供应链中参与交易的贸易主体并不固定,由此形成了不同的蔬果物流供应链分支,大致可分三种形式,如图所示,供应链A、B、C、D、E是最基本的形式,这种形式的供应链涵盖的贸易实体比较全面,涉
16、及到蔬果物流的各个环节;实际当中有的生产基地拥有自己的配送企业,在交易中产品的输出往往会绕过批发商而直接进入加工配送企业,从而形成从生产基地-加工配送企业-零售商再到消费者的供应链A、C、D、E;也有的批发商为了追求利润直接将产品发往零售商如超市等,从而形成从生产基地-批发商-零售商-消费者的第三种供应链A、B、D、E。与此相对应,不同形式的供应链形成不同的追溯路径(如图1中兰色箭头所示)图1 蔬果物流供应链中的质量跟踪与追溯Fig.1 The tracing and traceability in the supply chains of greenstuff logistic在追溯时为了能
17、使追溯信息涵盖蔬果物流供应链的各个环节,物流各节点之间应该建立起通信机制,供应链中的每个贸易参与者必须向下一个贸易参与者传递产品确认信息12,这样供应链中各节点之间环环相扣,其中一个节点信息的中断都会造成整个追溯过程的失败,从而保证了可追溯信息的连续性(如图2示)。建立这样质量追溯的前提是:供应链中各节点都必须按照既定的格式详细记录产品的进货和出货以及中间加工过程的信息,并严格实行产品的批号管理,追溯系统必须记录农产品从生产基地(或农户)发货直到消费者收货为止的整个过程的产品批号,以此保证整个物流过程可追溯的连续性。 图2 追溯信息的链状结构Fig.2 the Catenulate Struc
18、ture of Traceability Information3 关键技术分析基于GIS的蔬果物流可追溯可理解为从地理分析或空间分析以及可视化管理的角度出发,以GIS技术为基础,辅助以定位技术、通信技术、WEB技术等进行产品跟踪与追溯的实时动态管理系统。GIS与蔬果物流过程跟踪与追溯系统的集成需要历经几个主要阶段:追溯信息数据结构的设计,追溯信息的采集与空间化,分布式追溯系统建设,追溯信息的提取与表现,在这个过程中需要解决以下几个关键技术问题:3.1追溯信息编码技术为了实现蔬果物流的可追溯,蔬果农产品自收获之始就必须分种类分批次地唯一标示,这个唯一标示是通过为产品赋予追溯码来实现的,追溯系统
19、通过对追溯码的管理达到跟踪和追溯农产品的基本信息(包括产品名称、生产日期、生产地点、产品批号以及质量控制信息)和历史信息(包括加工、配送和运输的历史记录)3。产品的历史信息有助于确认产品交易的各个交易方。当发生质量安全事故时,历史信息有助于认定事故所出现的交易环节和事故责任方4。因此在设计追溯码的时候除了遵循商品条目编码的基本原则之外,还要考虑追溯信息的全面性,但要尽量缩短追溯码的长度,这样既是为了条码打印的方便,也是为了在使用短信方式追溯查询时尽量占用较少的字符空间,方便用户输入;同时为了防止追溯码被私自修改,在设计追溯码时要采取一定的防伪和加密技术。基于以上的考虑,笔者在参照EAN/UCC
20、国际标准的基础上设计了符合中国国情的追溯码格式。遇到大数值信息段时,采用62进制算法将0-9、a-z、A-Z等62个可打印字符的字符值换算到0-61数值范围内,这样一个四位的字符就可以表示高达千万级的数字。例如:zzzz = 61*620+61*621+61*622+61*623 = 14776335。研究中设计的追溯码总长度25位,各段的编码格式与含义如下:AAAA BB CC EE FFF YYMMDD PPPPP QA段: 代表农产品种类,用4位62进制字符表示,位数不足时高位补零。 B段:代表省级代码,用两位字符表示,共34个,包括我国的各省、自治区、直辖市、特别行政区,如代码01代表
21、北京市。C段:代表县级编码,用两位16进制字符表示的(最大可表示一个省内255个县),如字符串FF表示的县级编码为15*16+15=255,位数不足时高位补零。E段:代表基地编码,用两位十进制数字表示,最大可表示一个县内99个基地,位数不足时高位补零。F段:代表每个基地的地块编码,用三位62进制字符表示,位数不足时高位补零。YYMMDD段:代表生产日期或包装日期,如060704表示日期2006-7-4。P段:代表生产批次,用5位十进制数字表示,位数不足时高位补零,该批次每日清零。Q段:代表校验码,用于识别追溯码的真伪,以防被人为修改。校验码的设计算法为:首先取追溯码的前24位字符,将每一个字符
22、的ASCII码值乘以对应的校验权数1或3,再相加。即从左到右第1、3、5、7等奇数位乘1加上第2、4、6、8等偶数位乘3后得到一个数A;然后取A的个位数a,如果a是0,则校验码为0,若a不是0,则用10减去a即为校验码。 以上各段信息除了校验码段都必须在数据库中存储,追溯时对各段信息进行反编码计算便可查询出产品源头基本信息。比如,追溯码000a010401065060704000230代表北京昌平小汤山特菜基地65号地块2006-7-4生产的春桃1号西红柿,生产批号为00023,校验码为0。3.2 追溯信息传递技术蔬果物流各节点之间环环相扣,其中一个节点信息的中断都会造成整个追溯过程的失败,因
23、此为了确保可追溯信息流的连续性和产品历史信息的完整性,物流过程中的每个贸易参与者必须向下一个贸易参与者传递产品确认信息,这个传递过程包括数据搜集、数据存储和数据共享等关键步骤。除此之外各贸易节点之间的信息需要通过某种方式进行关联,对所有这些关联进行控制和准确记录能使决策者及时了解到产品的状态信息,如接收、加工、出库等状态信息。蔬果物流节点之间的信息传递可以通过多种技术来实现,欧美发达国家多采用EDI(Electronic Data Interchange)电子数据交换技术4,但由于EDI投资大、缺乏开放性等原因在我国发展很慢,只在少数一些大的企业之间进行试点。因此笔者在追溯系统中考虑使用成本低
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