第 1 章 绪论
1.1 研究背景与意义
进入 21 世纪以来，随着我国经济的发展和人民生活水平的不断提高，人们对农产品安全的问题越来越重视，同时对农产品安全的质量要求也在不断提高。人们不但需要了解农产品的基本信息还需要了解更多农产品的生产、加工及物流等相关信息。近年来，一些农产品生产商为了获取更多的利益致使农产品上残存着大量的农药以及重金属等有害物质，导致农产品质量安全问题层出不穷。
农产品作为一种典型的“后验商品”（先验商品主要是指消费者在购买前可通过检查确定所买商品的质量，后验商品主要是指必须在消费之后才能确定所买商品的质量），只有当消费者进行消费后才能知道所买农产品是否具有安全性，所以在购买农产品的时候，消费者只能够通过以往的经验做出判断和选择[2,3]。农产品的质量安全直接影响着人们的生命健康和安全，农产品涉及到种植、采集、加工、运输以及销售等众多环节。目前主要靠政府干预调控进行管理，经常会出现一些食品安全问题有时甚至会造成严重的后果[4]。因此，让人民群众吃得安全放心，严把从农田到餐桌的每一道防线[5]。保障农产品的质量安全，将是农产品质量安全建设的必然趋势。
随着信息时代的到来，信息技术被广泛的应用在各个行业，信息产业的发展呈现出爆炸式的状态。在信息时代的发展下，信息技术在农业产业中的应用也日渐深入，农业信息化发展迎来了新的发展机遇。地理信息系统（Geographic Information System，GIS）作为一种交叉多种学科的新型空间信息系统，将地理学、计算机科学以及信息科学等多种学科集为一体，能够在多个领域中进行应用。
随着信息时代的到来，信息技术被广泛的应用在各个行业，信息产业的发展呈现出爆炸式的状态。在信息时代的发展下，信息技术在农业产业中的应用也日渐深入，农业信息化发展迎来了新的发展机遇。地理信息系统（Geographic Information System，GIS）作为一种交叉多种学科的新型空间信息系统，将地理学、计算机科学以及信息科学等多种学科集为一体，能够在多个领域中进行应用。
20 世纪 80 年代中期我国逐渐将 GIS 技术应用到农业领域，从开始的国土资源管理慢慢发展到农业资源信息管理、区域农业规划、病虫灾害研究、粮食作物估产和农业生态环境监测等多个领域，近些年又逐渐扩展到了精细农业等新型农业领域[8]。利用 GIS 技术可实现对空间数据进行采集、存储、管理、查询及编辑等操作，将 GIS技术的管理方式尝试与农业信息化集合在一起，使其具备可视化程度高、定位准确等特点，能够非常方便的实现对农产品生产过程中使用到的空间数据的直观化信息管理，为农业的信息化发展提供了大力支持。
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1.2 国内外研究现状
食品安全问题已成为全世界关注的一个焦点，许多国家根据本国情况先后建立了相适应的追溯系统[10]，畜牧业是全世界第一个引入追溯系统的行业[11]，在畜牧业的应用中获得一些成果后，逐渐将其引入到食品行业，例如：茶叶、水果以及蔬菜等[12]。
1.2.1 国外研究现状
国外对追溯系统的研究较早，对可追溯系统的理论研究也较为完善。早在 1995年 kim[13]就开始对可追溯制度进行研究。他认为实现可追溯制度的一个重要特征就是能够将要追溯的实体拆分为若干个可追溯的资源单位，从而确保追溯的完整性和通畅性。美国的学者 Elise Golan 根据追溯系统自身的特性差异，规定了可追溯系统制度的三个标准“深度”、“宽度”以及“精确度”。
第 3 章 系统的需求分析与概要设计 ······················ 15..........................
1.2 国内外研究现状
食品安全问题已成为全世界关注的一个焦点，许多国家根据本国情况先后建立了相适应的追溯系统[10]，畜牧业是全世界第一个引入追溯系统的行业[11]，在畜牧业的应用中获得一些成果后，逐渐将其引入到食品行业，例如：茶叶、水果以及蔬菜等[12]。
1.2.1 国外研究现状
国外对追溯系统的研究较早，对可追溯系统的理论研究也较为完善。早在 1995年 kim[13]就开始对可追溯制度进行研究。他认为实现可追溯制度的一个重要特征就是能够将要追溯的实体拆分为若干个可追溯的资源单位，从而确保追溯的完整性和通畅性。美国的学者 Elise Golan 根据追溯系统自身的特性差异，规定了可追溯系统制度的三个标准“深度”、“宽度”以及“精确度”。
2000 年欧盟开始将追溯制度引入农产品追溯中，以应对连续爆发的农产品安全事件，特别是疯牛病事件，为此出台了(EC)NO 1760/2000 和(EC)NO 1825/2000 法规，第一次从法律的角度上提出了对牛肉产品可追溯性的要求。2001 年 6 月，欧盟颁布的《食品安全白皮书》中指出以“农田到餐桌”全过程为基础，实现欧盟范围内所有销售食品的可跟踪与追溯，从而明确各个环节生产经营者应承担的责任[15]。2002年欧盟在之前的基础上，又颁布了(EC)NO 178/2000 法规，规定全部的食品都应能够进行追溯，对于不能进行追溯的食品禁止进口[16]。
2005 年，美国的 Schwagele 等[17]人运用射频识别（RFID）以及条码识别[18]等电子标识技术，建立了能够识别动物身份的系统，通过使用该系统可以迅速对动物的源头进行追溯。2009 年，日本的 Sugahara 等[19]人通过将移动网络技术与 FRID 技术相结合，利用 FRID 阅读器的扫描功能将农产品的信息存储到数据库，实现对农产品的追溯。2011 年，Ralf Bill 等人[20]在《GIS in Agriculture》中研究了农产品在种植过程中如何使用 PDA 输入检索农产品产地的土壤、植被、地形和时间的变化，同时结合地理信息系统（GIS）和 GeoWeb[21]服务实现农场管理，作为农场管理的工具。2013年，LO Gallant 等[21]人使用射频识别技术、GIS 技术和全球定位技术，将每个追踪到的农产品的所有数据进行收集并将其保存到数据库中，在追溯的每个环节，能详细的记录农产品的操作，实现了农产品从农场生产到流通到消费者手中的每个环节的全程监控。
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第 2 章 相关技术综述
2.1 地理信息系统
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第 2 章 相关技术综述
2.1 地理信息系统
地理信息系统（GIS）是二十世纪六十年代迅速发展起来的一种地理信息学研究技术，主要用来处理和分析地理数据的计算机空间信息系统[32]。地理信息系统起源于地理学，但是又不同于传统的学科（例如：地理学、地图学和测量学等），GIS 能将各种信息与地理位置和有关的视图进行结合，并且把地理学、计算机科学、几何学以及各种应用对象（GPS 技术、Internet、多媒体及虚拟现实技术等）进行融合，利用计算机图形与数据库技术实现属性数据的采集、存储、编辑、分析以及输出地理图形等功能[33]。
GIS 具有如下几个特点：
1) 同时具有空间信息和属性信息，
GIS 中数据库管理系统将这两种信息结合在一起，实现共同管理和应用，为人们提供一种全新认识地理现象的思维方式。
2) 利用系统的基本单位——图层，可根据空间数据中特征的不同进行分层，将具有相同特征的局部数据从整体中分离出来单独进行研究。
3) 利用计算机对 GIS 提供的支持，即使对于复杂的地理信息系统也能够快速、准确的进行空间定位和过程动态分析。
4) 通过计算机系统对地理空间数据的管理，利用专门的程序对空间数据进行分析，得到一些有用的信息，可以完成人类难以完成的工作。GIS 系统结构图如图 2-1所示。
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2.2 农产品跟踪及追溯基本理论与概念
2.2.1 基本追溯理论
“追溯”（Traceability）在国际标准化组织（ISO）中最初的定义是：“具有通过标记的识别码对某一实体的历史情况、应用以及位置等信息进行追溯的能力”，而后对追溯定义为“具有对实体从生产到销售的各个环节进行跟踪的能力”[34]。
在韦伯斯特字典中的定义为：“追溯就是具有对某一实体的历史进程或活动能够进行分析和跟踪的能力”[35]。在本文中，跟踪对于农产品来说就是指从农产品的种植到加工，从物流运输到销售的每个过程都能跟踪的能力。追溯就是通过对特定单元的识别，回溯农产品来历的能力。主要是指消费者通过农产品包装上二维码条码的扫描，追溯到其生长基地、基地种植状况以及物流车辆运输信息查询的能力。
要实现对农产品跟踪及追溯[36]系统的实施，需要对农产品供应链中每个环节的农产品信息进行标识、采集、传递和关联管理，其实质就是形成一条完整的农产品信息链，将农产品的所有信息联系起来。
2) 利用系统的基本单位——图层，可根据空间数据中特征的不同进行分层，将具有相同特征的局部数据从整体中分离出来单独进行研究。
3) 利用计算机对 GIS 提供的支持，即使对于复杂的地理信息系统也能够快速、准确的进行空间定位和过程动态分析。
4) 通过计算机系统对地理空间数据的管理，利用专门的程序对空间数据进行分析，得到一些有用的信息，可以完成人类难以完成的工作。GIS 系统结构图如图 2-1所示。
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2.2 农产品跟踪及追溯基本理论与概念
2.2.1 基本追溯理论
“追溯”（Traceability）在国际标准化组织（ISO）中最初的定义是：“具有通过标记的识别码对某一实体的历史情况、应用以及位置等信息进行追溯的能力”，而后对追溯定义为“具有对实体从生产到销售的各个环节进行跟踪的能力”[34]。
在韦伯斯特字典中的定义为：“追溯就是具有对某一实体的历史进程或活动能够进行分析和跟踪的能力”[35]。在本文中，跟踪对于农产品来说就是指从农产品的种植到加工，从物流运输到销售的每个过程都能跟踪的能力。追溯就是通过对特定单元的识别，回溯农产品来历的能力。主要是指消费者通过农产品包装上二维码条码的扫描，追溯到其生长基地、基地种植状况以及物流车辆运输信息查询的能力。
要实现对农产品跟踪及追溯[36]系统的实施，需要对农产品供应链中每个环节的农产品信息进行标识、采集、传递和关联管理，其实质就是形成一条完整的农产品信息链，将农产品的所有信息联系起来。
2.2.2 农产品供应链
供应链在《中华人民共和国国家标准物流术语》中的定义是“供应链是指产品从生产到流通的过程中，产品在提供给最终用户时所形成的网链结构”[38]。
在本文中，农产品供应链模式如图 2-2 所示。农产品种植企业作为整个农产品供应链中最初级的一个环节，销售企业作为农产品供应链的中间环节主要为农产品批发市场或者大型超市。销售企业将农产品销售给消费者，这是农产品供应链的最后一个环节。农产品从农产品种植企业出厂后，经过销售网络的各级产品经销点后，最后到达消费者手中，在这个农产品流通的过程中，使用一些相关的技术将产品的流通信息存入到数据库中，完成对产品的跟踪过程；消费者对于所购买的农产品可以根据产品包装上印刷的二维码标签对产品的相关信息和流通信息进行查询，其中二维码是依据跟踪过程中存入的数据，用来查找农产品从经销商到农产品生产商的产品流通信息，是产品跟踪过程的逆过程，完成农产品信息的追溯。本文通过跟踪与追溯的结合，将农产品的种植信息与运输信息紧密联系在一起，从而实现“农田到餐桌”的全程信息查看。
供应链在《中华人民共和国国家标准物流术语》中的定义是“供应链是指产品从生产到流通的过程中，产品在提供给最终用户时所形成的网链结构”[38]。
在本文中，农产品供应链模式如图 2-2 所示。农产品种植企业作为整个农产品供应链中最初级的一个环节，销售企业作为农产品供应链的中间环节主要为农产品批发市场或者大型超市。销售企业将农产品销售给消费者，这是农产品供应链的最后一个环节。农产品从农产品种植企业出厂后，经过销售网络的各级产品经销点后，最后到达消费者手中，在这个农产品流通的过程中，使用一些相关的技术将产品的流通信息存入到数据库中，完成对产品的跟踪过程；消费者对于所购买的农产品可以根据产品包装上印刷的二维码标签对产品的相关信息和流通信息进行查询，其中二维码是依据跟踪过程中存入的数据，用来查找农产品从经销商到农产品生产商的产品流通信息，是产品跟踪过程的逆过程，完成农产品信息的追溯。本文通过跟踪与追溯的结合，将农产品的种植信息与运输信息紧密联系在一起，从而实现“农田到餐桌”的全程信息查看。
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3.1 需求分析 ····················· 15
3.1.1 农产品生产商需求分析 ·················· 15
3.1.2 政府人员需求分析 ··················· 16
第 4 章 系统设计中关键技术研究 ···················· 31
4.1 车辆物流运输中的数据解析 ···························· 31
4.2 基于 Dijkstra 的车辆路径规划 ·················· 33
第 5 章 系统的详细设计与实现 ······················ 39
5.1 系统概述 ······················ 39
5.2 系统开发与运行环境 ·············· 39
第 5 章 系统的详细设计与实现
5.1 系统概述
基于 GIS 的农产品跟踪及追溯系统对农产品从基地种植、生长、出厂以及运输的各个环节进行数据收集，并将收集到的信息录入到农产品跟踪及追溯系统中。系统可对农产品从生产基地流通到市场的各个环节进行监督管理，在每个环节都为农产品的质量安全提供保障。政府管理人员将需要追溯的信息生成具有唯一标识的二维码，消费者通过扫描农产品包装上的二维码能够查看农产品生产商、生产基地、种植信息以及物流信息等农产品生长的全程信息，实现了农产品的全程查看。在该系统中为地理数据的准确性提供了保证，提供农产品生产商企业位置的可视化管理，为政府部门管理提供便利。
5.1 系统概述
基于 GIS 的农产品跟踪及追溯系统对农产品从基地种植、生长、出厂以及运输的各个环节进行数据收集，并将收集到的信息录入到农产品跟踪及追溯系统中。系统可对农产品从生产基地流通到市场的各个环节进行监督管理，在每个环节都为农产品的质量安全提供保障。政府管理人员将需要追溯的信息生成具有唯一标识的二维码，消费者通过扫描农产品包装上的二维码能够查看农产品生产商、生产基地、种植信息以及物流信息等农产品生长的全程信息，实现了农产品的全程查看。在该系统中为地理数据的准确性提供了保证，提供农产品生产商企业位置的可视化管理，为政府部门管理提供便利。
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结论
结论
本文的研究工作包括以下几个方面：
1) 学习了解了农产品跟踪及追溯系统的开发需求，并且根据系统的开发需求对基于 GIS 的农产品跟踪及追溯系统进行了分析，建立了农产品跟踪及追溯系统的基本架构并对农产品跟踪及追溯系统进行开发。
2) 根据对系统的需求进行分析，确定使用三层架构对系统进行开发。实现基于Java 语言进行后台开发，使用 GIS 提供的 JavaScript 类库包 Openlayers 进行前台开发，
1) 学习了解了农产品跟踪及追溯系统的开发需求，并且根据系统的开发需求对基于 GIS 的农产品跟踪及追溯系统进行了分析，建立了农产品跟踪及追溯系统的基本架构并对农产品跟踪及追溯系统进行开发。
2) 根据对系统的需求进行分析，确定使用三层架构对系统进行开发。实现基于Java 语言进行后台开发，使用 GIS 提供的 JavaScript 类库包 Openlayers 进行前台开发，
结合空间数据库 Postgre SQL 和属性数据库 SQL Server 以及地图服务器 GeoServer 完成系统中数据的存储，其功能模块包括登录管理模块、涉农企业管理模块、跟踪及追溯管理模块、企业地图分布管理模块和系统运维管理模块。
3) 利用 Geo Server 和 PostGIS 技术将空间数据部署到地图上，实现农产品空间产地信息和车辆物流信息等其他空间数据的可视化展示。
4) 在农产品物流车辆运输过程中，车载终端和监控终端传输数据的格式遵循JT/T808 协议，通过对传输数据的解析，实现物流车辆在运输过程中的实时监控。
5) 在农产品运输路径上，通过对 Dijkstra 算法的研究实现了用户输入运输起始位置和结束位置后进行最短路径规划，为运输人员提供方案，从而提高了农产品的质量。
参考文献(略)
3) 利用 Geo Server 和 PostGIS 技术将空间数据部署到地图上，实现农产品空间产地信息和车辆物流信息等其他空间数据的可视化展示。
4) 在农产品物流车辆运输过程中，车载终端和监控终端传输数据的格式遵循JT/T808 协议，通过对传输数据的解析，实现物流车辆在运输过程中的实时监控。
5) 在农产品运输路径上，通过对 Dijkstra 算法的研究实现了用户输入运输起始位置和结束位置后进行最短路径规划，为运输人员提供方案，从而提高了农产品的质量。
参考文献(略)