劉光明，陳長喜

（天津農學院a.網絡信息中心，b.計算機信息與工程學院，天津300384）

面對全球范圍內食品安全形勢日趨嚴峻的現(xiàn)狀，各個國家對食品安全的重視程度提高到了國家安全的戰(zhàn)略高度.由于經常發(fā)生禽類疾病等影響家禽制品安全的案例，很大程度上影響了消費者健康和社會經濟與政治，很多國家政府提高了食品安全重視程度.本著國家自身利益，經濟發(fā)達的國家已經著手制定了相關的畜禽制品質量安全監(jiān)控法律和法規(guī)，加大了對食品安全的監(jiān)控.我國雖然已成為WTO的成員國，但是未能有效解決經營者與生產者法律和衛(wèi)生意識淡薄的問題，導致留在畜禽制品的藥物和重金屬等有毒害物超出標準.若不采取有效且適當?shù)拇胧?，我國食品企業(yè)將會丟失在國際市場的競爭力及巨大的市場占有量[1-2].要讓消費者吃上安全肉，就必須提高國內肉食品安全質量，實現(xiàn)家禽養(yǎng)殖的健康、高效和高質，追本溯源肉食品安全源頭，實現(xiàn)快速并及時處理已迫在眉睫.本研究針對上述問題，構建了一套基于云計算的肉雞安全養(yǎng)殖信息平臺，以期實現(xiàn)以下功能：①可展現(xiàn)肉雞從生產、屠宰加工、儲運到銷售的所有環(huán)節(jié)信息.②促進企業(yè)生產管理信息化，并運用信息化手段對產品質量安全進行監(jiān)控，提高生產效率，降低管理成本.③具備存放大量信息的功能，自動保存，保障系統(tǒng)穩(wěn)定運行，降低服務停止的機率.④可以為肉雞安全養(yǎng)殖提供預警，管理者便于監(jiān)控肉雞制品的生產.⑤用戶得到IT資源是以計時或計次收費的服務方式，這樣用戶可降低設備的大量采購，具有彈性的、分布式的設備擴容能力，用戶信息化建設成本得到大大節(jié)約.

1 平臺設計

1.1 平臺架構

肉雞安全養(yǎng)殖信息平臺由數(shù)據(jù)層、支撐層和應用層3個部分組成，建立統(tǒng)一的架構技術體系，系統(tǒng)的基本結構如圖1所示.系統(tǒng)建立遵循信息服務平臺總體架構、信息資源目錄和交換體系等規(guī)范標準[3].

圖1 肉雞安全養(yǎng)殖信息平臺的基本結構Fig.1 Structureofbroilersafetybreedinginformationplatform

數(shù)據(jù)層由基礎數(shù)據(jù)、監(jiān)控數(shù)據(jù)、標準數(shù)據(jù)和綜合數(shù)據(jù)等組成，各應用系統(tǒng)共享這些數(shù)據(jù).基礎數(shù)據(jù)為養(yǎng)殖的基本信息，監(jiān)控數(shù)據(jù)主要是通過視頻監(jiān)控和物聯(lián)網等技術采集的養(yǎng)殖相關的各類數(shù)據(jù)，包括監(jiān)控環(huán)境視頻數(shù)據(jù)、監(jiān)測養(yǎng)殖個體數(shù)據(jù)和產品標識數(shù)據(jù)等，綜合數(shù)據(jù)包括防治養(yǎng)殖疾病數(shù)據(jù)、進銷存養(yǎng)殖產品數(shù)據(jù)和管理養(yǎng)殖投入品等[4].

支撐層主要使用無線傳感、網絡、3S和RFID等技術對監(jiān)測監(jiān)控數(shù)據(jù)進行采集和傳輸，并完成數(shù)據(jù)挖掘以及相關分析在數(shù)據(jù)層上的應用.支撐層的核心遵循相關技術標準、規(guī)范和協(xié)議，集成RFID、傳感器網絡、無線網絡和視頻監(jiān)控等關鍵技術使數(shù)據(jù)的自動采集和通信傳輸?shù)葐栴}得到解決.

應用層主要應用于雛雞與肉雞生產的子系統(tǒng)、屠宰加工子系統(tǒng)、檢驗和檢疫子系統(tǒng)、儲運子系統(tǒng)、銷售子系統(tǒng)以及體系管理部門子系統(tǒng)等，根據(jù)典型用戶產業(yè)活動的具體需求，通過數(shù)據(jù)自動采集、無線通信傳輸和數(shù)據(jù)分析集成各子系統(tǒng)，建成智能養(yǎng)殖數(shù)據(jù)倉庫，利用分析模型實現(xiàn)養(yǎng)殖產品質量、養(yǎng)殖環(huán)境質量和效益的分析、評價和預警，為養(yǎng)殖生產和市場流通提供決策支持[5].

整個信息平臺具備易用性和安全性，屬于B/S結構，維護方便，采用瀏覽器方式訪問.用戶可通過計算機完成網絡維護和管理，工作效率得到提高.利用J2EE技術和中間件技術將各種開發(fā)語言的子系統(tǒng)集成到平臺，如 asp、.net、C/C++、COM、JAVA 和 PHP 等多種開發(fā)語言.管理數(shù)據(jù)源及調度代理使用DBMS、文本、消息和WebService等各種數(shù)據(jù)源接口技術，數(shù)據(jù)的處理、控制和表示改變了先前設計者界面在先、代碼在后的方式，避免了數(shù)據(jù)處理、程序數(shù)據(jù)功能和數(shù)據(jù)代碼顯示等較亂的問題，系統(tǒng)結構更加靈活清晰[6].

1.2 平臺功能設計

根據(jù)以上的功能分析，肉雞安全養(yǎng)殖信息平臺主要包括6個業(yè)務系統(tǒng)：①肉雞生產業(yè)務系統(tǒng)；②屠宰加工業(yè)務系統(tǒng)；③檢驗、檢疫業(yè)務系統(tǒng)；④儲運業(yè)務系統(tǒng)；⑤銷售業(yè)務系統(tǒng)；⑥體系管理部門業(yè)務系統(tǒng).

1.2.1 肉雞生產子業(yè)務系統(tǒng)

肉雞生產子業(yè)務系統(tǒng)主要提供種雞、祖代、父母代和商品代雛雞生產信息.信息記錄員把肉雞飼養(yǎng)各步驟中的各類數(shù)據(jù)及時記錄到肉雞生產業(yè)務系統(tǒng)，這些數(shù)據(jù)需提供給相關管理部門，管理部門按照各個生產單位計算日死亡率對疫情進行預警.肉雞生產信息的查詢可通過網站系統(tǒng)完成，肉雞出欄后進入下個一環(huán)節(jié).雛雞與肉雞生產子系統(tǒng)實現(xiàn)的基本框架如圖2所示.

圖2 肉雞生產子業(yè)務系統(tǒng)實現(xiàn)框架Fig.2 Frame of broiler prodution subsystem

1.2.2 屠宰加工子業(yè)務系統(tǒng)

屠宰加工子業(yè)務系統(tǒng)主要記錄屠宰加工流程的一些基本數(shù)據(jù)，其實現(xiàn)框架如圖3所示.屠宰加工業(yè)務系統(tǒng)的用戶分為管理員和信息錄入人員，管理人員可錄入各類操作間管理程序的信息，信息錄入員需錄入各類操作人員基本信息、進出車間的時段以及設備使用的相關信息.

圖3 屠宰加工子業(yè)務系統(tǒng)實現(xiàn)框架Fig.3 Frame of slaughter and processing subsystem

1.2.3 檢驗檢疫子業(yè)務系統(tǒng)

操作人員可以在該業(yè)務系統(tǒng)中生成和印制肉雞生產和屠宰加工的檢測合格證、肉雞儲運檢測單據(jù)以及肉雞銷售的準售檢測單.檢驗檢疫子業(yè)務系統(tǒng)的實現(xiàn)框架如圖4所示.

圖4 檢驗檢疫子業(yè)務系統(tǒng)實現(xiàn)框架Fig.4 Frame of inspection subsystem

1.2.4 儲運子業(yè)務系統(tǒng)

儲運子業(yè)務系統(tǒng)主要記錄肉雞進入倉庫后倉庫內存儲信息以及肉雞從倉庫出來后，發(fā)送、運輸和接收的信息.

1.2.5 銷售子業(yè)務系統(tǒng)

銷售子業(yè)務系統(tǒng)記錄肉雞銷售中各環(huán)節(jié)具體信息，包括銷售人員、售出年月日、售出量和售出位置等.

1.2.6 體系管理部門子業(yè)務系統(tǒng)

體系管理部門是肉雞產業(yè)技術體系第3方機構.體系管理部門子業(yè)務系統(tǒng)的主要功能是企業(yè)注冊及認證、查看并審核肉雞產業(yè)鏈所有環(huán)節(jié)上報的各種信息.對肉雞生產監(jiān)控可通過肉雞生產單位所提供的肉雞死亡數(shù)量設置固定的肉雞死亡數(shù)量上限值.

1.3 數(shù)據(jù)庫設計

根據(jù)平臺需求，平臺的中心數(shù)據(jù)庫采用Oracle Database 11g Enterprise Edition，各業(yè)務系統(tǒng)采用SQL Server和Mysql.使用WebService技術建立數(shù)據(jù)集成中心庫，把各子業(yè)務系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)集成進中心庫中，經過加工處理后提取所需數(shù)據(jù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)查詢、統(tǒng)計分析的統(tǒng)一化和標準化.同時，保持子業(yè)務系統(tǒng)原有數(shù)據(jù)庫的穩(wěn)定運行.

中心數(shù)據(jù)庫包括疫情預警規(guī)則表、飼料知識表、營養(yǎng)需求知識表和癥狀預警表等28個表，涵蓋疫情預警指標、規(guī)則及方式、精細喂養(yǎng)知識、營養(yǎng)需求知識、疾病知識及疾病預警規(guī)則等信息，這些信息存放在中心數(shù)據(jù)庫中，以備各業(yè)務系統(tǒng)調用和日后查詢.

2 平臺實現(xiàn)

2.1 短信預警系統(tǒng)

短信預警系統(tǒng)通過GSM MODEM建成，是短消息通信設備，具備短信發(fā)送和接收功能，可向用戶發(fā)送接收短信[7].本系統(tǒng)通過USB接口連接服務器和計算機，與移動、聯(lián)通和電信的短信中心通訊，通過短信息功能模塊實現(xiàn)短信預警系統(tǒng)與手機用戶對預警數(shù)據(jù)的溝通和交流.

2.2 部署環(huán)境

所有應用資源部署通過DELL刀片+VMware管理軟件方式，按照平臺的實際應用，配以適量的百千兆以太網模塊.服務器采用4臺DElL系列刀片服務器，配置為4個英特爾R6核E7-4807至強（R）CPU，1.86GHz，18MB高速緩存，5.86GT/s、128GB內存（32×4GB），1333 MHz DDR 3內存，支持ECC，含64條內存插槽，最大可支持1T內存，SAS 10000轉2.5英寸硬盤300GB×2，整合Broadcom 8個1000Mbps網絡卡模塊.在服務器上分別設置VMware管理軟件，依靠服務器強有力的計算能力產生多個虛擬服務器，在每個虛擬服務器上安裝配置Windows/LINUX操作系統(tǒng)和應用子系統(tǒng).根據(jù)各服務對資源占用的要求，選擇合適的HA、FA容錯、快照、雙機和備份手段，實現(xiàn)業(yè)務高可用和快速恢復的要求.提升系統(tǒng)資源使用，縮減成本，保證系統(tǒng)運行和應用的可靠性，增強系統(tǒng)的多樣性和運行速度.同時，為了保證平臺的高可靠性、高性能和可移植性，采用java+oracle技術進行開發(fā)和運行[8].

2.3 平臺運行保護方案

平臺安全體系是覆蓋面廣的專業(yè)體系，需要對信息系統(tǒng)的設計思想和原則進行動態(tài)、科學地掌握，明確著眼點.原理的掌握要從管理層面到系統(tǒng)底層，要達到整個系統(tǒng)的安全和專業(yè)必須采用一定的方式，具備內容性、理論性、層次性和前瞻性.

平臺系統(tǒng)具有嚴密的使用權限控制、安全線路、病毒防護、網絡防火墻、網絡監(jiān)控系統(tǒng)和安全掃描、系統(tǒng)安全備份管理等多方面的安全方案，用以設計系統(tǒng)整體層次的安全架構，保證整個系統(tǒng)運行的安全[9].

平臺用戶認證在數(shù)據(jù)庫內運用md5加解密方式[10]，在編程代碼中定義出信息平臺最高級管理員身份認證和權限.平臺按層次部署各業(yè)務系統(tǒng)用戶，具有一個最高級用戶管理全平臺，負責各個子系統(tǒng)超級用戶的創(chuàng)建，子系統(tǒng)中某養(yǎng)殖場的超級用戶由各子系統(tǒng)的超級用戶創(chuàng)建，本企業(yè)管理員與信息錄入員由養(yǎng)殖場的超級用戶創(chuàng)建，這樣的層次化管理有利于落實責任.平臺現(xiàn)處在使用初期階段，待系統(tǒng)功能進一步改善后可運用“數(shù)字簽名”的方式，這樣可以更好地保證平臺安全穩(wěn)定運行.

2.4 系統(tǒng)存儲

傳統(tǒng)的分散存儲架構已不能滿足平臺存儲系統(tǒng)容量的高速增長和管理需求.因此，本平臺系統(tǒng)的存儲設計思路為構建統(tǒng)一數(shù)據(jù)中心，實現(xiàn)分步式數(shù)據(jù)處理存儲[11].運用FCSAN技術架構劃分業(yè)務系統(tǒng)和存儲系統(tǒng)，提高系統(tǒng)的處理性能，保障平臺運行的穩(wěn)定.該服務平臺的存儲兼容性高，可以兼容全部平臺和各類操作環(huán)境的存儲系統(tǒng)[12].

3 肉雞養(yǎng)殖信息平臺特征

（1）支持多種訪問方式.用戶可以通過不同的方式（手機、短信和瀏覽器等）與平臺系統(tǒng)交流.

（2）智能的搜索與查詢.用戶可使用模糊搜索等多種查詢方法，滿足用戶對肉雞養(yǎng)殖實用技術信息進行快速查詢[13].

（3）信息資源豐富.

（4）肉雞養(yǎng)殖中的網絡咨詢服務專家系統(tǒng).

（5）信息查詢與推送網站超文本服務.專家個性化服務利用專家遠程培訓實現(xiàn).

4 結束語

“云計算”的應用剛剛起步，結合前沿科學技術，建設肉雞安全養(yǎng)殖特色資源云平臺系統(tǒng).平臺系統(tǒng)采用虛擬化服務器以及數(shù)據(jù)采集、傳輸、處理等技術[14]，這些技術已應用于大多數(shù)行業(yè)，所以對解決肉雞養(yǎng)殖安全問題具有一定意義.平臺系統(tǒng)的部署可以轉變肉雞養(yǎng)殖方式，支撐肉雞養(yǎng)殖信息化建設，使肉雞養(yǎng)殖管理水平得到提高，降低成本，實現(xiàn)健康、綠色養(yǎng)殖的目標.

[1]劉英，陳歷程．歐盟及美國的溯源性牛肉生產系統(tǒng)簡介[J].食品科學，2003，24（8）：182-184．

[2] 郭武，楊昌舉，宋林，等．食品信息可追蹤系統(tǒng)及其在轉基因食品管理中的應用[J].中國食物與營養(yǎng)，2004（1）：4-6．

[3]崔文順．云計算在農業(yè)信息化中的應用及發(fā)展前景[J]．農業(yè)工程，2012，2（1）：40-43．

[4] 白云峰，陸昌華，李秉柏，等．肉雞安全生產質量監(jiān)控可追溯系統(tǒng)的實現(xiàn)[J]．江蘇農業(yè)學報，2006，22（3）：281-284．

[5]張興旺，李晨暉，秦曉珠.基于云計算的數(shù)字化信息資源建設模型的研究[J]．信息系統(tǒng)，2011，8：101-102．

[6] 曹明華，李群，胡傳來．疾病暴發(fā)早期預警系統(tǒng)研究進展[J]．中華流行病學雜志，2006，27（11）：1005-1007．

[7] 王琳，莊燕濱．中小企業(yè)點對點短信平臺的實現(xiàn)[J]．常州工學院學報，2006，19（1）：52-54．

[8] 李剛．輕量級Java EE企業(yè)應用實戰(zhàn)[M]．北京：電子工業(yè)出版社，2009：156-268．

[9] 陳長喜，張宏福，飛頡經緯，等．肉雞安全生產全過程跟蹤與可追溯平臺的設計[J]．農業(yè)工程學報，2010，26（9）：263-269．

[10]PFLEEGER C P．Security in Computing[M]．北京：機械工業(yè)出版社，2004．

[11]思志學．整合詳解與典型案例-J2EE[M]．北京：電子工業(yè)出版社，2008：178-245．

[12]張先鋒，鄒蕾．云計算技術及其應用研究[J]．計算機與數(shù)字工程，2011，39（10）：194-197．

[13] 李芳芳，任奕林．家禽養(yǎng)殖業(yè)中計算機技術的應用[J]．中國家禽，2008，30（10）：7-9．

[14]王佳雋，呂智慧，吳杰，等．云計算技術發(fā)展分析及其應用探討[J]．計算機工程與設計，2010，31（20）：4404-4409．