吳成偉+陸靜+鄭介松

摘 要：作為一種全新的信息存儲、傳遞和識別技術(shù)，二維碼技術(shù)已經(jīng)逐漸融入到社會生活當中，在電子商務(wù)、物流、生產(chǎn)自動化等 領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。本文運用了QR碼快速讀取的特點，提出一種二維碼在線生成算法，并且與農(nóng)藥溯源相結(jié)合，設(shè)計一個農(nóng)藥溯源二維碼生成系統(tǒng)。極大地提高了農(nóng)藥防偽追溯效率，并且使得農(nóng)藥生產(chǎn)廠家對農(nóng)藥的管理更加方便，具有一定的實際意義與經(jīng)濟效益。

關(guān)鍵詞：二維碼；QR碼；農(nóng)藥溯源；二維碼生成系統(tǒng)

中圖分類號：S-3 文獻標識碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20170631002

引言

二維碼（Two-dimensional code）作為一種新開發(fā)的代碼，逐漸進入了人們的生活。在現(xiàn)代商業(yè)活動中，應(yīng)用非常廣泛，如：廣告推送、數(shù)據(jù)下載、名片交流、商品交易、網(wǎng)站鏈接、電子憑證、產(chǎn)品防偽、產(chǎn)品溯源、wifi共享、車輛管理等[1]。微信的掃一掃功能，促進了二維碼的使用和推廣。

二維碼是一種特殊的條碼，條碼是由一些條、空符號按照一定的編碼規(guī)則排列組成的，用來表示一定的信息。一維條碼又稱一維碼，依據(jù)一組水平方向的條的寬度不同，將其編成由“0”、“1”組成的二進制字符，從而進行特定的編碼。二維碼是在一維碼的基礎(chǔ)上擴展出另一維具有可讀性的條碼，使用黑白矩形圖案表示二進制數(shù)據(jù)，被設(shè)備掃描后可獲取其中所包含的信息。一維碼的寬度記載著數(shù)據(jù)，而其長度沒有記載數(shù)據(jù)。二維碼的長度、寬度均記載著數(shù)據(jù)[2]。二維碼有一維碼沒有的“定位點”和“容錯機制”。容錯機制在即使沒有辨識到全部的條碼、或是說條碼有污損時，也可以正確地還原條碼上的信息。根據(jù)二維碼的編碼原理，一般可分為兩種類型，行列式二維碼和矩陣式二維碼。其中矩陣式二維碼比較常用。矩陣式二維條碼（又稱棋盤式二維條碼），它是在一個矩形空間通過黑、白像素在矩陣中的不同分布進行編碼。在矩陣的各個元素位置上，生成圓點、方點或者其他形狀點，用來表示二進制“1”，沒有生成點則表示二進制“0”，矩陣式二維碼的意義就由這些點的排列組合來確定。矩陣式二維碼是建立在計算機圖像處理技術(shù)、組合編碼原理等基礎(chǔ)上的一種新型圖形符號自動識讀處理碼制。具有代表性的矩陣式二維碼有：Code One、Maxi Code、QR Code、Data Matrix等。

近年來，頻發(fā)的食品安全問題一次次考驗著人們的生活?！疤K丹紅一號”、“三聚氰胺”“瘦肉精”、“染色饅頭”等事件的發(fā)生[3-7]，不斷威脅著人們的健康，不止鮮肉蔬果，就連源頭的農(nóng)藥都備受關(guān)注。所以，實現(xiàn)農(nóng)藥的溯源迫在眉睫。隨著二維碼的廣泛應(yīng)用，結(jié)合二維碼技術(shù)的溯源系統(tǒng)也已投入使用，并運用到農(nóng)藥溯源系統(tǒng)中。農(nóng)藥溯源是指農(nóng)藥生產(chǎn)廠家利用二維碼技術(shù)對農(nóng)藥產(chǎn)品進行標識，然后各經(jīng)銷商與銷售商掃碼記錄產(chǎn)品流向，使得農(nóng)藥生產(chǎn)廠家可以通過后臺管理系統(tǒng)追蹤每瓶農(nóng)藥的銷售去向。同時，農(nóng)戶也可以通過掃碼進入客戶端回溯農(nóng)藥的生產(chǎn)信息，并且可以通過參與促銷活動給農(nóng)藥生產(chǎn)廠家反饋農(nóng)藥使用效果的一項新型農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。本文提出一種二維碼生成算法，設(shè)計一個農(nóng)藥溯源二維碼生成系統(tǒng)，有效對農(nóng)藥進行溯源，保證了農(nóng)藥來源與去向的安全。

1 相關(guān)技術(shù)研究

1.1 QR碼

本文采用的二維碼是QR碼， QR碼（全稱為快速響應(yīng)矩陣碼；英語：Quick Response Code）是二維條碼的一種，于1994年由日本DENSO WAVE公司發(fā)明。QR來自英文Quick Response的縮寫，即快速反應(yīng)，因為發(fā)明者希望QR碼可以讓其內(nèi)容快速被解碼，是目前日本最為流行的二維碼[8]。

與常規(guī)條碼相比，QR碼具有以下幾種功能。數(shù)據(jù)編碼容量大：雖然常規(guī)條碼最多能夠存儲20位數(shù)，但是QR碼能夠處理幾十甚至幾百倍信息。QR碼能夠處理所有類型的數(shù)據(jù)，如數(shù)字、字母、漢字、假名、片假名、二進制數(shù)和控制代碼，一個符號中可以編碼7089個字符；打印輸出尺寸小：QR碼攜帶了水平和垂直信息，因此能夠編碼相同數(shù)量的數(shù)據(jù)，而只需要常規(guī)條碼1/10的空間；漢字和假名能力：作為日本開發(fā)的符號，QR碼能夠編碼JIS一級和二級的漢字字符集。在日本，一個全角假名或漢字字符的有效編碼為13位，允許QR碼比其他二維符號多保存20%以上的數(shù)據(jù)；耐污染和耐損傷：QR碼具有糾錯能力，即使符號部分已經(jīng)污染或者損壞，數(shù)據(jù)也可以恢復(fù)，最多可以恢復(fù)30%的碼字；360度任意方向讀?。篞R碼能夠進行360度（全方位）高速讀取，QR碼通過位于符號三角的位置檢測模式來完成這個功能。這些位置檢測模式保證了穩(wěn)定的高速閱讀，規(guī)避了背景干擾的負面影響；結(jié)構(gòu)附加功能：QR碼可分為多個數(shù)據(jù)區(qū)，相反，存儲在多個QR碼符號中的信息可被重建為單個數(shù)據(jù)符號。一個數(shù)據(jù)符號最多可以被分成16個符號，并且允許在狹窄的區(qū)域進行打印。

1.2 溯源系統(tǒng)研究

針對不同的產(chǎn)品，許多溯源系統(tǒng)被陸續(xù)提出，以提高產(chǎn)品的質(zhì)量和安全。

文獻[9]采用B/S模式，開發(fā)出一套完整的農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全溯源系統(tǒng)。通過RFID技術(shù)把產(chǎn)品編碼掃描到數(shù)據(jù)庫中。該系統(tǒng)根據(jù)當前登錄用戶的身份分配不同的操作權(quán)限和模塊。使得系統(tǒng)管理更加靈活和安全，增強了系統(tǒng)的安全性和可操作性。文獻[10]選擇J2EE技術(shù)體系，采用MVC（模型-視窗-控制）模式開發(fā)，從農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)的源頭進行數(shù)據(jù)庫的建立和更新。二維碼標簽包含了該農(nóng)產(chǎn)品的基本信息和加工信息，該系統(tǒng)作為服務(wù)平臺，由政府管理并維護，減少了部分企業(yè)的不規(guī)范行為。文獻[11]利用了SSH框架結(jié)構(gòu)和二維碼技術(shù)設(shè)計了食品溯源系統(tǒng)，該系統(tǒng)實現(xiàn)了食品二維碼管理，溯源信息管理、物流信息管理等功能。

根據(jù)追溯對象單一、追溯信息不完整等問題，文獻[12]提出了對畜體養(yǎng)殖和瓜果蔬菜農(nóng)產(chǎn)品采用不同的個體標識方案，在畜體養(yǎng)殖階段采用二維碼耳標記錄養(yǎng)殖信息和檢疫信息，而屠宰階段利用RFID電子標簽記錄屠宰分割信息。而對瓜果蔬菜農(nóng)產(chǎn)品則采用以果園或者大棚編號為單位的普通標識方式。最終兩種方案都結(jié)合產(chǎn)品編號，生成農(nóng)產(chǎn)品的追溯編碼，利用SSH框架結(jié)構(gòu)和Extjs技術(shù)設(shè)計了農(nóng)產(chǎn)品溯源系統(tǒng)，實現(xiàn)了農(nóng)產(chǎn)品從生產(chǎn)階段到順利流通的信息流，企業(yè)能夠有效的對產(chǎn)品進行數(shù)字化管理。

文獻[13]根據(jù)商品豬從養(yǎng)殖到終端銷售所需要的跟蹤識別需求，設(shè)計了3種應(yīng)用于不同業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)的電子標簽編碼，依據(jù)標簽之間的相互關(guān)聯(lián)生成二維碼。從而實現(xiàn)豬肉產(chǎn)品的追蹤溯源功能。文獻[14]所設(shè)計的系統(tǒng)不僅采用了QR二維碼技術(shù)結(jié)合農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)鏈，而且還能夠進行網(wǎng)絡(luò)管理和智能手機管理。通過太能能供電，利用Zigbee的自組網(wǎng)性，實時采集環(huán)境信息。手機拍照快速上傳生產(chǎn)過程圖片，作為農(nóng)產(chǎn)品的源頭信息并上傳到遠程服務(wù)器，為農(nóng)產(chǎn)品溯源提供源頭信息。文獻[15]通過建立綠色食品溯源信息數(shù)據(jù)庫，根據(jù)相應(yīng)的編碼規(guī)則生成二維碼，貼在綠色食品上，而經(jīng)銷商將物流和銷售信息及時更新，協(xié)作管理維護信息庫。實現(xiàn)從行政監(jiān)督到社會監(jiān)督的轉(zhuǎn)變。

文獻[16]提出一種基于物聯(lián)網(wǎng)信息共享技術(shù)的農(nóng)藥殘留檢測系統(tǒng)，通過農(nóng)藥對酶的抑制作用，利用特定傳感器快速檢測農(nóng)藥殘留并開發(fā)了檢測系統(tǒng)監(jiān)控平臺，采用ASP+ACCESS數(shù)據(jù)庫訪問技術(shù)和二維碼技術(shù)實現(xiàn)農(nóng)藥檢測信息的共享。最終達到用戶通過手機或者二維碼掃描設(shè)備對所購買的農(nóng)產(chǎn)品的農(nóng)藥殘留度進行實時了解的效果。同樣，文獻[17]是基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和生物傳感器技術(shù)的蔬菜質(zhì)量安全溯源系統(tǒng)，考慮到蔬菜溯源過程中的溯源特點和要求，提出了結(jié)合RFID和二維碼特點的方案：使用RFID實現(xiàn)信息追溯，使用QR二維條碼實現(xiàn)消費者對信息的獲取。能夠節(jié)約成本，提高記錄物流動態(tài)數(shù)據(jù)的效率。文獻[18]基于智能手機QR碼的識別功能，通過將加密技術(shù)與QR碼的編碼和解碼技術(shù)相結(jié)合，使得二維碼具有更高的防偽性和安全性，實現(xiàn)養(yǎng)殖場雞蛋溯源的功能。

本文將二維碼與農(nóng)藥溯源相結(jié)合，設(shè)計一個農(nóng)藥溯源二維碼生成系統(tǒng)，根據(jù)二維碼可以快速查詢農(nóng)藥的真?zhèn)涡畔⑴c溯源信息，并且實現(xiàn)企業(yè)對農(nóng)藥的數(shù)字化管理。

2 農(nóng)藥溯源二維碼生成系統(tǒng)

2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計

農(nóng)藥溯源二維碼是溯源信息采集層甚至整個農(nóng)藥溯源管理平臺的核心，它在農(nóng)藥的成產(chǎn)、運輸及銷售的整個流程中起著不可或缺的作用。因此，簡潔、高效的溯源碼生成方式可以提高溯源信息采集的效率，本系統(tǒng)農(nóng)藥溯源二維碼生成系統(tǒng)的總體設(shè)計方案如圖1所示。

2.2 功能設(shè)計

農(nóng)藥溯源二維碼生成系統(tǒng)有3個功能模塊：農(nóng)藥信息錄入、農(nóng)藥查詢網(wǎng)頁鏈接生成和二維碼圖片生成。下面將詳細介紹這3個功能模塊。

2.2.1 農(nóng)藥信息錄入

農(nóng)藥信息錄入是系統(tǒng)的起點，管理人員把即將投入生產(chǎn)的農(nóng)藥的信息錄入到系統(tǒng)，為溯源碼的生成提供依據(jù)，同時這些信息也隨之保存在數(shù)據(jù)庫中，在后續(xù)生產(chǎn)和銷售的過程中這些信息可以隨時獲取。管理人員需要在系統(tǒng)中錄入農(nóng)藥的名稱、類型、保質(zhì)期、包裝規(guī)格和產(chǎn)量，系統(tǒng)根據(jù)產(chǎn)量自動生成對應(yīng)數(shù)量的農(nóng)藥記錄和包裝箱記錄并編號，然后將這些記錄存儲到數(shù)據(jù)庫中。

2.2.2 農(nóng)藥查詢網(wǎng)頁鏈接生成

網(wǎng)頁鏈接URL，由4部分組成：固定格式、服務(wù)器地址、網(wǎng)頁路徑和詢問，格式如圖2所示。

管理人員根據(jù)實際情況給這4部分賦值，固定格式為https：//或者http：//，第2部分是該網(wǎng)站的服務(wù)器地址，第3部分是查詢網(wǎng)頁的相對路徑，第4部分詢問由固定查詢名和查詢編號。賦值后系統(tǒng)將根據(jù)這些值拼接成一個完整的URL鏈接地址，交由下一步生成對應(yīng)的溯源碼。

2.2.3 溯源碼圖片生成

溯源碼分為箱碼、瓶碼以及促銷碼，箱碼與瓶碼分別印制在農(nóng)藥箱與農(nóng)藥瓶上，可以用于實現(xiàn)瓶箱關(guān)聯(lián)以及產(chǎn)品物流溯源信息查詢等，促銷碼是制作在農(nóng)藥瓶上，可以用于促進農(nóng)戶反饋終端的溯源信息，即通過促銷的方式鼓勵農(nóng)戶反饋農(nóng)藥使用情況等，因此3種溯源碼都是為了使得溯源信息更加完整，讓廠家與農(nóng)戶都可以針對產(chǎn)品進行自己想要的溯源查詢。

3種溯源碼都是由3部分構(gòu)成，二維碼圖片、序列號（或編號）和固定文本，樣式均如圖3所示。

溯源碼是由上一步得到的URL鏈接生成，與之相對應(yīng)的有一個編號，瓶碼與箱碼的編號是備用查詢序列，當圖片損壞時在備用網(wǎng)站中輸入此序列即可，促銷碼的編號是促銷兌獎序列，在進行促銷活動時進行驗證，固定文本不變一般是備用網(wǎng)站的網(wǎng)址，將這三者相互組合，按照預(yù)定的大小設(shè)置排列，最后生成一張溯源碼圖片。同一類型的溯源碼圖片保存在一個PDF文檔之中，之后交由印刷廠印刷。

2.3 算法設(shè)計

本系統(tǒng)所用的二維碼生成算法，首先要設(shè)置最終圖片保存的格式為“png”，再判斷fixedtext（即二維碼旁的文字信息）是否為空，若為空，則僅生成二維碼；若不為空，則在生成二維碼的同時，還要生成編號信息和一些固定文本，最后將二維碼圖片和文字圖片進行拼接，并讀取RGB，生成新的圖片。根據(jù)核心代碼做出的流程圖，如圖4所示。

3 系統(tǒng)驗證

本文提出一種二維碼在線生成算法，并且結(jié)合農(nóng)藥溯源，設(shè)計一個農(nóng)藥溯源二維碼生成系統(tǒng)，實現(xiàn)從農(nóng)藥生產(chǎn)層面開始溯源跟蹤，保證了農(nóng)藥流通的透明化。具體包含以下5個模塊：選擇農(nóng)藥種類、選擇生產(chǎn)劑型、制定生產(chǎn)計劃、編輯文本信息、二維碼預(yù)覽，如圖5所示。

選擇農(nóng)藥種類，若輸入農(nóng)藥名稱吡蚜酮（可以僅輸入“吡”），從數(shù)據(jù)庫自動導(dǎo)出農(nóng)藥編號。其次選擇生產(chǎn)劑型，如選擇懸浮劑20g/袋，保質(zhì)期與規(guī)格也會自動導(dǎo)出。再制定生產(chǎn)計劃，新增生產(chǎn)計劃20170426，瓶碼數(shù)量為10，箱碼數(shù)量為4。最后點擊預(yù)覽信息，得到全部的二維碼信息，如圖6所示。

在線生成二維碼，導(dǎo)出生產(chǎn)批次20170426的二維碼。下載后的壓縮包分為pdf和pic 2種格式，均包含箱碼信息和瓶碼信息。這里以pic格式為例，查看瓶碼信息與箱碼信息。然后利用二維碼信息進行農(nóng)藥溯源。打開其中一個瓶碼或者箱碼，然后用手機掃描該二維碼，得到一個網(wǎng)址。最后通過瀏覽器打開該網(wǎng)址，進行農(nóng)藥防偽的追溯查詢，如圖7所示。

4 總結(jié)

信息技術(shù)在農(nóng)業(yè)中具有無法取代的地位，信息技術(shù)的廣泛應(yīng)用也會推動中國農(nóng)業(yè)的發(fā)展。本文提出了一種二維碼生成算法，并通過具體代碼實現(xiàn)，又由于其使用了QR碼，因此具有生成速度快、體積小等特點。而由該算法生成的二維碼圖片，不僅能夠在各種正常網(wǎng)頁瀏覽器中使用，也支持用戶將其下載以及在線打印。本文將該算法與農(nóng)藥溯源相結(jié)合，設(shè)計一個農(nóng)藥溯源二維碼生成系統(tǒng)，實現(xiàn)了一物一碼，為每個產(chǎn)品建立一個獨有的“身份證”。消費者掃碼后，可以快速查詢農(nóng)藥的真?zhèn)涡畔⑴c溯源信息，極大提高了農(nóng)藥溯源的效率，與此同時，也方便了農(nóng)藥生產(chǎn)廠家對農(nóng)藥銷售的數(shù)字化管理。

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