农产品追溯编码设计

农产品追溯编码设计研究背景建立农产品追溯系统，促进中国农产品安全体系搭建是保障消费者食用农产品安全和提升农产品竞争力的重要手段。而统一编码是实现农产品追溯系统的基础。关于追溯码编码的研究，国外多采用EAN.UCC系统对农产品的生产过程进行跟踪和溯源，EAN.UCC系统（全球统一标识系统）是由国际物品编码协会和美国统一代码委员会共同开发、管理和维护的全球统一标志系统和通用商业语言，已广泛应用于工业、商业、运输业、物流等领域，其编码由全球贸易项目代码（GTIN）、属性代码（如批次、有效期、保质期等）、全球位置码（GLN）、物流单元标识代码（SSCC－18）、储运单元标识代码（ITF－14）等构成；欧盟等国已采用EAN.UCC系统成功对牛肉、蔬菜等开展了食品跟踪研究。国内在这方面的研究起步较晚，但发展较快，并取得了一定进展。如中国物品编码中心参考国际物品编码协会出版了《牛肉产品追溯指南》、《生鲜农产品追溯指南》和EAN比利时/卢森堡2003年版的《EAN.UCC规范用于水果、蔬菜和马铃薯的标识与追溯》，并结合中国的实际情况出版了《牛肉产品跟踪与追溯指南》和《水果、蔬菜跟踪与追溯指南》等；中国农业部于2002年颁布了《动物免疫标识管理办法》，规定动物免疫标识的编码、标准由农业部统一设计，编码全国统一，为8位阿拉伯数字，分上下两排，上排6位编码为免疫工作所在地，使用本地邮政编码，下排2位编码为防疫员的编号。除了政府部门出台相关指南和办法外，一些学者也对农产品追溯码的编码进行了研究，提出了相关设计方案。如杨信廷等通过对果蔬物流情况的分析以及编码标准的研究，采用全球贸易代码+产品日期+产品产地相结合的条码设计方案，该研究团队从分析水产养殖品的业务流程入手，提出了一种产品编码与过程编码相结合编码方法，建立了适用于国情同时又符合国际标准的水产养殖产品质量追溯编码方案；Qu等在剖析蔬果物流可追溯地理空间特性基础上，采用位置编码+地块编码+生产日期+生产批次+校验码的编码方式设计追溯码，其中位置编码采用省级、县级、基地代码相结合；邓勋飞等对种植区域进行产地划分，采用以行政区划码和地块编号为主体的方式进行统一编码。综合分析目前已有的农产品追溯码编码方式，存在着长度较长、加密较弱、所有追溯信息的获取必须依赖数据库、遇到质量安全问题不能迅速定位到产品来源地等问题。本文正是针对上述问题，采用位置码、产品码、生产日期码、认证类型码、多重校验码相结合的编码方式设计农产品追溯码，其中位置码以精确到秒的经纬度表示；考虑到加密性和编码长度，在满足追溯要求和可扩展性的前提下，采用编码算法将26位编码压缩为20位编码。同时可在脱离数据库情况下快速定位到企业。编码构成追溯码编码除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，也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。本编码中以批次作为追溯单元，同一批次是指同一责任主体在同一时间内生产的同一品种的产品，考虑到认证类型对农产品质量安全较重要，因此编码一般由产地位置码、产品码、生产日期码、认证类型码等26位数组成。产地位置码产地位置码13位数字，经度7位，纬度6位，可精确到秒，其中经度的度为3位（L1L2L3）、分为2位（L4L5）、秒为2位（L6L7），纬度的度、分、秒均为2位（L8～L13）。产品码产品码6位数字，由3部分组成，其中类别2位（P1P2），名称2位（P3P4），从01～49，包括每个大类下的50种类，采用流水自动增加的方式编号；品种2位（P5P6），从01～99共99个品种分类。以蔬菜为例，按其农业生物学的特性作为分类依据，共分为11类，即根菜类、白菜类、绿叶蔬菜、葱蒜类、茄果类、瓜类、豆类、薯芋类、水生蔬菜、多年生蔬菜和食用菌类，而中国栽培的蔬菜有一百多种，其中普遍栽培的有40～50种，蔬菜相对与其他农产品又是属于品种较多的，因此采用此产品编码能保证在中国农产品的多样性和多品种性的问题下能覆盖绝大部分农产品，即使随着生物技术发展，品种增加，编码中也有扩展备用的。生产日期码生产日期码6位数字，由3部分组成，其中年2位（YY），编号范围为00～50，实际表示则为2000年到2050年；月2位（MM），编号范围为01～12；日2位（DD），日的编号范围为01～31。认证类型码认证类型码1位数字（A），认证类型包括无公害认证、绿色认证、有机认证及其他认证，分别编码为1、2、3、4。改进的产地位置码设计本编码的特点是直接用经纬度表示产地位置，这样便于在农产品发生质量安全问题时在脱离中心数据库的情况下直接定位到产品来源地，以利于在第一时间、第一地点内采取相关措施控制不安全产品的生产和流通。但由于13位的经纬度长度较长，且直接用经纬度进行编码也不利于防伪，因此对产地位置码进行改进。对产地码的改进思路如下：划分区域。中国地理位置的四至点为，最东端东经135°2′30″、最西端东经73°40″、最南端北纬3°52'、最北端北纬53°33'[12-13]，其中经度跨度约为62°、纬度跨度约为50°。考虑位长和加密的需要，将经度和纬度分别用5位表示，由于99999秒可表示的经纬度跨度约为27度，因此将经度划分为3个带、将纬度划分为2个带，这样整个中国地图被划分为6个区域。确定区域。在划分出6个区域的基础上，进行编码换算前，先需要确定某生产基地的坐标属于哪个区域，确定区域时参考表3的原则；确定农产品产地区域后，查找其对应的换算数值，如果产地区域为1，经度减去110、纬度减去28；如果产地区域为2，经度减去110、纬度为原值；如果产地区域为3，经度减去85、纬度减去28；如果产地区域为4，经度减去85、纬度为原值；如果产地区域为5，经度减去73、纬度减去28；如果产地区域为6，经度减去73、纬度为原值。编码换算。根据中产地位置所在的产地区域确定其换算数值，将产地位置的经纬度减去换算数值，再进行相对位置换算，经度的换算方法如下：经度的度×3600+经的分×60+经度的秒，如此得到的数值即为相对位置值，如果此值不够5位在得到的数值前面补充0；纬度相对位置的计算方法也一样。转换后的5位经度相对位置值加5位纬度相对位置值即为10位改进后的产地位置码，而对应产地区域则为位置标识码。基于多重加密的追溯码设计在对产地位置码进行改进设计的基础上，考虑到码长和防伪的需要，还要对生产日期码、产品码及认证类型码进行压缩和加密。生产日期转换：生产日期加密是通过划分相对时间单元的方法实现的，其具体方法为以2008年1月1日为基准，到2018年12月10日为一个大周期，将其间的时间以999d为时间间隔划分为4个子周期，4个子周期的起止范围分别为：2008年1月1日到2010年9月26日、2010年9月27日到2010年2013年6月21日、2013年6月22日到2016年3月16日、2016年3月17日2018年12月10日，这样就将6位的日期转化为3位的时间间隔期和1位的时间标识码。如2008年10月20日生产的产品，其时间落在第1子周期（2008年1月1日到2010年9月26日）内，因此其时间标志码为1；而2008年10月20日与2008年1月1日的差值为293d，因此转换后的日期码为293。由于《中华人民共和国农产品质量安全法》规定，农产品生产记录保存时间为2a，而本编码的时间跨度为10a，因此采用本压缩算法可满足对农产品质量追溯的要求。产品码转换：考虑到目前常用农产品的品种要求及编码的可扩展性，将存在冗余的6位产品编码转换为流水号的5位产品编码，该编码根据产品先后顺序生成的，不足5位的前面补零。验证码的生成与转换：在产地位置码、生产日期码的转换中均存在着标识位，其中产地位置码的标识码为1～6的数字、生产日期码的标识码为1～4的数字，由于这2个标识码的信息关系到产地位置码的区域范围及生产日期码的时间区间，因此将标识码与产品认证类型一起组成两位验证码，这样既利于防伪也可缩短码长。验证码的生成规则如下：将位置标识码（1～6的数字）、生产日期标识码（1～4的数字）和认证类型码（1～4的数字）进行排列组合，共有96种组合。产品追溯将追溯码反演算法用计算机语言设计为一个动态链接库，其具体反演流程为：提取20位的追溯码，分离出第19、20位，根据其值得到位置标识码、生产日期标识码和认证类型码的验证码组合；提取编码中的前10位，其中前5位为经度相对值，后5位为纬度相对值，将5位相对值换算为度、分、秒；根据第1步得到的位置标识码得到经纬度换算数值，并将第2步得到的值加到经纬度换算数值上，即得产地位置；与位置反演类似，可根据生产日期标识码和追溯码中的第16～18位的时间相对值反演出生产日期；可根据认证类型码反演出认证类型。由于反演算法和相关数值作为方法和参数被设计成一个动态链接库，任何程序只要引用此动态链接库即可将符合本编码设计的产品追溯出相关信息；在脱离数据库的情况下，也可通过上述反演流程得到产地位置、生产日期、认证类型等重要信息。本文采用经纬度地理坐标作为追溯码中的产地位置码部分，并根据中国经纬度坐标的跨度特点将中国划分为6大区域，通过编码换算将13位的经纬度地理坐标位置码转换为10位的相对产地位置码和1位位置标识码，这样既在保证实用和可扩展的条件下缩短了码长，也起到了加密的功能。分别对生产日期码、产品码进行转换，转换后的生产日期码变为3位相对日期码和1位时间标识码，变换后的产品码为5位；将位置标识码、时间标识码和认证类型码这3个“加密钥匙”进行排列组合，根据不同数值得到2位的验证码，这样就又进行了一次编码长度压缩和加密。将本编码方案设计的20位追溯码应用于农产品溯源中，可实现在脱离数据库的情况下追溯出产品来源地位置、生产日期、认证类型等与农产品质量安全密切相关的信息，为发生农产品质量安全问题时精准定位到企业、快速采取应急措施奠定了基础。