物聯(lián)網(wǎng)和區(qū)塊鏈技術(shù)在農(nóng)產(chǎn)品溯源上的應(yīng)用

吳霜，喻朝新

（中國移動(dòng)通信集團(tuán)廣東有限公司，廣州 510630）

舌尖上的安全直接關(guān)系13億多人的民生。十九大報(bào)告提出，實(shí)施農(nóng)產(chǎn)品安全戰(zhàn)略，讓人民吃得放心。“農(nóng)產(chǎn)品安全追溯系統(tǒng)”是一個(gè)能夠連接生產(chǎn)、檢驗(yàn)、監(jiān)管和消費(fèi)各個(gè)環(huán)節(jié)，讓消費(fèi)者了解符合衛(wèi)生安全的生產(chǎn)和流通過程，提高消費(fèi)者放心程度的信息管理系統(tǒng)。但目前的追溯系統(tǒng)中的生產(chǎn)、檢驗(yàn)、監(jiān)管和消費(fèi)各個(gè)環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)都是通過人工操作錄入，同時(shí)，數(shù)據(jù)儲存在單一的數(shù)據(jù)庫節(jié)點(diǎn)上，增加了差錯(cuò)和篡改的風(fēng)險(xiǎn)，降低了消費(fèi)者對于追溯結(jié)果的信任度。

針對現(xiàn)有農(nóng)產(chǎn)品安全溯源系統(tǒng)的不足，隨著物聯(lián)網(wǎng)和區(qū)塊鏈技術(shù)的發(fā)展成熟，該文提出將這兩項(xiàng)最新技術(shù)應(yīng)用在農(nóng)產(chǎn)品溯源領(lǐng)域，保障農(nóng)產(chǎn)品數(shù)據(jù)的真實(shí)可信，為消費(fèi)者建立了一條安全可靠的農(nóng)產(chǎn)品溯源鏈。

1 溯源系統(tǒng)總體介紹

本方案針對農(nóng)產(chǎn)品安全溯源系統(tǒng)的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性和真實(shí)性問題，通過采用先進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)和區(qū)塊鏈技術(shù)，提出了具體的解決方案：基于物聯(lián)網(wǎng)在農(nóng)場、養(yǎng)雞場、牧場的全面覆蓋，通過溫濕度監(jiān)測儀、土壤檢測儀、耳標(biāo)、項(xiàng)圈、腳環(huán)等設(shè)備對養(yǎng)殖環(huán)境的數(shù)據(jù)，蔬菜土壤的肥力，雞和牛的生長數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和監(jiān)控。物聯(lián)網(wǎng)獲取的農(nóng)場信息，加工信息，結(jié)合物流信息，銷售信息，全面納入到區(qū)塊鏈平臺，記錄農(nóng)產(chǎn)品全流程數(shù)據(jù)，并通過區(qū)塊鏈技術(shù)的智能合約，分布式賬本，防篡改等技術(shù)特點(diǎn)，保障農(nóng)產(chǎn)品數(shù)據(jù)的真實(shí)可信，為消費(fèi)者建立了一條安全可靠的農(nóng)產(chǎn)品溯源鏈。

如圖1所示，從功能架構(gòu)上，溯源系統(tǒng)按照功能劃分為區(qū)塊鏈基礎(chǔ)層、核心能力層、生產(chǎn)管理與溯源層、應(yīng)用與接口層等。

區(qū)塊鏈基礎(chǔ)層：采用Hyperledger/Fabric開源項(xiàng)目，搭建廣東移動(dòng)溯源應(yīng)用，提供了用戶驗(yàn)證、數(shù)據(jù)加密、共識、智能合約運(yùn)行環(huán)境。面向整個(gè)溯源平臺提供基礎(chǔ)能力服務(wù)。

圖1 功能架構(gòu)圖

核心能力層：主要提供智能合約的執(zhí)行環(huán)境，包括散養(yǎng)雞、蔬菜、小黃牛的相關(guān)信息上鏈前的數(shù)據(jù)驗(yàn)證，根據(jù)預(yù)先定義好的合約，自動(dòng)執(zhí)行相關(guān)算法，對于不合約定的數(shù)據(jù)拒絕上鏈。

生產(chǎn)管理與溯源層：主要完成對數(shù)據(jù)的管理和平臺的配置功能，提供了用戶登錄、創(chuàng)建通道、加入通道、智能合約發(fā)布，升級，實(shí)例化、交易、查詢等功能。

應(yīng)用與接口層：提供了農(nóng)場管理功能、農(nóng)產(chǎn)品的溯源信息接口、IoT數(shù)據(jù)的集成與展現(xiàn)、外部系統(tǒng)集成接口等。統(tǒng)一提供外部數(shù)據(jù)的入口，以及對外提供溯源信息。

2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用

如圖2所示，物聯(lián)網(wǎng)平臺系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由5部分組成：管理中心系統(tǒng)、數(shù)字項(xiàng)圈、有源耳標(biāo)、采集器、溫濕度傳感器，是一個(gè)以物聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)的農(nóng)牧場管理系統(tǒng)，通過HOST、數(shù)字項(xiàng)圈、北斗/GPS、溫濕度傳感器（RS485通訊）、有源標(biāo)簽、采集器等對農(nóng)牧產(chǎn)品進(jìn)行數(shù)字管理，包括對牧群的跟蹤定位、農(nóng)場環(huán)境參數(shù)追蹤、視頻實(shí)時(shí)監(jiān)控等。

物聯(lián)網(wǎng)信息采集系統(tǒng)利用傳感器，RFID和NB-IoT等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)追溯信息的自動(dòng)化采集，減少人工的干預(yù)，保證信息的精度，準(zhǔn)確和實(shí)時(shí)性。并將通過數(shù)據(jù)集成網(wǎng)關(guān)統(tǒng)一接口方式，把采集到的不同信息推送到區(qū)塊鏈平臺中進(jìn)行記錄。在本方案中采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)帶來以下好處。

圖2 物聯(lián)網(wǎng)采集架構(gòu)圖

（1）通過物聯(lián)網(wǎng)手段降低人工成本：物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)可以24h連續(xù)采集各種必需的環(huán)境參數(shù)，并可以預(yù)先設(shè)定適合的環(huán)境參數(shù)(有經(jīng)驗(yàn)值)，如發(fā)現(xiàn)偏差，可采取人工或遠(yuǎn)程自動(dòng)模式發(fā)出指令，啟動(dòng)與系統(tǒng)相連接的通風(fēng)機(jī)、遮陽、加濕、澆灌等設(shè)備進(jìn)行工作，直到環(huán)境數(shù)據(jù)達(dá)到系統(tǒng)預(yù)設(shè)的數(shù)據(jù)范圍之內(nèi)，精準(zhǔn)控制水、電、肥料、農(nóng)藥等物料消耗，從而大大減少人工成本和物料成本。

（2）提高和穩(wěn)定產(chǎn)品品質(zhì)：對作物的生長環(huán)境實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)監(jiān)測和調(diào)節(jié)，各種參數(shù)波動(dòng)小，非常有利于提高產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量，保證產(chǎn)量和質(zhì)量的可控穩(wěn)定，為客戶帶來更高的預(yù)期收益。

（3）生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)和知識不流失：通過數(shù)據(jù)積累，系統(tǒng)將適合客戶自己的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)、積累和延續(xù)在系統(tǒng)內(nèi)，從而保證工藝和管理延續(xù)、穩(wěn)定。

（4）種殖過程實(shí)現(xiàn)可視化：通過網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)隨時(shí)隨地遠(yuǎn)程查看農(nóng)地的作物生長情況、設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、工人生產(chǎn)情況，管理人員可以做到遠(yuǎn)程輕松監(jiān)控、管理作業(yè)生產(chǎn)，增加消費(fèi)者現(xiàn)場體驗(yàn)感，增加消費(fèi)者信任，增加市場需求。

圖3 節(jié)點(diǎn)與通道配置圖

（5）產(chǎn)品質(zhì)量安全可追溯：通過保留可追溯的數(shù)據(jù)，增加客戶的農(nóng)產(chǎn)品安全認(rèn)知度，獲得更高收益。

3 區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用

區(qū)塊鏈?zhǔn)且环N共享分布式賬本技術(shù)，商業(yè)網(wǎng)絡(luò)中的任何參與方都可以查看交易系統(tǒng)記錄（賬本）。是一種技術(shù)方式來實(shí)現(xiàn)價(jià)值交換，解決信任問題、降低信任成本的技術(shù)方案，目的就是為了去中心化，去信用中介。節(jié)點(diǎn)與通道配置圖如圖3所示。

（1） 分布式賬本： 賬本在相關(guān)參與方之間共享。

（2） 隱私保護(hù)：山雞、蔬菜、肉交易處于不同的通道，不同的智能合約，保證數(shù)據(jù)隔離；交易加密，只有相關(guān)方才能查看。

圖4 區(qū)塊鏈應(yīng)用示例

（3） 信任：山雞、蔬菜、肉交易在不同的通道中，有不同的背書策略，只有相關(guān)方背書之后交易才能被提交；交易提交之后，經(jīng)過節(jié)點(diǎn)計(jì)算、驗(yàn)證、經(jīng)過共識之后才會(huì)寫入賬本。

（4） 智能合約：養(yǎng)殖、種植、飼養(yǎng)、加工、物流等信息通過智能合約寫入?yún)^(qū)塊鏈；商業(yè)條款嵌入在合約中，自動(dòng)觸發(fā)并執(zhí)行交易。

本方案利用區(qū)塊鏈技術(shù)的特點(diǎn)，保證生產(chǎn)各個(gè)環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)的不可篡改。同時(shí)，利用智能合約，自動(dòng)處理違約和不合規(guī)的交易發(fā)生，解決信任問題。區(qū)塊鏈應(yīng)用示例如圖4所示。

4 結(jié)語

該方案物聯(lián)網(wǎng)和區(qū)塊鏈在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的首次結(jié)合，他不僅重塑了農(nóng)產(chǎn)品安全信任鏈，更打造出完整的智慧農(nóng)業(yè)生態(tài)圈。我們采用最新的NB-IoT等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對種養(yǎng)殖過程的可視化、精準(zhǔn)監(jiān)控和科學(xué)化管理，推動(dòng)農(nóng)業(yè)發(fā)展向集約型、規(guī)?；D(zhuǎn)變；我們利用區(qū)塊鏈平臺特有的分布式賬本和防篡改功能，使得農(nóng)產(chǎn)品“從地到桌”的全過程更加透明可溯及真實(shí)可信； 全面打通了農(nóng)產(chǎn)品從養(yǎng)殖、加工、物流、監(jiān)管到銷售整條生態(tài)鏈，建立起完整的智慧農(nóng)業(yè)生態(tài)圈，不僅實(shí)現(xiàn)了科技興農(nóng)精準(zhǔn)扶貧，還解除了農(nóng)產(chǎn)品安全的信任危機(jī)，讓消費(fèi)者吃到放心肉菜。