農產品溯源在智慧農業中的應用研究

蹇 念

（遵義市職業技術學校，貴州 遵義 563000）

隨著時代的進步和人民群眾對生活質量要求的提高，更多的人愈加重視飲食安全。食品安全與國民體質息息相關，與食品產業發展及出口競爭息息相關。但是仍然有諸如非轉基因大豆、農藥殘留等農產品、食品安全問題出現。要想實現全方位無死角管控確實有難度。所以，為了迅速排查問題根源，快速處理不合格農產品，懲治農產品違規人員，建立先進周密的農產品溯源系統是當務之急。

西方國家出臺了許多措施來保障農產品安全，比如美國有專設機構負責溯源農產品信息；英國有系統的農產品溯源體系；日本對肉牛產業各個環節錨定標識，以追根溯源。這些措施都有力地保障了農產品質量安全。

西方國家的溯源系統已成熟運行了多年，而我國的溯源系統還處于起步階段。我國農產品質量安全保障體系建設采用分步走的戰略部署，初級階段是由政府部門、社會機構、農產品加工企業共同參與建設溯源系統；更高級階段是建立由國家市場監督管理總局的食藥部門管理農產品質量安全的工作。因為分段實施，各階段采集信息難免不統一，信息之間會有不兼容、共享難等現象。采集信息時，需要借助物聯網為基礎的硬件設施，如果農產品種類繁多，所耗費基礎建設資源也較大。如溯源相關工作對象太多，以及溯源環節繁雜，就降低了溯源效率，造成擁有海量信息卻查找緩慢、共享困難的情況。

基于農產品溯源的社會要求，有的學者從技術的角度，建議應用物聯網搭建供應鏈式的管理系統，有的學者建議構建基于國情的溯源系統，然而都有優缺點。

分布式數據存儲技術可以避免形成數據孤島，可防止篡改數據，利用分布式數據存儲技術可以有機融合政府部門、非公組織和農戶等角色在溯源系統中的作用，進一步整合各類農產品信息。使用分布式數據存儲技術可以有效采集各類信息，借助數據塊可以有效溯源。基于此種技術的優越性，使得農產品溯源系統得以實現跨越式發展，在智慧農業中發揮更大作用。

1 農產品溯源的必要性

近幾年，農產品安全時間多有發生，主要分布在相關流通環節。比如，農產品生產中農藥殘留過多，殺蟲劑所含成分超標，監管不能全覆蓋，消費者維權意識及能力欠缺，信息反饋不及時，社會監督乏力，區域性環境污染問題等等。

農產品加工流通鏈較長，環節較多，監管力量的薄弱使得任何一個環節都有可能出現安全問題，也難以實現有效追溯，這是農產品安全問題頻發的原因之一。所以，實現農產品溯源已成為當務之急，要實現多農產業生產、流通各環節的監管、記錄全覆蓋，使每個階段的信息都能真實、有效地記錄下來，提高農產品安全性。分布式數據存儲技術正是迎合了農產品溯源的要求，且為農產品溯源拓寬了思路。

2 分布式數據存儲技術溯源優勢

由于中心化溯源體系在追逐信息時的信任感缺乏客觀性，而通過分布式數據存儲技術進行多方反復驗證，多方協同維護數據完整性的原理，可實現常見品牌農產品產業各個環節由眾多參與者形成聯盟。隨著參與者數量的增多，共同驗證維護的信息越多，則農產業信息的完整性、真實性越強，消費者獲得的信任感也就越強。

對于中心化溯源系統的數據容易被篡改的情況，分布式數據存儲技術實現了在分布式網絡架構上去中心化的特性，從而避免了數據的易篡改性。分布式數據存儲技術也降低了人為修改或意外丟失數據的可能性。另外，多方參與數據驗證、完善的特性，利于數據的活化和共享。同時，分布式數據存儲技術還附帶有支付及結算的清算特性，減少了賬目糾紛的情況，降低了相應成本。

分布式存儲技術可確保數據塊和數據鏈的真實、完整、防篡改，為確保鏈前數據的真實準確，可結合智慧農業的多種先進技術進行強化。比如，在批量農產品信息上鏈前，可以在大宗農產品批次中捆綁全球定位系統設備，確保農產品鏈上信息與實際地理位置一一對應，在初始環節筑牢溯源信息的真實性。

所以，分布式數據存儲技術可以應用于大宗農產品追根溯源，可以在確保農產品信息上鏈之后，主體各方都能實時獲取到各個階段的真實信息，而且避免人為篡改農產品信息。根據分布式存儲信息可以便捷地追溯農產品各個階段的信息，避免了孤立數據點的缺失。分布式數據存儲技術為大宗農產業追根溯源帶來了新的應對方式，為農產業各個關鍵階段帶來了更為豐富的信息數據。基于分布式數據存儲技術溯源體系去中心化的特性，有機融合了物聯網、云計算、全球定位以及智能監控等新興技術，實現了鏈上數據真實有效、實時獲取，在核心上強化了農產品溯源的信任性，保障了消費者的知情權，也凸顯了品牌農產品價值的技術支撐。

分布式數據存儲技術可以實時實現農產品生產、加工、流通、營銷等各階段信息上鏈，農產品企業可借助網絡身份認證技術，實現溯源系統中產品信息的安全認證，實現全鏈信息的記錄。溯源系統中的農產品信息還包含生產日期、銷售日期以及來源分布。消費者可有效獲取農產品種產銷的完整信息，確保購買到真實產地的農產品，實現放心消費。

3 基于分布式數據存儲技術的農產品溯源模型

基于分布式數據存儲技術的特性，設計了農產品溯源系統模型及架構。

3.1 溯源系統設計思想與實時追溯機制

3.1.1 系統設計思想

如果在同一數據表中存儲所有階段的數據，會導致越來越多的階段性數據內容累加到現有數據表中，數據量會集聚增大，數據內容更為龐雜，不同階段的參與者在同一溯源體系中的信息私密性會降低。所以，該溯源系統采用雙分布式數據存儲技術和側鏈模式，在此基礎上，借助超級記錄表的通道思想，優化存儲結構，實現一階段一張表的設計理念。將各階段信息封裝后，存儲在不同數據表中，做好后期進行溯源的基礎性工作，在確保信息安全的情況下，實現數據的扁平化處理，且可溯源。

3.1.2 動態追溯機制

農產品產業鏈各階段相對關系并不惟一，有時先后順序會有變動。溯源系統要有效捕捉農產品流通、加工不同階段的信息，進而組合為系統的流動鏈條，即全程追蹤。系統按照模塊化、流程化的設計理念，將不同階段的農產品數據進行封裝，并在后續階段進行調取和利用，促進農產品產業鏈的延鏈、補鏈、強鏈，使溯源系統可以增強不同場景的適用性，實現實時追溯。

3.2 溯源模型

為強化溯源系統的靈活性和適用性，借助一階段一張表的理念和實時追溯機制，設計出基于分布式數據存儲技術的農產品溯源系統模型。農產品不同階段信息均封裝為獨立模塊，后臺調用程序和具有該階段數據表維護權限的節點協同處理該階段事務請求，階段模塊與模塊調度程序協同運行，階段模塊間接通信服務模塊。溯源系統的核心區域是管理協調各環節的模塊，可應對消費者與監管者的信息查詢指令，靈活組合各個階段，實現實時溯源。

4 基于分布式數據存儲技術的農產品溯源體系設計

4.1 基于區塊鏈技術下農產品溯源體系框架的建立

建立基于分布式數據存儲技術的農產品溯源系統，有利于對農產品安全、可靠的管理。按照數據存儲層、網絡通信層、應用層這一分布式存儲技術層次模型建立的溯源系統，網絡通信層與數據存儲層各自功能相對獨立，又互有關聯，數據存儲層主要負責記錄農產品生產、加工、物流、營銷等全生命周期的數據，存儲各節點的交換信息，一旦數據上鏈，就無法修改。數據層對農產品信息的頭部信息和塊體信息進行存儲，哈希算法校驗后，加入時間戳記，在數據鏈中記錄信息。去中心化以及防篡改的特性確保全網絡參與節點實時更新，如果有人為因素篡改數據，就會被清除出該節點。溯源系統監管部門和農產品各鏈環機構共同承擔數據校驗和認證作用，可實現標準化、規范化審驗農產品信息。應用層通過網絡平臺面向公眾提供查詢服務，生產者、物流運營方、消費者和政府部門在應用層輸入交換數據，應用層將數據傳遞到網絡層提供溯源查詢。在基于分布式數據存儲技術打造的溯源模型中，分布式網絡與共識認證的鼓勵措施，以及哈希加密算法和時間戳記的加持，為農產品溯源提供了真實、可靠的技術保障。

4.2 數據錄入模塊

在記錄農產品信息的過程中，數字化信息代表了全網鏈中的農產品，信息節點維護方借助參數指標和身份認證開放授權節點權限，確保信息修改的有效和可靠。嚴密跟蹤產品信息，防范溯源路徑的篡改。借助私鑰，擁有權限的節點進入區塊鏈，通過可視化界面維護數據。維護的數據涉及農產品編號、商家信息、產品型號、產地信息、生產日期、流通渠道以及相關標準等，錄入完畢后，系統自動校驗數據是否合乎標準，通過校驗后在后續流程作為具備權限的生產商節點與后續環節進行交換。此過程需要非對稱Encryption技術進行數碼簽名，確保信息節點的隱秘性。在各節點對全網進行廣播后，加蓋時間戳記后的前一階段交換信息存儲在區塊中。各個參與節點競相在下一個責任方記錄農產品數據，這種機制保證了農產品鏈路信息的真實性。在不同階段記載產品信息時，可依照記載的身份ID數據表來標識其確切身份，在溯源系統中這是重要環節，這樣在整個鏈路中可以全息體現產品在不同階段的形狀，并為消費者實時展示。

4.3 數據查詢模塊

農產品進入銷售環節后，零售商向消費者出售產品，需要在溯源系統中錄入產品交易碼。因為區塊體系中嵌有上個區塊的哈希校驗值，所以可以借助此值追溯上一階段的農產品信息，直至產品源頭。農產品溯源要確保在以下階段可以掌控數據：生產階段、加工階段、物流運輸階段、零售階段和消費階段。

借助農產品溯源查詢功能，每個農產品都在不同階段進行數碼簽名和時間戳記認證。在電子文檔中，涵蓋了特定產品的交易編號、生產日期戳記、出廠時間戳記、產品類型等。在流通階段，用戶可以通過獲得權限后錄入私鑰，借助平臺獲取關鍵數據。不僅如此，農產品的源頭牧場、農場、園區的原始環境等信息都涵蓋于區塊鏈中，一旦有食品安全事件發生，可以通過一定權限獲取原始記錄中記載的相關環境信息。

4.4 系統環節應用

在追溯系統的生產階段，主要節點指生產商。其要對不同的農產品進行分類編碼生成產品檔案，然后在系統中記載生產信息、加工信息、質量問題和出售數據等。這一階段的原料通過轉化形成經過包裝的新產品。物流換機通過運輸公司及代理商的追溯調閱系統對農產品實際配送區域、線路進行掌握，所以物流商要記錄農產品的配送方式、配送環境等。銷售階段主要記載直銷、分銷以及零售情況，產品出售后，消費者可以借助產品二維碼直觀明了地了解產品的整個全鏈環流通過程。