基于區(qū)塊鏈的生鮮農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流信息共享模型研究*

□ 唐曉華，王春佳，劉 艷，任小強(qiáng)

(西南交通大學(xué)希望學(xué)院 軌道交通學(xué)院，四川 成都 610400)

1 引言

隨著國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展,人們消費(fèi)水平不斷提高,居民對(duì)生鮮農(nóng)產(chǎn)品的需求也越來(lái)越大，并對(duì)其質(zhì)量和新鮮度的要求也越來(lái)越高[1],這就對(duì)冷鏈物流行業(yè)提出了新的期盼。冷鏈物流指一些特殊商品(比如生鮮農(nóng)產(chǎn)品、藥品)在其生產(chǎn)、加工、檢測(cè)、倉(cāng)儲(chǔ)、運(yùn)輸、配送、零售等各環(huán)節(jié)需要始終保持一定溫度的物流運(yùn)輸方式,從而保證商品質(zhì)量[2]。

疫情期間，許多生鮮產(chǎn)品檢測(cè)出新冠病毒陽(yáng)性樣本,因此冷鏈物流的預(yù)防和過(guò)程監(jiān)測(cè)以及食品安全受到高度關(guān)注。然而,冷鏈物流標(biāo)準(zhǔn)和制度體系的不完善,物流企業(yè)自動(dòng)化技術(shù)水平不高以及冷鏈物流信息共享難、不透明及過(guò)程控制成本過(guò)高的內(nèi)因限制了生鮮農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流行業(yè)的良好發(fā)展。因此,生鮮農(nóng)產(chǎn)品及其運(yùn)輸全過(guò)程的質(zhì)量安全,即其冷鏈物流中數(shù)據(jù)的可追溯、可共享、可安全存儲(chǔ)等是現(xiàn)階段亟待解決的問(wèn)題。

2 生鮮農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流研究現(xiàn)狀分析

針對(duì)生鮮農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流行業(yè)存在的問(wèn)題,國(guó)內(nèi)外學(xué)者提出了一系列解決方案。

Yang X等[3]針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用和低溫物流的運(yùn)輸原理,采用聯(lián)合配送模式,結(jié)合固定成本、配送車(chē)輛運(yùn)輸成本、生鮮農(nóng)產(chǎn)品損壞成本和運(yùn)營(yíng)成本，以總成本最低為目標(biāo)函數(shù),構(gòu)建數(shù)學(xué)模型,以科學(xué)的方式提升冷鏈物流的實(shí)際運(yùn)作能力。紀(jì)良綱等[4]結(jié)合我國(guó)生鮮農(nóng)產(chǎn)品流通電商發(fā)展現(xiàn)狀,對(duì)現(xiàn)有的三種生鮮電商模式進(jìn)行了對(duì)比分析,并運(yùn)用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理論和Vensim模型對(duì)其中兩種市場(chǎng)占有度較高的模式進(jìn)行仿真模擬，結(jié)果表明,相比于B2C模式,O2O模式下的生鮮電商利潤(rùn)更高,總成本更低。Marija Bogataj等[5]從冷鏈物流的時(shí)間、距離和溫度變化的角度分析,認(rèn)為供應(yīng)鏈中的物流設(shè)施應(yīng)位于原產(chǎn)地和供應(yīng)市場(chǎng)之間,從而將最終交貨時(shí)產(chǎn)品所需的質(zhì)量和數(shù)量保持在一個(gè)適當(dāng)?shù)乃缴稀antong Li等[6]從冷鏈路徑的角度,選擇用線性規(guī)劃和建模的思路來(lái)解決冷凍食品保質(zhì)期短的問(wèn)題,通過(guò)實(shí)驗(yàn)和實(shí)例表明,采用兩階段迭代法、固定與優(yōu)化過(guò)程和基于路徑的優(yōu)化過(guò)程在解決冷凍食品的保質(zhì)期問(wèn)題上是可行的。David Bogataj等[7]指出在新鮮農(nóng)產(chǎn)品的供應(yīng)鏈中,從田間到餐桌的整個(gè)過(guò)程都可能造成巨大的損失,通過(guò)對(duì)新鮮農(nóng)產(chǎn)品保質(zhì)期短的動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè),包括從一個(gè)鏈節(jié)點(diǎn)到另一個(gè)鏈節(jié)點(diǎn)的運(yùn)輸過(guò)程中的實(shí)時(shí)計(jì)算,運(yùn)用EMRP模型來(lái)減少運(yùn)輸過(guò)程中的損失。Liu Yue等[8]提出了一種基于可視化技術(shù)的農(nóng)產(chǎn)品流通時(shí)空數(shù)據(jù)感知聚類(lèi)方法,綜合考慮聚類(lèi)分析所采集到的大規(guī)模數(shù)據(jù)的地理空間分布,挖掘出流通過(guò)程的關(guān)鍵位置,以實(shí)現(xiàn)流通過(guò)程中傳感數(shù)據(jù)的可視化。

綜上所述,目前關(guān)于生鮮農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流的研究主要從冷鏈物流技術(shù)及運(yùn)輸環(huán)境出發(fā),以實(shí)現(xiàn)冷鏈物流信息互通,改善冷鏈物流產(chǎn)品質(zhì)量，但仍未解決冷鏈物流中信息共享難、物流數(shù)據(jù)真實(shí)度低及物流過(guò)程全程監(jiān)測(cè)難等問(wèn)題。

因此,本文提出一種面向生鮮農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流行業(yè)的區(qū)塊鏈技術(shù)解決方案,利用區(qū)塊鏈技術(shù)所具有的去中心化、分布式數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)據(jù)防篡改、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)及可追溯等特點(diǎn),建立安全可溯源的生鮮農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流信息共享體系，以期提高生鮮農(nóng)產(chǎn)品運(yùn)輸過(guò)程、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及資源共享等環(huán)節(jié)的透明性。

3 區(qū)塊鏈技術(shù)及其應(yīng)用于生鮮農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流的必要性

3.1 區(qū)塊鏈技術(shù)

我國(guó)工信部發(fā)布的《中國(guó)區(qū)塊鏈技術(shù)和應(yīng)用發(fā)展白皮書(shū)(2016)》將區(qū)塊鏈定義為按照時(shí)間順序存儲(chǔ)數(shù)據(jù)區(qū)塊的一種分布式數(shù)據(jù)賬本,是一種去中心化、集體維護(hù)的新型基礎(chǔ)架構(gòu)。區(qū)塊鏈技術(shù)是各技術(shù)的一個(gè)結(jié)合,是集P2P網(wǎng)絡(luò)、加密算法、共識(shí)算法、智能合約等于一體的計(jì)算機(jī)技術(shù)組合,為數(shù)據(jù)信息的交互提供了一種安全、透明、高效且可追溯的運(yùn)作方式[9-11]。區(qū)塊鏈系統(tǒng)具有去中心化、數(shù)據(jù)防篡改與可溯源、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸機(jī)制等特性。

3.2 區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用于生鮮農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流的必要性

一方面,區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用于其他行業(yè)進(jìn)行信息資源共享的研究已較為成熟[12-13],如相互獨(dú)立的醫(yī)療體系結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)操作一致性的信息資源共享、政務(wù)信息資源共享等。另一方面,因生鮮農(nóng)產(chǎn)品的易腐性對(duì)存儲(chǔ)環(huán)境要求苛刻,所以對(duì)冷鏈物流的倉(cāng)儲(chǔ)、檢測(cè)、運(yùn)輸和配送等各個(gè)環(huán)節(jié)的要求與其他物流不同。為保持冷鏈物流市場(chǎng)持續(xù)平穩(wěn)增長(zhǎng),降低生鮮農(nóng)產(chǎn)品物流損耗,保持產(chǎn)品新鮮度和質(zhì)量,保障群眾食品安全,為生鮮農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流的發(fā)展提供方向，應(yīng)樹(shù)立全程冷鏈思維,依托冷鏈資源透明共享和共同配送,借助區(qū)塊鏈技術(shù)、現(xiàn)代物流,助推我國(guó)物流資源共享化時(shí)代的到來(lái)。

因此,將區(qū)塊鏈技術(shù)與冷鏈物流領(lǐng)域相結(jié)合,補(bǔ)齊冷鏈物流信息共享技術(shù)的短板是生鮮農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流行業(yè)發(fā)展的正確方向。

4 生鮮農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流信息共享模型

結(jié)合區(qū)塊鏈技術(shù)特點(diǎn)以改善冷鏈物流行業(yè)存在的弊端,創(chuàng)新生鮮農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流信息共享模型，如圖1所示。該模型包括用戶層、區(qū)塊鏈服務(wù)提供層、網(wǎng)絡(luò)層和數(shù)據(jù)層，其中,用戶層主要由物流企業(yè)、客戶、供應(yīng)商、政府部門(mén)以及金融部門(mén)組成，因此要建立多部門(mén)協(xié)同機(jī)制,聯(lián)動(dòng)各個(gè)部門(mén)打通冷鏈物流通信網(wǎng)、交通網(wǎng)及公安網(wǎng)的數(shù)據(jù)接口；區(qū)塊鏈服務(wù)提供層的核心功能是提供冷鏈物流信息共享的平臺(tái),由訪問(wèn)控制、共識(shí)機(jī)制和智能合約構(gòu)成，為生鮮農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流交易自動(dòng)生成智能合約，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的訪問(wèn)控制及交易的上鏈操作；應(yīng)用層是由智能物流系統(tǒng)、信息共享系統(tǒng)以及連接各系統(tǒng)平臺(tái)的API庫(kù)組成；網(wǎng)絡(luò)層由各個(gè)區(qū)塊鏈交易節(jié)點(diǎn)構(gòu)成,進(jìn)行冷鏈物流信息的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)共享；數(shù)據(jù)層利用非對(duì)稱加密算法及時(shí)間戳對(duì)冷鏈物流數(shù)據(jù)進(jìn)行加密,保障了數(shù)據(jù)的安全性及可溯源性。此冷鏈物流信息共享模型的特點(diǎn)主要有兩個(gè)方面：一是確保了物流信息的透明性及可追溯性,二是構(gòu)建數(shù)據(jù)安全存儲(chǔ)體系以實(shí)現(xiàn)冷鏈物流信息的分布式存儲(chǔ)及保障數(shù)據(jù)共享的安全性。

圖1 生鮮農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流信息共享層級(jí)模型

4.1 生鮮農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流信息的透明性及可追溯性

生鮮冷鏈物流信息共享內(nèi)容包括收發(fā)貨信息、參與方信息、商品信息、倉(cāng)儲(chǔ)信息、物流環(huán)境信息、檢驗(yàn)檢疫信息及設(shè)備信息。本模型中建立了區(qū)塊鏈物流信息共享平臺(tái)以保證物流信息的透明性,為監(jiān)管機(jī)構(gòu)、商家及用戶提供了物品從出倉(cāng)到接收的全程透明式信息管理模式,不僅為用戶提供可驗(yàn)證農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量的有效數(shù)據(jù),也為監(jiān)管部門(mén)和商家提供了產(chǎn)品運(yùn)輸?shù)膮⒖紨?shù)據(jù)。具體的生鮮農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流信息的溯源流程如圖2所示。

圖2 生鮮農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流信息的溯源流程

4.2 基于區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)安全存儲(chǔ)體系架構(gòu)

數(shù)據(jù)安全是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享的前提和基礎(chǔ),本模型自然考慮到利用區(qū)塊存儲(chǔ)的特點(diǎn)及區(qū)塊鏈系統(tǒng)的分布式特性以實(shí)現(xiàn)冷鏈物流中信息的安全存儲(chǔ)體系。基于區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)安全存儲(chǔ)體系結(jié)構(gòu)如圖3所示,主要從兩個(gè)方面進(jìn)行設(shè)計(jì)。其一,利用分布式數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)生鮮農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)與維護(hù),保障其與共享平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)的安全交互。其二,采用區(qū)塊鏈體系架構(gòu)中提供的數(shù)據(jù)層中的加密技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加解密、對(duì)信息進(jìn)行認(rèn)證,以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的安全存儲(chǔ),確保共享數(shù)據(jù)的合法性。

圖3 基于區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)安全存儲(chǔ)體系架構(gòu)

5 結(jié)束語(yǔ)

本文基于生鮮農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流的研究現(xiàn)狀,結(jié)合區(qū)塊鏈技術(shù)展開(kāi)信息共享方面的探索,為后續(xù)的深入研究提供借鑒。通過(guò)對(duì)生鮮農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流的現(xiàn)狀進(jìn)行分析,了解到其行業(yè)存在信息共享不安全、不透明性、不及時(shí)以及不可追溯等問(wèn)題,利用近幾年發(fā)展迅猛的區(qū)塊鏈技術(shù)提出了具有針對(duì)性的解決方案。文中主要介紹了基于區(qū)塊鏈技術(shù)的生鮮農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流信息共享模型及其優(yōu)勢(shì),為生鮮農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流體系的發(fā)展提供一條新路徑,對(duì)冷鏈物流的發(fā)展建設(shè)提供新的思路。除了提供解決生鮮農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流應(yīng)用層面的技術(shù)外,政府部門(mén)還應(yīng)建立并出臺(tái)相應(yīng)的冷鏈物流標(biāo)準(zhǔn),發(fā)展 “區(qū)塊鏈+冷鏈物流”模式,以推動(dòng)生鮮農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流的發(fā)展。