基于區塊鏈的蔬菜供應鏈追溯平臺功能及應用流程設計

徐揚 何杰 張浩 尚君燭 胡錦蓉 喬博帥

摘?要：蔬菜質量安全問題已成為農產品問題研究的重中之重，為響應國家針對蔬菜質量安全提出的新要求，文章結合區塊鏈技術的應用特點，從構建目標、架構設計、功能模塊和應用流程四個方面提出了一種能夠提高追溯信息可信度的蔬菜供應鏈追溯平臺搭建方法。文章的研究成果對于區塊鏈賦能蔬菜供應鏈創新發展具有重要的參考價值。

關鍵詞：區塊鏈；蔬菜供應鏈；信息溯源；平臺搭建

中圖分類號：F259.23???文獻標識碼：A?文章編號：1005-6432（2023）10-0182-03

DOI：10.13939/j.cnki.zgsc.2023.10.182

1?引言

蔬菜供應鏈在數據采集時往往缺乏約束機制，并且由于上下游企業之間存在復雜的利益博弈關系，易造成信息不對稱和不透明，導致溯源信息缺乏可信度［1］。區塊鏈技術則是一種集合了去中心化、不可篡改和底層公開等特點的強大監控工具，將該技術應用到蔬菜供應鏈中，能夠實現蔬菜產品的全程信息公開、透明，有效解決農產品生產者與消費者所面臨的“信息孤島”。

近年來，隨著技術的不斷成熟和應用場景的豐富，基于區塊鏈的追溯體系建設不斷推進。2017年8月，沃爾瑪和IBM聯手打造了中國豬肉和墨西哥芒果供應鏈的區塊鏈追溯系統，將芒果從種植基地到銷售超市的流通信息溯源時間從6.5天縮短到了幾秒鐘，大大提高了溯源效率［2］。因特爾公司在海產品供應鏈中引入區塊鏈技術建立分布式賬本，極大地促進了海產品的可追溯性［3］。在國內，順豐將區塊鏈技術應用到廣州梅州柚的溯源流程管理中，每批次產品有唯一溯源碼與其對應，記錄梅州柚的種植、質檢、流通和消費信息［4］。

文章在上述背景下開展研究，依托區塊鏈技術打造蔬菜“智能”供應鏈，對蔬菜供應鏈實施全流程信息采集和質量追溯，為消費者構筑從源頭到餐桌、從線上到線下的蔬菜產品安全鏈路，保障蔬菜的質量安全。

2?基于區塊鏈的蔬菜供應鏈追溯平臺架構和功能設計

2.1?平臺整體架構設計

從質量安全溯源體系的運作規則出發，基于區塊鏈技術構建蔬菜供應鏈追溯平臺整體架構，由底層向上依次為感知層、傳輸層、數據層和應用層，如圖1所示。

2.1.1?感知層

感知層位于平臺最底層，通過二維碼、傳感器等物聯網技術設備采集蔬菜從種植、包裝、運輸到銷售全流程的關鍵信息，實時讀取有效數據并識別存儲，確保溯源信息的準確性與完整性，并將信息推送至傳輸層。

2.1.2?傳輸層

通過移動網絡接口、TCP/IP等數據傳輸方式接收來自感知層的信息。以智能合約的形式將相關的法律法規、行業標準等內容嵌入到區塊鏈中，便于在接收數據時自動執行上述條款，以此防止不合格蔬菜產品的供應鏈活動［5］。

2.1.3?數據層

有記賬權的節點將接收到的數據寫入區塊并進行封裝。區塊鏈為每個蔬菜產品生成一個時間戳的數字簽名，按照多簽名復雜網絡設置，實現了數據的分布式存儲，使得傳統中心化存儲方式數據可靠性差、易泄露等問題得以巧妙地解決。

2.1.4?應用層

采用Browser/Server技術架構，通過電腦或者手機終端的網站、App或小程序等應用，為監管部門、消費者、相關企業提供查詢、監控和追溯服務。用戶在終端設備進行協議確認后，通過交互行為讀取溯源信息，實現蔬菜供應鏈的可視化和透明化。

2.2?區塊鏈應用方案設計

區塊鏈信息系統存儲供應鏈各節點中的關鍵信息，其由生產者、加工者、流通者、經營者、消費者、監管部門等多個節點共同維護。區塊鏈在蔬菜供應鏈追溯平臺中的技術應用主要包括信息上鏈、信息存儲、信息查詢和信息更改幾個方面。

2.2.1?信息上鏈

節點用戶將相關信息錄入數據庫并提交到對應節點，供應鏈其他節點也會同步該節點上傳的公開信息。這些同步信息按照時間戳進行排列并打包成區塊，同時將生成的當前區塊的哈希值、上鏈的前一個區塊的哈希值和Merkle根等存進區塊。

2.2.2?信息存儲

將多個交易封裝到區塊，以存儲區塊的方式來存儲數據。節點調用PBFT或RAFT等共識算法對產生的區塊達成共識后，調用setTransaction（）等相關方法將交易信息打包生成的區塊發送到區塊鏈上。區塊上鏈后，區塊中所有數據的id存儲到數據庫，便于供應鏈節點用戶查詢信息。

2.2.3?信息查詢

消費者掃描所購蔬菜外包裝上的二維碼即可查詢蔬菜在供應鏈全流程的關鍵信息，據此判斷其質量和品質。除消費者以外，蔬菜全生命周期的信息對所有加入該區塊鏈的節點用戶開放，確保信息的公開透明。

2.2.4?信息更改

在設備故障或人為操作失誤導致錄入的信息缺失或有誤的情況下，由相應的供應鏈節點向政府監管部門申請更正信息，監管部門確認該信息是意外導致的錯誤而非惡意修改后，則發起對更正信息的共識，更正信息產生的區塊達成全網共識后，重新被添加到區塊鏈。

2.3?功能模塊分析

從平臺的構建目標出發，綜合考慮農戶、物流商、經銷商、消費者、監管部門等用戶在蔬菜供應鏈相應環節的信息需求，共設置企業信息管理、產品管理、生產加工管理、二維碼管理、溯源管理和系統管理等六大功能模塊。

2.3.1?企業信息管理

包括企業基本信息和生產基地信息。企業名稱、營業執照屬于基本信息，生產基地信息包括地塊編號、規模、所在地和農戶名稱等。農業企業信用平臺作為權威認證機構接入區塊鏈，對供應鏈上的節點企業進行資質審核，確保整個平臺的“信用下限”。除此之外，通過政府的地理信息系統在地圖上展示入駐企業的位置。

2.3.2?產品信息管理

分為產品基本信息管理和質檢信息管理。產品基本信息通常由生產企業或經銷商上傳，下游企業及消費者可以及時了解產品的相關信息，同時也起到了品牌建設和地方特色農產品宣傳的作用。質檢信息是確保蔬菜質量安全，讓消費者放心的同時樹立平臺權威形象的關鍵。

2.3.3?生產加工管理

主要用于蔬菜生產加工流程的管控，包括幼苗培育、移栽、用藥、施肥、收割、包裝等信息記錄。

2.3.4?二維碼管理

二維碼由節點企業在平臺發出申請后自動分配。企業將二維碼與蔬菜產品的批次進行綁定，形成“一物一碼”標簽。供應鏈各個節點的企業將產品的生產、檢測、流通、交易等信息上傳至平臺，并與二維碼標簽建立關聯，形成蔬菜溯源檔案。

2.3.5?溯源查詢管理

消費者可通過掃描產品包裝上的二維碼查詢蔬菜在供應鏈上的全部信息，包括產品的生產環境、質檢信息、途經地區、相關企業資質等，增加消費者對蔬菜的放心度。同時，經銷商也可以通過獲取二維碼上的信息了解產品流通過程的相關信息，確保所銷售產品的安全性。

3?基于區塊鏈的蔬菜供應鏈追溯平臺應用流程分析

3.1?產品信息采集流程

3.1.1?生產環節

在生產基地里部署視頻監控設備、溫濕度傳感器等物聯網設備采集并錄入相關數據，區塊鏈會將這些數據信息打包成區塊，加密并上傳至平臺。產品標識和區塊相關聯，共同封存在區塊鏈中，區塊鏈為每個蔬菜產品生成溯源檔案，并附以時間戳。

（1）選擇蔬菜種植地。平臺對每塊種植土地進行管理，將蔬菜種植基地的名稱、位置、土壤環境等信息錄入到平臺中。為每塊土地賦予二維碼（大碼），用于記錄蔬菜的生長全過程。

（2）蔬菜生長過程監控。將采購來的蔬菜種子進行培育，并將種子的信息錄入二維碼中，包括種子品種、生產批次等。二維碼與物聯網設備相關聯，記錄蔬菜的生長環境，在生長過程中使用過的農藥種類，打藥時間、打藥人員、使用了多少農藥等信息，對蔬菜生長過程進行全面的監控管理。

（3）收割包裝出庫。二維碼將記錄蔬菜的生長周期，在收割過程中記錄蔬菜的品種、批次、收割時間、數量等信息，同時讓質檢部門進行質檢，將檢驗報告統一錄入二維碼，然后將蔬菜進行包裝賦碼（小碼），將大碼信息同步到小碼上。

3.1.2?加工環節

利用物聯網設備采集加工單位、加工環境、添加劑使用情況、包裝材料、包裝設備、保質期、質量檢驗報告等數據，將這類信息打包上鏈，通過數字簽名確保信息無法篡改。

3.1.3?物流環節

平臺為企業提供蔬菜產品在運輸倉儲過程中的質量實時監控與預警服務。通過RFID標簽建立蔬菜與車輛、倉庫之間的關聯，車輛行駛路線、環境溫濕度、氣體含量等信息均通過車載數據系統上傳至蔬菜的溯源檔案，一旦監測到數據出現異常，則立即將相關數據上傳至平臺并將警示信號反饋至終端操作人員。

3.1.4?銷售環節

銷售商在接收到蔬菜產品后，通過掃描蔬菜外包裝上的二維碼錄入商戶信息，并將產品價格、銷售單位、儲存時間、儲存環境等信息錄入到追溯檔案中。在交付到消費者手上時完成銷售時間的上傳，以確保區塊鏈中的數據一致性。

3.2?產品信息溯源流程

當蔬菜溯源檔案建立之后，商戶和消費者可以通過平臺網站和手機移動端兩種方式查詢溯源信息。

3.2.1?Web網頁端

通過網站平臺和手機移動端在產品信息檢索頁進行信息查詢，當輸入關鍵字或溯源碼后，平臺會調用查詢接口，顯示出消費者所查詢的相關批次信息，點擊進入相應產品的溯源檔案進行查看。

3.2.2?手機應用終端

如今，智能手機的普遍應用為產品溯源提供了便捷手段，蔬菜供應鏈溯源可以通過手機掃描二維碼實現，轉碼之后直接顯示該蔬菜產品的溯源信息。

4?結論

文章以區塊鏈技術為依托，提出了蔬菜供應鏈追溯平臺的搭建方案，實現對蔬菜產品生產、加工、運輸、銷售等各環節的數據收集、監測、管控、追蹤和監管，保障蔬菜從農田到餐桌的質量安全。文章充分利用了區塊鏈等新一代信息技術來推動農業、物流業等傳統工業的轉型和發展。在供給側改革的大環境下，提高蔬菜產品的質量、安全和高效供應水平將是學者們持續探索和優化的目標。

參考文獻：

［1］李海洲，黃志超，唐衍軍.區塊鏈賦能視角下的蔬菜供應鏈質量安全管理［J］.北方園藝，2021（11）：160-165.

［2］錢建平，吳文斌，楊鵬.新一代信息技術對農產品追溯系統智能化影響的綜述［J］.農業工程學報，2020，36（5）：182-191.

［3］楊毅，王嘉，張博雅.GS1標準+區塊鏈技術助力商品溯源［J］.條碼與信息系統，2019（2）：31-33.

［4］江琳莉，史磊.從梁平柚到梅州柚——區塊鏈技術助力農產品溯源［J］.農業大數據學報，2020，2（2）：94-103.

［5］董晨陽.基于“區塊鏈+物聯網”的糧食流通安全追溯體系設計［J］.糧食科技與經濟，2020，45（12）：45-47.

［基金項目］本文由江蘇省農業科技自主創新資金項目（項目編號：CX（20）3074）、國家自然科學基金項目（項目編號：71874067）資助。

［作者簡介］徐揚，研究方向：農產品供應鏈模式與技術；通訊作者：何杰，教授，博士生導師，研究方向：農產品供應鏈模式與技術。