基于區塊鏈的農業物聯網AI大數據平臺

摘 要：以人力為主的現有生產模式和新農民年輕化是導致農業生產效率低的主要原因，傳統農業還存在食品安全問題。本文將物聯網、區塊鏈、大數據等新一代信息技術與傳統農業相結合，打造集農業環境感知化、農業過程優質化、農業生產標準化、農業服務智能化于一體的智慧農業物聯網云平臺，幫助農業從業者構建起“從生產到銷售，從農田到餐桌”的農業智能化服務體系。通過分析平臺技術原理和創新點，得出農業物聯網技術的未來研究重點與發展方向，進一步促進農業增產增收，更好更快實現綠色智慧農田建設。

關鍵詞：物聯網；大數據；區塊鏈；AI；數據加密；智慧農業

中圖分類號：TP39；F304 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2024）02-0-02

0 引 言

物聯網技術[1-3]在我國已發展近10年，是通過互聯網連接智能設備、傳感器和其他物理設備，實現設備之間互聯互通，從而實現智能化、自動化和信息化的技術。隨著物聯網技術的不斷發展，智能設備和傳感器被廣泛應用于各個領域，如智能家居、智能交通、智能醫療等，為人們的生活和工作帶來了巨大的便利和效益。同時，物聯網技術也成為了未來智慧農業的重要支撐。

人工智能技術[4]是一種基于計算機和算法的智能化技術，可以實現像人類一樣的思維和決策過程。隨著計算機算力、數據量和算法的不斷提升，人工智能技術成為智慧農業數字化轉型和智能化升級的重要支撐。

大數據技術[5]是一種基于分布式計算、云計算和人工智能等技術的數據處理和分析方法，可以幫助企業高效分析數據，從中發現新的業務機會，并做出更科學的決策。大數據技術已經被廣泛應用于金融、醫療、制造業等，成為行業數字化和智能化轉型的重要支撐。

區塊鏈技術[6-8]是一種去中心化、安全可靠的信息存儲和傳輸技術，它通過密碼學、分布式共識和去信任化等技術手段，實現了信息的不可篡改、去中心化和公開透明。區塊鏈技術最初應用于比特幣等數字貨幣的交易，但隨著技術的不斷發展，其應用范圍已經擴展到金融、物流、醫療、版權保護等領域。區塊鏈技術可以有效解決傳統中心化系統中存在的信任、安全和效率等問題。

1 平臺簡介

該平臺由臨沂城投思索信息技術有限公司和臨沂大學聯合支持研發。該項目依據物聯網、大數據、云計算等新一代信息技術，立足于傳統農業痛點，采用“1+2+1+8+N”架構邏輯設計了8大系統。該平臺以國家、省、市政府關于“智慧農業”“產業園區”等相關要求為依據，以“云上園區”“物聯園區”“數據園區”“應用園區”為理念，以萬物互聯、數聚賦能、品牌農業、農業生態為亮點，涵蓋物聯管控、園區管理、農資配送、防偽溯源、產品交易、品牌營銷等功能。圖1所示為平臺的8大系統，涉及產前、生產和銷售三個階段。

2 技術原理

平臺采用物聯網、大數據、云計算等新一代信息技術，實現農業園區的數據信息采集，為農業生產精準調控提供科學依據，達到增產、增效、改質、調節生長周期等目的。

2.1 物聯網應用技術——巡檢車

物聯網是推動農業信息化與現代化轉型的首要切入點，通過物聯網技術的應用，可以彌補傳統手工農業的劣勢，實現科學培養、精準控制、綠色農業等發展目標。巡檢車采用藍牙和NB-IoT雙通道通信方式，通過自主研發微信小程序實現遠程控制，設置固定路線巡檢實現農作物圖像信息采集。

自主設計的電路板擁有多拓展接口；四驅驅動可實現巡檢車原地掉頭；巡檢車通過攝像頭進行信息交換和通信，以實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理。

2.2 大數據技術

通過物聯網設備獲取農業數據，在數據中臺進行數據分析，進一步指導農業生產，提高生產效率，為企業帶來更多的商業價值，為農業行業帶來創新和改變。

將農業產業鏈各環節和不同主管部門之間的數據合理有序地存儲在一個公共開放的數據云空間，進一步打通不同區域、不同部門之間的數據通道，解決區域、部門之間信息不匹配等問題，促進農業生產要素的流動，以大數據手段合理優化農業生產要素的配置方式。

2.3 區塊鏈技術

區塊鏈作為一個去中心化的分布式共享賬本和數據庫，綜合其優勢形成了一個分布式新型應用模式。采用IPFS+以太坊的分布式存儲結構，構建基于交易體的智能合約以保證數據存儲安全，進而提升食品安全，解決消費者對于產品的信任危機。交易體結構如圖2所示。

2.4 數據加密技術及身份認證

通過數據加密[9-10]、數據聚合，實現對用戶信息的加密保護，提高用戶信息安全程度以及用戶對平臺的滿意度。采用獨特的三因子加密技術流程，確保數據安全。三因子加密技術流程如圖3所示。

首先通過AES算法生成密鑰對，通過私鑰和橢圓曲線算法ECC對數據明文（Data Plain Text， DPT）進行加密，生成數據密文（Data Cipher Text， DCT）。

通過MD5哈希算法密文記錄數據校驗生成數據校驗值（Check Value， CK），之后將密文上傳星際文件系統IPFS。

數據交易完成后得到公鑰、校驗值CK并更新授權清單（Authorization List， AL），進入數據解密流程。

通過MD5哈希算法對數據密文DCT進行數據校驗和校驗值比對，若一致，則說明數據密文DCT未被修改。

通過公鑰PK和橢圓曲線算法ECC對數據密文DCT進行解密生成數據明文（DPT）。

3 項目創新點及市場

3.1 智慧物聯

利用物聯網技術改造傳統農業，對農業生產要素進行數字化設計、智能化控制、精準化運行、科學化管理。通過物聯網設備對苗情、蟲情、土壤墑情、氣候等進行數據采集并在云平臺進行分析。通過水肥一體機、卷簾機、風機等自動化設備進行水分、肥料的補充和溫濕度調節，實現農作物產量的提升，加快智慧農業建設，推進農業現代化發展。

3.2 數聚賦能

引領數字技術創新，數聚賦能實現農業現代化。通過多途徑匯集歷史氣象、土壤、產量、價格、質量等信息，利用計算機視覺、圖像識別以及智能分析等人工智能技術訓練農業大腦，建立氣象預測、病蟲害預測等模型，通過模型訓練控制農作物生產過程智能化；實現作物生產灌溉、施肥、植保等作業過程精準化，從而達到精耕細作的目的。

3.3 品牌農業

基于區塊鏈的全流程安全溯源營銷，打造優質品牌農業。完善培育和保護機制，提升品牌知名度、影響力，打造出在全國叫得響、消費者信得過、輻射帶動力強的農產品品牌。

3.4 行業生態

圍繞農業大數據中心建立農業綜合服務生態圈，形成農產品價值鏈、要素鏈和供應鏈。探索以種子鏈為核心引領、以種植鏈為關聯中樞、以加工流通鏈為有力增值、以服務鏈為協同增效的農業全產業鏈融合發展模式，打造一批現代農業產業集群。

4 結 語

農業產業正在經歷著數字化和智能化的轉型升級。基于區塊鏈的農業物聯網AI大數據平臺正是這一趨勢的體現，它可以實現從農業生產到產品流通全過程的數字化和智能化管理，提高農業生產效率、保障產品質量和安全，同時還可以實現農業產業鏈的全面升級和轉型。這一技術的發展將為我們創造更加安全、高效和可持續的農業生產環境，為美好未來賦能。

注：本文通訊作者為趙斌。

參考文獻

[1]楊雅頌.基于物聯網與云計算的數據挖掘技術[J].物聯網技術，2022，12（11）：128-130.

[2]余文科，程媛，李芳，等.物聯網技術發展分析與建議[J].物聯網學報，2020，4（4）：105-109.

[3]李道亮，楊昊.農業物聯網技術研究進展與發展趨勢分析[J].農業機械學報，2018，49（1）：1-20.

[4]張成崗.人工智能時代：技術發展、風險挑戰與秩序重構[J].南京社會科學，2018，29（5）：42-52.

[5]沈費偉，袁歡.大數據時代的數字鄉村治理：實踐邏輯與優化策略[J].農業經濟問題，2020，41（10）：80-88.

[6]賀強，賀靜霞，楊華，等.基于區塊鏈的病毒污染生鮮食品信息追溯模型[J].計算機仿真，2023，40（1）：539-543.

[7]武雅娟，蘇本營，李晶，等.基于區塊鏈技術的特色農產品質量供應鏈設計研究：以“門頭溝京白梨”為例[J].中國農學通報，2022，38（33）：152-157.

[8]張新，彭祥貞，李悅，等.基于可信區塊鏈和可信標識的糧油食品全供應鏈信息追溯模型[J].農業大數據報，2022，4（1）：35-48.

[9]李偉超.計算機網絡信息安全中的數據加密技術[J].網絡安全技術與應用，2022，22（11）：23-24.

[10]宋午陽，姜霞.網絡傳輸中數據安全及加密技術分析[J].網絡安全技術與應用，2022，22（9）：30-31.