物联网和区块链技术在农产品溯源上的应用

吴霜，喻朝新

（中国移动通信集团广东有限公司，广州 510630）

舌尖上的安全直接关系13亿多人的民生。十九大报告提出，实施农产品安全战略，让人民吃得放心。“农产品安全追溯系统”是一个能够连接生产、检验、监管和消费各个环节，让消费者了解符合卫生安全的生产和流通过程，提高消费者放心程度的信息管理系统。但目前的追溯系统中的生产、检验、监管和消费各个环节数据都是通过人工操作录入，同时，数据储存在单一的数据库节点上，增加了差错和篡改的风险，降低了消费者对于追溯结果的信任度。

针对现有农产品安全溯源系统的不足，随着物联网和区块链技术的发展成熟，该文提出将这两项最新技术应用在农产品溯源领域，保障农产品数据的真实可信，为消费者建立了一条安全可靠的农产品溯源链。

1 溯源系统总体介绍

本方案针对农产品安全溯源系统的数据实时性和真实性问题，通过采用先进的物联网和区块链技术，提出了具体的解决方案：基于物联网在农场、养鸡场、牧场的全面覆盖，通过温湿度监测仪、土壤检测仪、耳标、项圈、脚环等设备对养殖环境的数据，蔬菜土壤的肥力，鸡和牛的生长数据进行采集和监控。物联网获取的农场信息，加工信息，结合物流信息，销售信息，全面纳入到区块链平台，记录农产品全流程数据，并通过区块链技术的智能合约，分布式账本，防篡改等技术特点，保障农产品数据的真实可信，为消费者建立了一条安全可靠的农产品溯源链。

如图1所示，从功能架构上，溯源系统按照功能划分为区块链基础层、核心能力层、生产管理与溯源层、应用与接口层等。

区块链基础层：采用Hyperledger/Fabric开源项目，搭建广东移动溯源应用，提供了用户验证、数据加密、共识、智能合约运行环境。面向整个溯源平台提供基础能力服务。

图1 功能架构图

核心能力层：主要提供智能合约的执行环境，包括散养鸡、蔬菜、小黄牛的相关信息上链前的数据验证，根据预先定义好的合约，自动执行相关算法，对于不合约定的数据拒绝上链。

生产管理与溯源层：主要完成对数据的管理和平台的配置功能，提供了用户登录、创建通道、加入通道、智能合约发布，升级，实例化、交易、查询等功能。

应用与接口层：提供了农场管理功能、农产品的溯源信息接口、IoT数据的集成与展现、外部系统集成接口等。统一提供外部数据的入口，以及对外提供溯源信息。

2 物联网技术应用

如图2所示，物联网平台系统结构由5部分组成：管理中心系统、数字项圈、有源耳标、采集器、温湿度传感器，是一个以物联网为基础的农牧场管理系统，通过HOST、数字项圈、北斗/GPS、温湿度传感器（RS485通讯）、有源标签、采集器等对农牧产品进行数字管理，包括对牧群的跟踪定位、农场环境参数追踪、视频实时监控等。

物联网信息采集系统利用传感器，RFID和NB-IoT等物联网技术来实现追溯信息的自动化采集，减少人工的干预，保证信息的精度，准确和实时性。并将通过数据集成网关统一接口方式，把采集到的不同信息推送到区块链平台中进行记录。在本方案中采用物联网技术带来以下好处。

图2 物联网采集架构图

（1）通过物联网手段降低人工成本：物联网系统可以24h连续采集各种必需的环境参数，并可以预先设定适合的环境参数(有经验值)，如发现偏差，可采取人工或远程自动模式发出指令，启动与系统相连接的通风机、遮阳、加湿、浇灌等设备进行工作，直到环境数据达到系统预设的数据范围之内，精准控制水、电、肥料、农药等物料消耗，从而大大减少人工成本和物料成本。

（2）提高和稳定产品品质：对作物的生长环境实现了实时监测和调节，各种参数波动小，非常有利于提高产品产量和质量，保证产量和质量的可控稳定，为客户带来更高的预期收益。

（3）生产经验和知识不流失：通过数据积累，系统将适合客户自己的生产经验总结、积累和延续在系统内，从而保证工艺和管理延续、稳定。

（4）种殖过程实现可视化：通过网络和系统随时随地远程查看农地的作物生长情况、设备的运行状态、工人生产情况，管理人员可以做到远程轻松监控、管理作业生产，增加消费者现场体验感，增加消费者信任，增加市场需求。

图3 节点与通道配置图

（5）产品质量安全可追溯：通过保留可追溯的数据，增加客户的农产品安全认知度，获得更高收益。

3 区块链技术应用

区块链是一种共享分布式账本技术，商业网络中的任何参与方都可以查看交易系统记录（账本）。是一种技术方式来实现价值交换，解决信任问题、降低信任成本的技术方案，目的就是为了去中心化，去信用中介。节点与通道配置图如图3所示。

（1） 分布式账本： 账本在相关参与方之间共享。

（2） 隐私保护：山鸡、蔬菜、肉交易处于不同的通道，不同的智能合约，保证数据隔离；交易加密，只有相关方才能查看。

图4 区块链应用示例

（3） 信任：山鸡、蔬菜、肉交易在不同的通道中，有不同的背书策略，只有相关方背书之后交易才能被提交；交易提交之后，经过节点计算、验证、经过共识之后才会写入账本。

（4） 智能合约：养殖、种植、饲养、加工、物流等信息通过智能合约写入区块链；商业条款嵌入在合约中，自动触发并执行交易。

本方案利用区块链技术的特点，保证生产各个环节数据的不可篡改。同时，利用智能合约，自动处理违约和不合规的交易发生，解决信任问题。区块链应用示例如图4所示。

4 结语

该方案物联网和区块链在农业领域的首次结合，他不仅重塑了农产品安全信任链，更打造出完整的智慧农业生态圈。我们采用最新的NB-IoT等物联网技术，实现对种养殖过程的可视化、精准监控和科学化管理，推动农业发展向集约型、规模化转变；我们利用区块链平台特有的分布式账本和防篡改功能，使得农产品“从地到桌”的全过程更加透明可溯及真实可信； 全面打通了农产品从养殖、加工、物流、监管到销售整条生态链，建立起完整的智慧农业生态圈，不仅实现了科技兴农精准扶贫，还解除了农产品安全的信任危机，让消费者吃到放心肉菜。