农作物生产档案管理系统研究与开发

杨靖峰　朱培培　蔡青

摘要：规范化的农作物生产档案是农业生产的基础数据，农作物生产档案管理系统是智能农业、智慧农场规范化管理的基础。文章论述了农作物田间生产档案的重要性及其规范化过程，概要介绍了Hyperledger Fabric联盟链这一系统开发过程中的关键技术，以及农作物生产档案管理系统的架构和功能结构。

关键词：农作物生产档案；管理系统；生产档案规范化；联盟链

中图分类号：G271 文献标识码：A

档案一般是指人们在各项社会活动中直接形成的各种形式的具有保存价值的原始记录。档案种类很多，有与个人息息相关的学籍檔案、人事档案，还有历史档案、国家档案，再到工作档案、科技档案、生产档案等。农作物田间生产档案是专业档案之一，是按照一定的要求和格式记录各个田块的生产情况、环境条件，系统记载生产过程中贯彻的技术措施情况、各类农业投入品的使用情况、农产品收获情况等，最后形成书面档案材料或电子档案留存[1]。农作物田间生产档案是推动农业生产管理规范化的有效措施。

1  农作物田间生产档案现状及相关要求

1.1   农作物田间生产档案现状

目前，中国农作物田间生产档案管理尚不规范，简单记录、当季记录、纸质记录是田间生产档案的现状。虽然部分地区的蔬菜、果品生产档案记录较为详细，但只是为了完成当季质量的安全追溯，仅记录施肥、植保用药等消费者关注度高的信息，而对地力、种植密度（行距、株距）、灌溉、收获、产量等与农作物生产密切相关的信息缺乏规范的档案记录，仅有的档案记录也只在当季留存。田间生产档案的不规范导致每年、每季、每茬作物的种植仅凭借传统的生产经验，可比对的历史档案较少，这种情况不仅发生在实际农业生产中，也发生在农业科技工作者、农技推广人员的研究试验、示范中，这些科技人员有时也会因田间生产档案的不规范而只能凭借经验来进行试验研究。

1.2   农作物田间生产档案规范化要求

规范化的档案要遵循《中华人民共和国档案法》《机关档案管理规定》《科学技术档案工作条例》等相关规定，编制档案时要遵循《科学技术档案案卷构成的一般要求（GB/T 11822-2008）》等国家和行业标准。

农作物田间生产档案是专业的生产档案，目前还没有相关的管理规定和编制标准，档案的规范化无规则可循。在生产记录和档案编制过程中，需要注意以下几点：一是信息记录要全。农作物生长周期比较长，一个生长周期中有数个生长阶段，每个阶段都有相应的生产活动，所以田间生产档案应把每个阶段的生产活动和数据都记录下来，不能遗漏。二是数据要真实。每次生产活动都会产生各种数据，要真实记录相关数据，不能有估计值、估算值。三是记录、编制要规范化。虽然目前没有与农作物生产档案相关的管理规定和编制标准，但在记录前也要编制相应规范，统一记录内容和单位。

2  田间生产档案的规范化

以玉米为例介绍田间生产档案的规范化。玉米田间生产档案是对玉米全生育期的生产过程进行记录，包括种植位置、土壤地力、整地情况；种植品种、种子生产供应商、生产日期、播种时间与播种方式、播种面积；所使用的农业投入品名称、用量和日期；病虫草害的发生和防治情况；收获时间和产量等信息。玉米田间生产档案规范化是对上述生产过程进行详细、规范的记录（表1）。

通过整理玉米各生育期需要记录的内容，合并相同项，最后形成规范化的玉米田间生产档案（表2）。

3  农作物生产档案管理系统建立的关键技术

农作物生产档案管理系统使用联盟链（私有链）Hyperledger Fabric框架技术实现生产档案数据的不可篡改，保证了生产档案的真实性、完整性。

Hyperledger Fabric出自Linux Foundation的开源项目，是一个模块化区块链框架，它提供多种模块插拔选项，分类数据账本可以用多种格式存储，各节点的共同识别机制可以互换，并且支持不同的服务提供商（MSP）；还提供通道创建功能，允许一组参与者创建单独的交易分类数据账本。与其他区块链系统不同的是，Hyperledger Fabric是一个不允许无身份信息节点参与网络的开放式无权限系统，网络成员通过可信赖的成员资格服务提供商进行登记[2]。

Hyperledger Fabric中有3种角色，分别为应用客户端（Client）、节点（Peers）和接收交易信息（Ordering Service）。应用客户端（Client）用于将终端用户的交易请求发送到区块链网络；节点（Peers）负责维护区块链账本，分为背书节点（Endorsing peers）和接收节点（Committing peers），其中背书节点为交易做验证并对交易进行签名，接收节点用于接收打包好的区块，然后写入区块链中；接收交易信息（Ordering Service）是将交易信息排序后打包成区块，放入区块链，然后将结果返回给接收节点[3]。

Hyperledger Fabric的工作流程为：首先，客户端通过SDK接口，向背书节点发送交易信息；其次，每个背书节点模拟处理交易，但不会将交易信息写入账本，同时验证交易信息合法性并对交易信息签名，返回给客户端；再次，客户端将签名后的交易信息发送给排序服务集群，排序服务集群通过算法对所有交易信息进行排序后打包成区块；最后，排序服务集群将区块以广播方式发送给接收节点，由其做最后交易验证，并写入联盟链[3]。

农作物生产档案管理系统的用户，即农场主、合作社管理者、农户在Hyperledger Fabric链中均被视为客户端，每个客户端都有存储数据需求，故为每个客户端设置背书节点，每个节点都存储相应的生产信息，如农作物种植位置、土壤地力、种植品种、投入品情况、病虫草害发生和防治情况等，这些信息以智能合约方式发送给排序服务集群，由排序服务集群将信息排序打包成区块，以广播方式发送给接收节点并写入联盟链。这样，农作物生产档案管理系统用户就可以利用自己所拥有的联盟链节点对链上同步的生产信息进行跟踪，并借助联盟链去中心化存储且不可篡改的特性获取农作物生产档案的全部真实信息，最终实现生产档案真实、完整的核心要求（图1）。

4  农作物生产档案管理系统

农作物田间生产档案是推动农业生产管理规范化的有效措施，农作物生产档案管理系统是管理农作物田间生产档案的有效手段，因此为规范化管理农作物生产档案，应进行农作物生产档案管理系统的研究与开发。

4.1   系统架构

农作物生产档案管理系统采用数据、服务、业务和表现分离的多层设计理念，以安全可靠的数据仓库和联盟链为基础，以专业的数据服务模块为支撑，实现高效的业务处理能力，同时融合完备的安全、权限管理体系，保证了系统稳定的安全运行。同时充分考虑系统的兼容性和可扩展性，该系统能够在Web和移动设备上以多种形式展现。系统采用J2EE开发标准，应用异步任务技术、Ajax技术进行开发。系统由展现层、应用层、数据层和云层4个层次组成。在展现层，农户和农场主可以应用手机或计算机2种方式进入系统管理生产档案；应用层即为农作物生产档案管理系統；数据层包括空间数据、知识数据、生产数据、档案数据等各类基础数据和业务数据；该系统架设在公有云上，云层的应用、存储和安全能保障系统正常运行（图2）。

4.2   系统功能

农作物生产档案管理系统主要功能包括用户管理、生产档案增删改、生产档案分析、生产档案入档、生产档案共享5个模块。其中用户管理模块中包含个人信息修改、密码修改等功能；生产档案的增删改模块是对各作物的生产档案进行操作，主要针对小麦、玉米、水稻、蔬菜等多种主要农作物的种植地点、土壤情况、播种情况、底肥情况、追肥情况、除草情况、植保情况、化控情况、浇水时间、收获情况等信息进行操作；生产档案入档模块是针对已完成录入的档案进行入档，入档后档案数据不可更改，此模块应用了联盟链Hyperledger Fabric的防篡改技术；生产档案分析模块是对种植结构、作物产量、肥料使用情况、农药使用情况按每种作物的生长期进行数量分析；生产档案共享功能实现了系统内部不同用户间生产档案资料的共享（图3）。

5  结 论

规范化的田间生产档案是将有形的生产经验为科学种田、科学试验、科学研究提供依据，农作物生产档案管理系统是将规范化的田间生产档案不可篡改地保存并进行整理、分析。应用分析结果可与近几年的生产情况进行对比，估算出当年或第二年的生产情况，还可以通过对比，减少不必要的肥料、农药投入以节约成本。拥有大量的生产档案后，可利用大数据、人工智能模型等估算农作物最终产量，也可利用大数据、人工智能模型等采取相应的生产管理措施（施肥、施药等），以实现农作物节本、增效、高产的目的。这些应用的前提是要有完整、真实、丰富的田间生产档案，因此开发建立农作物生产档案管理系统是提高农业生产规范化管理的重要环节，具有广阔的应用前景。

参考文献

[1]易振国．农业生产田间档案制度的新形式[J]．新疆农业科学，1959（3）：369-371.

[2]博弈．Hyperledger Fabric（关键概念介绍）[EB/OL]．https：//segmentfault.com/a/1190000015976295.

[3]极简主义．浅析Hyperledger Fabric架构原理[EB/OL]．

https：//www.8btc.com/article/247827.

收稿日期：2022-07-06

主要作者简介：杨靖峰（1983—），男，高级农艺师，主要从事农业农村大数据研究工作。E-mail：yangjingfeng1@163.com