基于区块链的生鲜农产品冷链物流集成化服务平台研究

2021-01-02倪卫红陈太

江苏农业科学 2021年23期

倪卫红陈太

摘要：随着电子商务的快速发展，人们对高质量生鲜农产品的需求不断增大，我国生鲜农产品冷链物流产业虽发展迅速，但仍存在交互环节冗余、信息不对称、缺乏信任、服务质量差等问题，导致其运行的高成本和低效率。将区块链技术融入到生鲜农产品冷链物流中，对其集成化服务平台进行研究，分析此平台构建的合理性和必要性，以实现生鲜农产品冷链物流的智能信息化和经营主体之间的精准对接，达到简化交易流程、提升信息时效性和准确性、保证交易安全、提升物流效率、降低物流成本的目标;同时，非对称加密的交易方式，缓解了信任机制缺乏的问题。通过区块链实现对供应链的整合优化，推动生鲜农产品冷链物流往智能化高质量的方向发展，以顺应数字经济时代的发展要求。

关键词：区块链;生鲜农产品;冷链物流;集成化服务平台;电子商务

中图分类号： S126;F252;F259.23 文献标志码： A

文章编号：1002-1302（2021）23-0207-06

收稿日期：2021-04-19

基金项目：江苏省研究生实践创新计划（编号：SJCX20_0341）;南京市六合区乡村振兴大学生农业创业中心布展升级项目（编号：2019-320116-50-01-541664）。

作者簡介：倪卫红（1968—），女，江苏南京人，硕士，教授，主要从事物流工程、企业管理研究。E-mail：niwh731@126.com。

通信作者：陈太，硕士研究生，主要从事物流工程及区块链研究。E-mail：a784514401@sina.com。

近年来，随着国民生活水平的提高，人们对生鲜农产品的新鲜度要求越来越高，其日常消费量也与日俱增，但其极易腐败、变质的特性，需要在流通加工、仓储、运输等过程中严格控制温度变化。冷链物流作为保证生鲜农产品品质的一种基础手段，在快速增长的消费需求的拉动下，应运而生并蓬勃发展。区块链作为数字经济时代的基础，将其去中心化、共享机制、智能合约、非对称加密等特性合理地应用于生鲜农产品冷链物流中，研究构建智能集成化信息服务平台，有利于解决现阶段生鲜农产品冷链物流运作中存在的交互环节冗余、信息不对称、缺乏信任、服务质量差等诸多问题[1]，进而为我国建设全程温度可控、各个环节无缝衔接、产品信息可追溯的现代化生鲜农产品冷链物流服务平台提供帮助。

1 相关概念

1.1 区块链

区块链（block chain）最早由日本物理学家中本聪在2008年提出，实质上是一种运用特定加密算法、在遵循一定共识机制下，使用点到点传输方式和分布式数据存储的高度容错式数据库，具有信息公开透明、不可篡改、全球联通和交易成本低的特点[2]。其去中心化的数据结构简化了系统的运作程序，因而较比传统处理方式更具集约化，同时系统中约定俗成的操作流程可在其智能合约的机制下自动执行，产生的交易信息向系统内所有节点全部公开且不可篡改，保障交易的安全性和提升综合运行效率，有利于获取更高的规模效益。分布式的结构保障了所有节点可以享受到均等的权利和义务[3]。当前的数字经济时代，诸如京东科技研发的基于人工智能（AI）的“区块链+loT双重”等技术成功应用于物流领域，使得“区块链+物流”的新型智能化模式通过利用大数据的整合能力，较好地实现了对生鲜农产品冷链物流供应链资源的整合优化。

1.2 冷链物流

冷链物流（cold chain logistics）又被称为低温物流，指产品在生产、运输、仓储、加工、消费等环节中，始终维持低温状态以保证质量、降低损耗的一个系统化物流运作过程[4]。根据流体的类别，冷链物流主要分为肉制品冷链、乳制品冷链、蔬果冷链、水产品冷链、医药冷链等。在冷链物流运作过程中，最为重要的环节就是冷链仓储和冷链运输，对应的核心设备分别是冷库和冷藏车辆。冷链仓储根据库温的不同，主要分为冷却仓储、冷藏仓储和冷冻仓储。一般而言，冷却仓储的温度在-5～5 ℃，冷藏仓储的温度在-25～-10 ℃，冷冻仓储的温度在-25 ℃以下，最低可达到-50 ℃。通常，如蔬果等产品在入库前需要预冷，不仅可以降低能耗，还可以避免骤冷带来的损害;还有些水产品在入库前需要急速冻结，抑制细菌繁殖，防止产品腐败。作为一种特殊的物流类别，冷链物流伴随现代制冷技术的进步不断发展。由于冷链物流与人们饮食健康安全密切相关，所以品质保证是冷链物流的首要前提。然而受制于建设投资和运营成本高昂、产品温度监控困难的特性，冷链物流在我国的发展可谓举步维艰。

2 构建生鲜农产品冷链物流集成化服务平台的必要性

2.1 冷链物流总体质量不高

20世纪80年代，冷链物流在我国兴起，经过了近40年的发展，虽已形成基本的冷链产业体系，但相比较于欧美、日本等冷链物流发达国家仍有较大差距。根据中国物流与采购联合会发布的《中国冷链物流发展报告（2019）》中的相关数据，2018年我国冷链流通率仅为32.3%，仅仅是冷链物流发达国家30%的水平，其中农产品冷链流通率为41%，冷藏运输率为69%。单就生鲜农产品而言，其全国冷链流通率仅为36%，而流通腐损率则高达15%，远高于冷链发达国家的水平，因未找到发达国家在不同种类生鲜农产品方面的腐损率情况，故用其整体平均水平5%作为替代，具体如图1所示。

同时，在进行生鲜农产品运输时，为保证其新鲜度，故要使用高质量的冷链物流模式，而冷链物流因要求产品在进行加工、仓储、运输到销售的整个过程中都要保证处于规定的低温状态下，所以相对于普通物流，其成本要高出40%～60%。我国总体农产品冷链物流成本偏高，生鲜农产品冷链物流成本高达25%～40%，且2018年冷链物流利润率仅为8%，远低于冷链发达国家的20%～30%。由此看出，高成本已成为制约生鲜农产品冷链物流发展的瓶颈因素。

2.2 “信息孤岛”引发的“牛鞭现象”凸显

生鲜农产品在市场流通的过程中会经历多次经营和仓储环节，所涉及到的流通主体往往是复杂的，这种频繁的价值转移和商品运动必然会产生大量且动态的交易信息，这就要求这种多层级、跨领域的流通模式中的经营主体在获取信息时应具备较高的时效性，但经调查研究发现，当前传统的生鲜农产品冷链物流服务平台的行业集中度较低，冷库企业、运输企业、经销商虽都拥有各自的信息服务平台，但都是彼此相互独立，这种“信息孤岛”现象往往会在日常的交易过程中存在因有效数据信息传递的中间环节较多，造成三者之间信息传输的时效性低下，信息处理滞后，供需双方信息位势不平衡[5]，加上因为物流信息化水平以及基础设施的落后，所以容易出现在运输、配送过程中温控手段粗放，断链现象严重，进而影响整体物流效率的“牛鞭现象”，这对于时效性要求极高的生鲜农产品而言，会造成流通腐损率居高不下，且损失不可逆转，导致企业交互成本过高，农产品的品质和真实性无法完全得到保障[6]。

2.3 不能满足未来冷链物流的发展需求

我国物流基数庞大，根据《2020年中国生鲜电商行业研究报告》中的相关数据，如图2、图3所示，生鲜电商2019年整体市场规模超1 600亿元并稳步增长，受疫情对线上生鲜采购需求的正向刺激，预计2020年将超2 600亿元，加之2019年我国农产品冷链物流需求总量达到2.352亿t，同比增长24.65%，农产品冷链物流总额达到5.77万亿，同比增长19.96%，生鲜农产品市场规模的扩大必然会使流通环节增加和流通渠道延长，就生鲜农产品的社会属性而言，作为生活必需品，其行销范围和网络密度也会越大，未来农产品的冷链物流量以及涉及的信息量对于当前传统型的冷链物流模式来说无疑是一个巨大的挑战。单纯依靠基础设施的扩建、设备的增添和相关企业的进驻，不能有效地提升冷链物流需求应对能力。

同时，因为政府统计与监管部门尚未有针对生鲜农产品冷链物流的系统化管控，所以传统的生鲜农产品冷链物流服务平台存在着人员服务水平差、运作流程缺乏统一标准和监督的问题，这都制约着未来生鲜农产品冷链物流的发展。

3 生鲜农产品冷链物流集成化服务平台的优势

3.1 提升冷链物流的运行质量

通过构建此智能集成化服务平台，利用区块链技术实现信息传递流程的自动化，优化物流资源利用效率，经营主体之间通过区块链直接相连，压缩中间环节，有利于节省人工，降低各经营主体之间的交互成本，解决物流行业纸质运单流转低效、端与端的状态跟踪、发票和支付管理等诸多问题，从而达到提升物流效率，降低成本的目的[7]。这对于生鲜农产品而言，可以有效降低运输过程中的腐损率，减少资源的浪费，践行可持续的发展要求。

3.2 冷链物流的运行系统得以优化

冷链物流相比较于普通物流，要求更高的时效性，这就要求要压缩物流的中间环节，而在区块链技术构建的共识网络中，在共享机制作用下，节点与节点之间可以做到直接的互联互通，提升了信息交互的效率，解决了信息不对称问题[8-9]。同时，区块链的去中心化系统具备的信息更加透明、易于重新架构、工作效率高、灵活性和创新性强的优势，相比较于传统中心化的系统更加适应大数据时代的发展趋势。通过区块链可实现冷链物流运行系统的优化，不仅可将生鲜农产品最快速地送至目标客户，还增强了供应链的柔性，系统的应急机制得到提升[10]。

3.3 增强冷链物流交易的安全性

区块链在智能合约下自动执行的特性，保证了交易信息的公开透明和不可篡改，使得数字经济时代网络安全信任机制不断建立起来[11]。在服务平台通过区块链创建的共识网络中，所有的资金交易采用非对称加密方式，且交易的全部信息都要向区块链中的所有节点公开，并记录在每个节点的账本中。通过查询区块链在物流、信息流层面建立的不可篡改的账本信息，可以直接找到生鲜农产品冷链物流中间环节的问题所在，确保物流信息的可追踪溯源。同时，资金流的数据通过随机生成的私钥让数据信息权益化，将原来的货币数字化转变成共识机制下的数字货币，从而形成信息流到资金流之间的打通，进而形成一个基于智能合约之下的价值传递网络，保障了各主体的基本权利，确保生鲜农产品交易的安全性和可靠性。

4 生鲜农产品冷链物流集成化服务平台的设计与构建方案

4.1 平台构建原则

建设基于区块链的生鲜农产品冷链物流集成化服务平台，实现各经营主体之间的信息系统的分布式串联，其构建原则如下：一是平台必须采取完备的数据加密、防火墙技术来保证系统的安全性;二是平台必须24 h实时提供最新可靠的数据信息;三是平台要在有限的投入条件下获得最佳效益;四是平台必须是易于操作的;五是平台架构必须是可扩展的，以适应未来区块链技术快速发展的需要;六是平台必须符合法律和道德的要求，对社会的发展具有促进意义[12]。

4.2 平台构建模式

以企业为主导的建设模式会因经济利益分配问题导致平台建设不合理[13]，甚至有些中型企业为获取更大利益盲目地增大加盟规模来扩大经销渠道，使得销售层级不断增多，流通渠道混乱，这与以中间环节最简化为目标的去中心化的区块链系统构建模式背道而驰，以政府建设为主导的建设模式存在缺乏行业经验而使得平台建设不完善，脱离实际，同时针对區块链的去中心化特性存在难以管控的问题，政府可以采用行政干预手段进行宏观调控，通过建立统一法律法规体系来实施横向管理和控制，保障生鲜农产品的正常流通和服务平台的正常运行。所以，平台采用“市场主导，政府为辅”的构建模式，由行业协会牵头，汇集来自冷库、加工、冷链货运等企业和经销商的技术和资金，完成平台运作主体的规划与建设，风投公司通过对平台风险以及企业运作情况评估给予相应的投资支持，以高校、科研院所、科技公司组成的区块链技术研发中心为平台的构建、运行、维护和升级给予技术上的支持，工商行政、交通运输等政府部门根据自身的监管范围对平台内的经济活动进行有效监督和管理，并在政策上给予规范、支持和引导。通过搭建基于云计算的物流信息交换与共享平台，实现货物流、资金流、商务流、政务流的“四流合一”，加快物流运作的整体效率[14]，提升生鲜农产品冷链物流服务质量。

4.3 平台体系结构

如图4所示，平台采用分层式架构体系，共分为4个层级，由下而上依次为物理层、区块链网络层、应用层和门户展现层，具有良好的稳定性和协调性。信息流通过区块链直接贯穿于各层次之间，形成智能信息管理、标准规范智能保障、基于区块链的电子商务智能安全三大机制，由底向上，数据的价值最终得到最大化发挥和利用，具体如图4所示。

4.4 平台总体结构

此生鲜农产品冷链物流服务平台是一个跨行业多元主体共同参与的社会多智能体大系统，以ChainSQL数据库应用平台为基础进行架构，目的是与全球的区块链系统进行连接，承担着“信息桥梁、数据仓库”的作用。平台对所有交易事项进行闭环式运作管理机制，系统中的每一个环节都能够做到有效衔接，构成连续封闭的回路并形成一个环环相扣的完整链条，所有闭环数据信息必须向全平台共享，即通过闭环数据共享模式打破不同层级、领域、区域主体之间的沟通障碍，实现实时的数据共享机制。区块链作为智能化时代新型的信息技术，是物流平台战略规划设计的主要竞争力，其与稳固的信息管理的有效融合，是物流平台运营的核心能力和基本技能。

运营管理系统为平台提供各类服务的主要技术依据，监督平台内的经营服务活动。实时监控系统对平台交易信息进行监控，将异常交易信息反馈给智能安全系统，信用评级系统通过监控系统反馈的监控信息对经营主体进行信用评级，并将评级信息编码后存入动态数据库，数据库中的评级信息随着交易情况动态更新。同时，运营管理系统将平台内全部经营信息进行采集编码后存入动态数据库，在共享机制作用下，数据库的区块信息向全平台公开，平台内的经营主体之间可随时查询双方的实时经营和信用信息，从而起到相互制约监督的作用。

智能安全系统为平台的经营环境和用户隐私信息提供安全保障。CA安全认证系统对实时监控系统反馈的异常交易信息进行真实性验证，并将验证结果反馈给实时监控系统，同时在用户管理方面，与资格认证系统组成双重认证机制，对于尝试进入平台的所有用户进行身份信息的核验，从而确保平台的安全性。用户通过设置私钥权限防止隐私信息泄露，其他身份认证信息通过公钥权限向与自己进行交易的节点公开。

交易管理系统为平台提供账本管理以及对节点的记账效率进行评估，并给予相对应的奖励机制。平台内的交易信息向全平台广播，所有交易都需在所有节点审核通过后，才算最终完成并生成合法记录，所有节点都拥有一个账本，都记录平台内发生的全部合法交易信息，在智能合约的机制下，所有账本的交易信息保持一致且不可篡改，如要修改，则须征得平台内至少51%节点的同意，其带来的成本是巨大的[15]。对比传统中心化的交易模式中存在的因第三方的介入而出现的交易信息不够透明、转账效率低、手续费较高、流程繁琐、纠纷不断、信任缺乏等问题，具备现实性的优势。同时，区块链的奖励激励机制要求根据各节点的记账效率进行奖励，提升了节点账本管理方面的积极性和平台的活力。

智能商务系统将不同经营主体的信息系统连接在一起，共同组成服务平台的核心部分。风投公司、银行的金融机构信息系统根据各节点在奖励机制中的表现情况和历史交易信息进行科研分析，为各節点生成财务风险分析报告，通过区块链向全平台公开的同时税务法律部门参照规章制度进行分析，并将结论录入诚信档案，即利用区块链进行信任再造的过程，生鲜农产品流通市场的信任机制将逐步得到建立。生鲜农产品加工企业信息系统记录所有产品的来源和加工信息，做到货物信息的追根溯源，并将不同农产品的储存建议信息发送给仓储企业。仓储企业信息系统记录产品的出入库、存储数量、保鲜程度等仓储信息，借助先进的温控手段确保农产品的高品质。运输企业信息系统实时记录农产品的物流信息，包括车辆位置、温控及损耗信息等，力争做到快速且保质保量送达，并兼顾物流废弃物的回收。将各经营主体的售后服务系统整合生成的综合服务信息系统，负责集中处理全平台的售后服务诉求，提升服务效率和顾客满意度。五大信息系统通过区块链的连接形成的智能供应链，较比传统的供应链系统在工作效率方面得到较大提升。

电子政务系统为平台提供必要的政务信息咨询服务，并通过政府的行政力量对平台进行监管。因区块链网络会存在因分配不均而造成数字货币暴涨暴跌的问题，鉴于此，将税务法律部门通过电子政务系统接入区块链网络，对金融机构信息系统提交的节点财务风险分析报告和自身的监管情况进行综合分析处理，依照生成的诚信档案对平台内的节点进行有效管理，从而使问题得到有效缓解。交通运输和卫生检疫部门生成物流档案和健康档案，不仅全方位地对平台进行有效管理，还为平台提供执法监管活动宣传、日常政务事项办理、行业主体意见反馈、相关法律规章制度咨询等政务信息的咨询服务。

技术维护系统为平台提供实时的软硬件的问题处理、维护更新服务。其运营主体为高校、科研院所、科技公司所组成的区块链技术研发中心，其强大的科研能力不仅帮助平台解决当前区块链技术上的困难，结合区块链技术本身的可拓展性，也能够在未来的区块链领域中使平台具备可持续发展的能力。

4.5 平台运作流程

运用数据流程图（DFD）能够抽象性地描绘平台中各实体间数据的产生、传递、存储，从而对平台的运作逻辑有一个更加清晰的了解，具体如图5所示。平台内全部节点通过区块链形成一个利益和信息共享的命运共同体，任意一个节点出现问题，都会导致交易的失败。基于大数据的智能匹配技术使物流运作中的节点之间实现精准对接，优化信息不对称问题。

首先，所有节点须在身份验证通过后方能进入平台进行交易活动，交易过程中，农户们将达到食用标准的生鲜农产品进行分类汇总后将数据导入货源信息库，并生成待加工订单发送给经平台大数据分析后最匹配的加工企业，加工企业确认订单，生成加工信息导入加工企业信息系统后借助看板管理进行加工，并将成品移交给平台中自动生成的最匹配的冷库企业;其次，冷库企业进行入库操作，通过冷库企业信息系统生成入库单进行仓储管理，并将实时的仓储数据导入货源信息库;然后，运输企业将产品信息导入运输企业信息系统，信息系统根据产品的运输信息进行路径优化分析，且在运输途中与车辆保持实时信息的双向流通、更新，在配送的过程中要做好对可回收快递材料的回收的逆向物流工作，并向顾客宣传对常见物流废料的正确处理方式;最后，在产品送达后，售后服务部门通过综合服务信息系统实时履行全平台的售后服务职能。

5 结语及展望

基于区块链的生鲜农产品冷链物流集成化服务平台，能够有效满足当前生鲜农产品日益增长的冷链物流量的信息服务需求，对解决现阶段生鲜农产品冷链物流存在的诸多问题具有积极意义，适应了大数据时代智慧物流的发展要求，并将逐步实现对传统型服务平台的弯道超车而成为主流。伴随着5G技术的不断成熟，平台将会在信息存储量和传输效率方面得到巨大提升，广泛性和时效性得到优化，这不仅有利于我国农业资源的节约与保护，践行绿色物联网智能农业的发展要求，还顺应了未来生鲜农产品冷链物流行业智能化的发展潮流和缓解区块链需长期扩容的问题。希望通过平台的应用，能够实现生鲜农产品冷链物流的去中心化，为未来建设全程无缝、高度信任、绝对安全、超高效率的冷链物流和全面进入数字经济时代打好基础。

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