农产品溯源在智慧农业中的应用研究

蹇 念

（遵义市职业技术学校，贵州 遵义 563000）

随着时代的进步和人民群众对生活质量要求的提高，更多的人愈加重视饮食安全。食品安全与国民体质息息相关，与食品产业发展及出口竞争息息相关。但是仍然有诸如非转基因大豆、农药残留等农产品、食品安全问题出现。要想实现全方位无死角管控确实有难度。所以，为了迅速排查问题根源，快速处理不合格农产品，惩治农产品违规人员，建立先进周密的农产品溯源系统是当务之急。

西方国家出台了许多措施来保障农产品安全，比如美国有专设机构负责溯源农产品信息；英国有系统的农产品溯源体系；日本对肉牛产业各个环节锚定标识，以追根溯源。这些措施都有力地保障了农产品质量安全。

西方国家的溯源系统已成熟运行了多年，而我国的溯源系统还处于起步阶段。我国农产品质量安全保障体系建设采用分步走的战略部署，初级阶段是由政府部门、社会机构、农产品加工企业共同参与建设溯源系统；更高级阶段是建立由国家市场监督管理总局的食药部门管理农产品质量安全的工作。因为分段实施，各阶段采集信息难免不统一，信息之间会有不兼容、共享难等现象。采集信息时，需要借助物联网为基础的硬件设施，如果农产品种类繁多，所耗费基础建设资源也较大。如溯源相关工作对象太多，以及溯源环节繁杂，就降低了溯源效率，造成拥有海量信息却查找缓慢、共享困难的情况。

基于农产品溯源的社会要求，有的学者从技术的角度，建议应用物联网搭建供应链式的管理系统，有的学者建议构建基于国情的溯源系统，然而都有优缺点。

分布式数据存储技术可以避免形成数据孤岛，可防止篡改数据，利用分布式数据存储技术可以有机融合政府部门、非公组织和农户等角色在溯源系统中的作用，进一步整合各类农产品信息。使用分布式数据存储技术可以有效采集各类信息，借助数据块可以有效溯源。基于此种技术的优越性，使得农产品溯源系统得以实现跨越式发展，在智慧农业中发挥更大作用。

1 农产品溯源的必要性

近几年，农产品安全时间多有发生，主要分布在相关流通环节。比如，农产品生产中农药残留过多，杀虫剂所含成分超标，监管不能全覆盖，消费者维权意识及能力欠缺，信息反馈不及时，社会监督乏力，区域性环境污染问题等等。

农产品加工流通链较长，环节较多，监管力量的薄弱使得任何一个环节都有可能出现安全问题，也难以实现有效追溯，这是农产品安全问题频发的原因之一。所以，实现农产品溯源已成为当务之急，要实现多农产业生产、流通各环节的监管、记录全覆盖，使每个阶段的信息都能真实、有效地记录下来，提高农产品安全性。分布式数据存储技术正是迎合了农产品溯源的要求，且为农产品溯源拓宽了思路。

2 分布式数据存储技术溯源优势

由于中心化溯源体系在追逐信息时的信任感缺乏客观性，而通过分布式数据存储技术进行多方反复验证，多方协同维护数据完整性的原理，可实现常见品牌农产品产业各个环节由众多参与者形成联盟。随着参与者数量的增多，共同验证维护的信息越多，则农产业信息的完整性、真实性越强，消费者获得的信任感也就越强。

对于中心化溯源系统的数据容易被篡改的情况，分布式数据存储技术实现了在分布式网络架构上去中心化的特性，从而避免了数据的易篡改性。分布式数据存储技术也降低了人为修改或意外丢失数据的可能性。另外，多方参与数据验证、完善的特性，利于数据的活化和共享。同时，分布式数据存储技术还附带有支付及结算的清算特性，减少了账目纠纷的情况，降低了相应成本。

分布式存储技术可确保数据块和数据链的真实、完整、防篡改，为确保链前数据的真实准确，可结合智慧农业的多种先进技术进行强化。比如，在批量农产品信息上链前，可以在大宗农产品批次中捆绑全球定位系统设备，确保农产品链上信息与实际地理位置一一对应，在初始环节筑牢溯源信息的真实性。

所以，分布式数据存储技术可以应用于大宗农产品追根溯源，可以在确保农产品信息上链之后，主体各方都能实时获取到各个阶段的真实信息，而且避免人为篡改农产品信息。根据分布式存储信息可以便捷地追溯农产品各个阶段的信息，避免了孤立数据点的缺失。分布式数据存储技术为大宗农产业追根溯源带来了新的应对方式，为农产业各个关键阶段带来了更为丰富的信息数据。基于分布式数据存储技术溯源体系去中心化的特性，有机融合了物联网、云计算、全球定位以及智能监控等新兴技术，实现了链上数据真实有效、实时获取，在核心上强化了农产品溯源的信任性，保障了消费者的知情权，也凸显了品牌农产品价值的技术支撑。

分布式数据存储技术可以实时实现农产品生产、加工、流通、营销等各阶段信息上链，农产品企业可借助网络身份认证技术，实现溯源系统中产品信息的安全认证，实现全链信息的记录。溯源系统中的农产品信息还包含生产日期、销售日期以及来源分布。消费者可有效获取农产品种产销的完整信息，确保购买到真实产地的农产品，实现放心消费。

3 基于分布式数据存储技术的农产品溯源模型

基于分布式数据存储技术的特性，设计了农产品溯源系统模型及架构。

3.1 溯源系统设计思想与实时追溯机制

3.1.1 系统设计思想

如果在同一数据表中存储所有阶段的数据，会导致越来越多的阶段性数据内容累加到现有数据表中，数据量会集聚增大，数据内容更为庞杂，不同阶段的参与者在同一溯源体系中的信息私密性会降低。所以，该溯源系统采用双分布式数据存储技术和侧链模式，在此基础上，借助超级记录表的通道思想，优化存储结构，实现一阶段一张表的设计理念。将各阶段信息封装后，存储在不同数据表中，做好后期进行溯源的基础性工作，在确保信息安全的情况下，实现数据的扁平化处理，且可溯源。

3.1.2 动态追溯机制

农产品产业链各阶段相对关系并不惟一，有时先后顺序会有变动。溯源系统要有效捕捉农产品流通、加工不同阶段的信息，进而组合为系统的流动链条，即全程追踪。系统按照模块化、流程化的设计理念，将不同阶段的农产品数据进行封装，并在后续阶段进行调取和利用，促进农产品产业链的延链、补链、强链，使溯源系统可以增强不同场景的适用性，实现实时追溯。

3.2 溯源模型

为强化溯源系统的灵活性和适用性，借助一阶段一张表的理念和实时追溯机制，设计出基于分布式数据存储技术的农产品溯源系统模型。农产品不同阶段信息均封装为独立模块，后台调用程序和具有该阶段数据表维护权限的节点协同处理该阶段事务请求，阶段模块与模块调度程序协同运行，阶段模块间接通信服务模块。溯源系统的核心区域是管理协调各环节的模块，可应对消费者与监管者的信息查询指令，灵活组合各个阶段，实现实时溯源。

4 基于分布式数据存储技术的农产品溯源体系设计

4.1 基于区块链技术下农产品溯源体系框架的建立

建立基于分布式数据存储技术的农产品溯源系统，有利于对农产品安全、可靠的管理。按照数据存储层、网络通信层、应用层这一分布式存储技术层次模型建立的溯源系统，网络通信层与数据存储层各自功能相对独立，又互有关联，数据存储层主要负责记录农产品生产、加工、物流、营销等全生命周期的数据，存储各节点的交换信息，一旦数据上链，就无法修改。数据层对农产品信息的头部信息和块体信息进行存储，哈希算法校验后，加入时间戳记，在数据链中记录信息。去中心化以及防篡改的特性确保全网络参与节点实时更新，如果有人为因素篡改数据，就会被清除出该节点。溯源系统监管部门和农产品各链环机构共同承担数据校验和认证作用，可实现标准化、规范化审验农产品信息。应用层通过网络平台面向公众提供查询服务，生产者、物流运营方、消费者和政府部门在应用层输入交换数据，应用层将数据传递到网络层提供溯源查询。在基于分布式数据存储技术打造的溯源模型中，分布式网络与共识认证的鼓励措施，以及哈希加密算法和时间戳记的加持，为农产品溯源提供了真实、可靠的技术保障。

4.2 数据录入模块

在记录农产品信息的过程中，数字化信息代表了全网链中的农产品，信息节点维护方借助参数指标和身份认证开放授权节点权限，确保信息修改的有效和可靠。严密跟踪产品信息，防范溯源路径的篡改。借助私钥，拥有权限的节点进入区块链，通过可视化界面维护数据。维护的数据涉及农产品编号、商家信息、产品型号、产地信息、生产日期、流通渠道以及相关标准等，录入完毕后，系统自动校验数据是否合乎标准，通过校验后在后续流程作为具备权限的生产商节点与后续环节进行交换。此过程需要非对称Encryption技术进行数码签名，确保信息节点的隐秘性。在各节点对全网进行广播后，加盖时间戳记后的前一阶段交换信息存储在区块中。各个参与节点竞相在下一个责任方记录农产品数据，这种机制保证了农产品链路信息的真实性。在不同阶段记载产品信息时，可依照记载的身份ID数据表来标识其确切身份，在溯源系统中这是重要环节，这样在整个链路中可以全息体现产品在不同阶段的形状，并为消费者实时展示。

4.3 数据查询模块

农产品进入销售环节后，零售商向消费者出售产品，需要在溯源系统中录入产品交易码。因为区块体系中嵌有上个区块的哈希校验值，所以可以借助此值追溯上一阶段的农产品信息，直至产品源头。农产品溯源要确保在以下阶段可以掌控数据：生产阶段、加工阶段、物流运输阶段、零售阶段和消费阶段。

借助农产品溯源查询功能，每个农产品都在不同阶段进行数码签名和时间戳记认证。在电子文档中，涵盖了特定产品的交易编号、生产日期戳记、出厂时间戳记、产品类型等。在流通阶段，用户可以通过获得权限后录入私钥，借助平台获取关键数据。不仅如此，农产品的源头牧场、农场、园区的原始环境等信息都涵盖于区块链中，一旦有食品安全事件发生，可以通过一定权限获取原始记录中记载的相关环境信息。

4.4 系统环节应用

在追溯系统的生产阶段，主要节点指生产商。其要对不同的农产品进行分类编码生成产品档案，然后在系统中记载生产信息、加工信息、质量问题和出售数据等。这一阶段的原料通过转化形成经过包装的新产品。物流换机通过运输公司及代理商的追溯调阅系统对农产品实际配送区域、线路进行掌握，所以物流商要记录农产品的配送方式、配送环境等。销售阶段主要记载直销、分销以及零售情况，产品出售后，消费者可以借助产品二维码直观明了地了解产品的整个全链环流通过程。