北斗时空数据在云南省地理标志农产品全流程保护中的应用研究

景贵飞 罗恒雪 彭小源 寸 洋 李星虎 徐 江

（1.北京航空航天大学云南创新研究院， 昆明 650500； 2.映物云科技（云南）有限公司， 昆明 650500）

地理标志产品， 是指产自特定地域， 所具有的质量、 声誉或其他特性本质上取决于该产地的自然因素和人文因素， 经审核批准以地理名称进行命名的产品[1]。 当前我国大多数地理标志产品都是农产品， 地理标志农产品是我国乃至世界各国对优质、具有区域特色的农产品进行保护和推广的一种措施， 可以对特定地域内具有一定历史传承的农产品实施特色的、 尊重历史传承的生产和销售， 从而实现为市场提供优质高价格的特色产品， 以及为生产者带来更好的收益[2]。 随着我国人民收入水平的不断提高、 对美好生活的追求不断提升， 农产品消费动力由“吃得饱” 向“吃得好” 加快转变， 消费市场对地理标志农产品这类高端产品的需求不断扩大。 在我国乡村振兴的关键时期， 地理标志农产品市场的良好发展对于农民增收致富、 乡村振兴全面推进具有特别重要的意义。

云南省地理标志农产品依托云南省多民族、 生物多样性、 地理地貌多样性等地域特色， 涵盖了茶叶、 中药材、 咖啡、 果蔬、 粮油等多个品类。 这些地理标志农产品在国内具有突出的品种特色和独特的生产种植特性， 其“小而精， 小而美” 的特点也引发了生产、 销售和保护的需求， 这些需求具有区域特色， 无法简单地照搬一般性的技术体系来进行品牌保护。

数字化技术为云南省地理标志农产品的生产、销售、 保护等提供了良好的技术支撑， 利用地球观测技术、 北斗卫星导航定位技术、 区块链、 数字云仓等形成了地理标志农产品生产、 收获以及加工、物流、 仓单、 交易等全流程的数字化认证保障系统， 在茶叶、 中药材、 水果等数十项产品上进行了实践， 取得了良好效果。 本文从应用北斗卫星导航与地球观测技术对地理标志农产品原产地定位及生产数据获取， 应用时空区块链技术实现时空数据加工、 共享和监管， 应用数字云仓技术实现北斗时空数据支持下的仓单交易和结算等角度， 介绍北斗时空数据在云南省地理标志农产品全流程保护中的应用方法与示范成果。

一、 地理标志农产品全流程保护对时空数据技术应用的需求

云南省地理标志农产品数量较多， 分布在云南省各地州县， 突出的特点是小而精、 小而美。 但对于每种地理标志农产品， 生产的地域范围不大，基本上为一个乡、 一个小山头的范围， 每年的产量也不大， 这主要是由散居的民族村落、 生物多样性、 地理地貌、 土壤种类等区域特色决定的。

随着人们对农产品的消费需求由“吃得饱” 向“吃得好” 加快转变， 对云南省地理标志农产品如茶叶、 中药材等众多品种的需求也不断提升， 但是地理标志农产品从原产地到消费者的供应链环节众多、 绵长且复杂， 某些参与主体的造假、 以次充好、 串货等情况时有发生。 以往的数字化保护手段往往是针对某个环节或者从中间某个环节介入， 许多信息缺乏可靠性， 不能实现可追溯、 易监督等功能， 难以获得消费者的信任[3]。 因此， 云南省地理标志产品虽然质量较高， 大多厂家生产规范并严格执行地理标志使用授权， 深受特定消费群体的追捧， 但是由于大多数产品产量较少， 利益驱使下造成周边类似产品冒用地理标志在市场销售的现象层出不穷。 一方面造成了劣币驱逐良币的情况， 另一方面也造成了整体价格无法形成优质高价的局面，导致真正生产地理标志农产品的企业、 农户、 乡村收益受损， 在一定程度上既挫伤了生产者积极性，使地理标志农产品品种和质量难以延续， 又给云南省特色地区乡村振兴带来困难。

地理标志农产品在云南省天气、 水文、 土壤和传统生产方式的支持下， 基本符合国家对于地理标志农产品评审的定位， 属于高质量的优奢品， 应当优品优价。 这就需要做到一方面严格保证地理标志农产品与国家授予地理标志时的区域范围、 品种、生产方式相一致， 确保优质产品的生产过程； 另一方面也要防止不属于地理标志农产品的产品冒用地理标志进行市场销售； 同时， 对于市场流通、 销售等环节也要形成严格的监管机制， 从而保证地理标志农产品最终到达消费者手中[4～7]。

为此， 需要研发设计和形成一套从最初田地的种植、 管理、 收获到加工、 物流、 仓储、 销售等各环节的、 现实环境与数字环境时空一致的数字化认证体系， 从而实现对云南省地理标志农产品的全流程保障。 地球观测技术、 北斗卫星导航技术在其中扮演重要角色， 提供时空数据这样的基础性支撑。

二、 北斗时空数据在地理标志农产品全流程保护中的应用

基于北斗时空数据， 实现地理标志农产品从田间地头到最终消费者手中的全流程监管和保护的总体框架设计见图1， 其中主要包含了6 个模块。

图1 云南地理标志农产品北斗数字认证体系总体框架

（一） 地球观测和空间信息模块通过卫星遥感、 无人机遥感、 农田物联网、 视频等一系列数据获取系统， 多批次适时采集地理标志农产品从种子下播到秧苗培育、 作物生长、 采摘收获等流程信息， 形成从最初的种子到后期产品的时空数据锁定， 该时空数据在后续各环节中也还将发挥数据支持事件状态的作用， 形成动态数据支撑下的产品保证。

（二） 时空映物码模块通过国家原产地时空编码团体标准确定的编码规则和编码使用流程， 在北斗卫星导航系统支持下， 利用高精度卫星导航定位提供的米级、 亚米级、 分米级等精度信号， 形成电子围栏。 并在特定编码设备的支持下， 产生基于北斗系统位置、 时间支持的产品编码。 也就是说，只有在特定的位置、 特定的时间、 特定的设备支持下， 才能够生成产品的编码， 这在一定程度上杜绝了非地理标志农产品生产区域内厂家产品的介入。同时， 映物码的数量是由多方监管、 在多方达成一致后确定和实施的， 因此地理标志农产品的数量与编码的数量是有据可查、 数额一定的。

（三） 时空区块链模块所有的数字信息一旦采集即形成由时空区块链作为联盟链支持的、 不可篡改的共识性账本。 所有参与方包括生产者、 农村合作社、 各级政府、 金融机构、 联盟协会、 消费者等形成联盟链的各个节点， 共同保证全流程信息的可靠和不可篡改。

（四） 数字云仓模块在农产品收获进入仓储之后， 即构建形成现实仓储与数字化仓储一一对应的仓单管理模式， 现实仓库内通过物联网等感知设备监管产品的存储条件、 存储状态， 数字化提供的仓单为虚拟环境下的市场销售和仓单流通交换提供了方便机制。 一份数字仓单对应着一份现实的农产品， 仓单在不同的拥有者手中可以方便地进行流转交易， 并通过最终的消费者实施物流、 产品交易、产品消费。 这里面催生了一个新的交易环节， 即在田间地头农产品生产过程当中， 就可以形成数字化仓单， 在产品采摘收获之前就可以进行交易买卖，也就是卖青苗， 这样使农产品的种植者、 生产者提前将农产品进入市场销售环节， 为后来可能发生的自然灾害等不可抗力情形减少损失。

（五） 网上商城模块时空区块链和北斗时空信息形成了反映云南省地理标志农产品真实生产、流通环节中不可篡改的数据资源， 与线上商城可以形成良好的对接。 通过手机App、 自有销售平台、各大网络销售平台进行销售对接， 极大地扩大了云南省地理标志农产品的销售范围， 从而为优品优价提供了良好支撑。

（六） 供应链金融模块金融工具是整个流程的销售变现、 是优品优价和保证地理标志农产品生产者获得收益的最重要基础， 其不但保证了流通、结算等各个环节的良好运行， 同时也促进了抗风险能力、 结算快捷性、 保险与再保险能力的提升。 更为主要的是， 供应链金融能够进一步实施离岸贸易， 对于不同地域、 不同品种地理标志农产品均能够提供金融工具的支持， 这对于规模小、 分布广的云南省地理标志农产品生产者来说是至关重要的，是符合地方特色需求的。

三、 时空区块链在建立各级监管的立体公信机制中的应用

区块链是一种由不同的区块组成的数据库， 各分布式节点彼此连接、 彼此背书， 共享同一本分类账、 共同维护数据， 并通过密码学原理来确保数据不被篡改。 根据数据的共享程度， 区块链可以分为公有链、 联盟链、 私有链3 种， 其中联盟链由若干彼此相关的组织共同参与和管理， 每个组织控制其中一个或者几个节点， 这些组织通过数据上链来实现信息共享和操作交易[8]。 农产品产业链链条长，涉及利益相关方多， 区块链支持的信息共享机制在数字化工作中尤为重要。 时空数据对接区块链， 形成了符合自己特色的联盟链， 实现了接口协议与区块链完美对接， 形成了时空区块链， 提高了时空数据管理、 分析的效率。

时空区块链建立了链条运行、 各级监管的立体数据管理机制， 以及政府、 生产者、 消费者共同参与的推动公信机制， 对于整个项目的实施起到了至关重要的作用， 切实发挥了区块链保证信息可靠性的优势。 时空区块链对于数据量庞大的时空数据的分析、 存储进行了创新， 在时空数据共享、 流通等各个环节获得了《中华人民共和国测绘法》 等专业政策的支持， 为从田间地头开始的时空数据管理提供了良好的平台。 其中对于时空映物码的支撑， 凸显了从源头开始的产品数量共识性管理， 只有各个参与方达成共识的、 共同监管的映物编码才能够进行流通， 形成了立体的管理机制。 这在很大程度上可阻止假冒地理标志农产品进入销售市场， 形成了新的数字化围栏和篱笆。

从生产源头开始， 以时空映物码锁定地理标志农产品， 其种植或养殖的生产状况 （包括生产环境、 土壤、 肥料、 各期长势等）、 质检报告、 资格证书、 存储等信息均被时空区块链管理， 后续的加工、 包装、 物流、 储存、 配送、 抵达零售场所等环节信息也同样上链管理， 为各环节人员的查询和知悉全流程提供了可靠的信息溯源保证。

在消费环节， 消费者可利用手机App 通过时空映物码追溯查询农产品的信息， 对是否是优质云南省地理标志农产品作出判断， 保护自身权益。 同时监管部门也会作为联盟链的一个节点， 通过数据进行监控和管理。

在交易环节， 各节点通过将地理标志农产品交易相关的各类凭证上传到时空区块链， 消除信息不对称、 交易不透明等障碍， 实现自动验证、 物权转移、 自动分 （划） 账、 自动缴税等功能， 避免纠纷， 提高效率。

四、 云南地理标志农产品北斗数字认证体系应用示范成果

云南地理标志农产品北斗数字认证体系在云南省地理标志农产品上进行了良好的应用和示范， 本文以昆明市石林县人参果这一地理标志农产品的应用为例， 加以说明。

在种植环节， 在北斗卫星导航系统支持下（见图2）， 通过卫星遥感、 无人机遥感， 对人参果种植的范围、 土壤、 土地、 地貌、 所属农户等情况进行了先期制图， 确定了人参果地理标志使用群体、种植范围、 种植环境。 同时， 云南省农业科学院通过品种、 土壤等各方面的监测工具建立了物联网传感系统， 对人参果从种植到管理成果等进行了全流程监测， 所有的数据构成了北斗时空数据。

图2 地理标志产品石林人参果数字认证应用基地及北斗定位设施

整个系统的数据都进到了时空区块链， 即每一个农户种植的每一块土地上的人参果的品质、 长势、 墒情等情况， 都可以在数据库中查询到。 时空区块链所维护的数据库是支持农户、 合作社、 云南省农业科学院、 信息服务商、 各级政府等联合监管的。 从种植开始， 人参果就进入了时空区块链支持的数字云仓交易系统， 即在人参果未成熟之前就可以在网上进行销售。 销售的每一个仓单的人参果都通过地球观测、 北斗卫星定位等技术， 形成时空编码 （见图3）， 对产品进行田间地头的原位的时间空间锁定。 编码的数量是由各方根据实际产量进行确定的， 通过特定的技术和装备形成编码， 进入区块进行管理。

图3 石林人参果时空溯源码

在物流环节， 时空区块链和物联网、 北斗卫星导航系统， 形成全流程的人员、 货物、 车辆、 仓单等参数相匹配的统一管理 （见图4）， 杜绝串货和假冒， 直至进入超市或者送到线上购买的最终消费者手中。 通过这些技术手段， 促进了人参果的销售， 确实保障了该地理标志农产品的质量、 口碑和优质价格， 为农户带来了切实的良好收益。 同时数字化技术衍生出了视频销售、 App 销售等新的销售渠道。

图4 石林人参果时空溯源流通应用

五、 结语

地理标志农产品在云南大地上具有广阔的发展空间。 北斗系统、 时空数据为云南省地理标志农产品保护提供了良好的技术支撑， 通过数字云仓、 时空区块链等技术， 形成时间、 空间支持下的对产品生产、 物流、 销售等环节的监管， 使消费者能够放心地购买优质地理标志农产品， 也使地理标志农产品的生产者获得良好的市场收益。 后续将进一步加大地理标志农产品与特定消费群体的市场对接， 扩大地理标志农产品的市场规模， 为消费者提供更加量身定做的、 符合个人消费习惯和消费口味的云南地理标志好产品。