基于區(qū)塊鏈的冷鏈運(yùn)輸溯源系統(tǒng)的研究

摘 要：隨著全球貿(mào)易的不斷發(fā)展，冷鏈運(yùn)輸在食品、藥品等物品的運(yùn)輸中起著至關(guān)重要的作用。傳統(tǒng)的冷鏈運(yùn)輸溯源系統(tǒng)存在著信息不透明、數(shù)據(jù)易篡改等問題。為解決這些問題，提出了一種基于區(qū)塊鏈技術(shù)的冷鏈運(yùn)輸溯源系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用區(qū)塊鏈的不可篡改性和分布式特點(diǎn)，確保了運(yùn)輸信息的可靠性和透明度。通過條形碼、RFID等多種物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，對冷凍產(chǎn)品運(yùn)輸過程中的各種環(huán)節(jié)進(jìn)行信息化處理。運(yùn)輸過程中的溫濕度、位置等關(guān)鍵參數(shù)可以被實(shí)時記錄和追蹤。通過系統(tǒng)可查詢相應(yīng)數(shù)據(jù)，能夠較好地滿足人們對食品安全可溯性的需求。

關(guān)鍵詞：RFID；物聯(lián)網(wǎng)；區(qū)塊鏈；溯源系統(tǒng)；冷鏈運(yùn)輸；可塑性

中圖分類號：TP391.44 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-1302（2024）09-0-03

DOI：10.16667/j.issn.2095-1302.2024.09.029

0 引 言

隨著人們在食品、藥品等方面需求的增加，冷鏈運(yùn)輸在全球范圍內(nèi)得到了應(yīng)用。傳統(tǒng)的冷鏈運(yùn)輸溯源系統(tǒng)存在著一些問題，如信息不透明、數(shù)據(jù)易篡改、安全性差及信息孤島等。一旦出現(xiàn)數(shù)據(jù)泄露、篡改等問題，由于缺乏足夠的信息支持，無法確認(rèn)責(zé)任主體，對于行業(yè)管理十分不利，食品安全難以得到保障。這些問題嚴(yán)重影響了冷鏈運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展。因此，研究一種能夠解決這些問題的溯源系統(tǒng)具有重要意義。

1 區(qū)塊鏈技術(shù)

1.1 區(qū)塊鏈技術(shù)概述

區(qū)塊鏈?zhǔn)且环N分布式地記錄和存儲數(shù)據(jù)的技術(shù)。其核心思想是通過將數(shù)據(jù)分散地存儲在不同的計算機(jī)節(jié)點(diǎn)上，使用密碼學(xué)技術(shù)保證數(shù)據(jù)的安全性和真實(shí)性。區(qū)塊鏈中的數(shù)據(jù)按照時間順序連接在一起，形成一個不可篡改的數(shù)據(jù)鏈，每個數(shù)據(jù)塊都包含了前一個數(shù)據(jù)塊的哈希值[1-2]。

1.2 區(qū)塊鏈技術(shù)特點(diǎn)

（1）去中心化：沒有中心節(jié)點(diǎn)，任意一個節(jié)點(diǎn)都可以保障系統(tǒng)的正常運(yùn)行和安全。

（2）不可篡改性：一旦數(shù)據(jù)被寫入?yún)^(qū)塊鏈，就很難修改或刪除，確保了數(shù)據(jù)的可信度和防止數(shù)據(jù)被篡改。

（3）透明度：區(qū)塊鏈中的數(shù)據(jù)對所有參與者都是可見的，提高了數(shù)據(jù)的透明度和公正性。

（4）安全性：使用密碼學(xué)算法和分布式存儲保證了數(shù)據(jù)的安全性。

1.3 區(qū)塊鏈在冷鏈運(yùn)輸中的應(yīng)用

（1）傳統(tǒng)模式下的應(yīng)用

在傳統(tǒng)模式下，冷藏運(yùn)輸車中內(nèi)置的傳感器采集溫度、車速、實(shí)時位置信息、行駛路線等數(shù)據(jù)，并通過網(wǎng)絡(luò)上傳到監(jiān)測云平臺，再進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)的應(yīng)用，如圖1所示。

（2）加入?yún)^(qū)塊鏈技術(shù)后的應(yīng)用

區(qū)塊鏈應(yīng)用模式可以采用BaaS（Blockchain as a Service， 區(qū)塊鏈即服務(wù)）應(yīng)用模式，該方式可以解決中小設(shè)備企業(yè)部署區(qū)塊鏈能力不足的問題[3]。使用“區(qū)塊鏈即服務(wù)”應(yīng)用

模式，更加方便地進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸與存儲。使用數(shù)據(jù)時會進(jìn)行比對驗證以確保數(shù)據(jù)的真實(shí)性。應(yīng)用BaaS模式，既能夠滿足可信存證要求，又能減少企業(yè)開發(fā)成本和周期，使區(qū)塊鏈簡便易用，如圖2所示。

2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

2.1 條形碼技術(shù)

條形碼是一種用于識別和追蹤商品、包裹和其他物品的圖像標(biāo)識符。它是由一系列寬度不等的黑色條和間隙組成的圖案，可以通過光學(xué)掃描器或相機(jī)進(jìn)行讀取[4]。通常由數(shù)字和字母組成，可以包含產(chǎn)品的有關(guān)信息，如生產(chǎn)商、產(chǎn)品類型、價格等。它可以應(yīng)用于各個領(lǐng)域，如零售業(yè)、物流和供應(yīng)鏈管理等。

在冷鏈運(yùn)輸溯源系統(tǒng)中，通過在冷鏈運(yùn)輸過程中的每個環(huán)節(jié)為產(chǎn)品打上條形碼標(biāo)簽，實(shí)現(xiàn)對溫度、濕度、運(yùn)輸時間等關(guān)鍵信息的記錄和追蹤，可以提高冷鏈運(yùn)輸?shù)目煽啃院托?，并確保產(chǎn)品的質(zhì)量和安全性。通過掃描條形碼，冷鏈運(yùn)輸溯源系統(tǒng)可以實(shí)時獲取物品的位置和狀態(tài)信息，進(jìn)而對異常情況進(jìn)行及時處理?？傊?，條形碼是冷鏈物流可視化和智能化的重要工具之一。

2.2 RFID技術(shù)

RFID（Radio Frequency Identification）技術(shù)是一種利用無線電波進(jìn)行自動識別的技術(shù)。它通過在物體上植入或附著一個小型電子標(biāo)簽（RFID標(biāo)簽），并通過無線信號傳輸數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對物體的識別和跟蹤。RFID系統(tǒng)由三部分組成：RFID標(biāo)簽、讀寫器和后臺軟件系統(tǒng)[5-6]。

RFID標(biāo)簽：是一個被動設(shè)備，包含一個芯片和一個天線。它可以附著在物體上，用于存儲和傳輸數(shù)據(jù)。標(biāo)簽內(nèi)的芯片存儲著與物體相關(guān)的數(shù)據(jù)，并且能夠與讀寫器進(jìn)行通信。

讀寫器：是一個主動設(shè)備，通過無線電信號與標(biāo)簽進(jìn)行通信，并讀取或?qū)懭霐?shù)據(jù)。讀寫器發(fā)射無線電頻率的電磁波，當(dāng)RFID標(biāo)簽進(jìn)入讀寫器的通信范圍內(nèi)時，標(biāo)簽的天線接收并解碼讀寫器發(fā)送的信號。

后臺軟件系統(tǒng)：用來管理和處理從RFID系統(tǒng)中讀取的數(shù)據(jù)，可以對物體進(jìn)行追蹤、記錄、分析和管理，并與其他系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。

RFID技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）無需視線接觸：相比于條形碼，RFID標(biāo)簽無需直接對準(zhǔn)讀寫器，可以在沒有視線接觸的情況下進(jìn)行讀取，提高了自動識別的效率。

（2）高速讀寫：RFID技術(shù)可以同時讀取多個標(biāo)簽，且讀取速度較快，適用于高速自動識別的場景。

（3）容量大：RFID標(biāo)簽內(nèi)部的芯片存儲容量較大，能夠存儲更多的數(shù)據(jù)信息。

（4）長壽命：RFID標(biāo)簽通常具有較長的使用壽命，耐用性強(qiáng)。

在冷鏈運(yùn)輸溯源系統(tǒng)中，RFID標(biāo)簽可以附在貨物的包裝上，通過RFID讀寫器讀取貨物的信息，例如貨物的種類、生產(chǎn)日期、保質(zhì)期等。這些信息可以實(shí)時傳輸?shù)胶笈_系統(tǒng)，運(yùn)輸公司和相關(guān)部門可以通過后臺系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控和管理。

2.3 GPS定位技術(shù)

GPS（全球定位系統(tǒng)）是一種基于衛(wèi)星導(dǎo)航的定位技術(shù)。其基本原理是接收并解析衛(wèi)星回傳電波中的軌道信息和時刻信息，計算出GPS接收器所在位置的經(jīng)度、緯度、水平高度及移動速度[7]。

GPS定位技術(shù)具有高精度、全球覆蓋和實(shí)時性強(qiáng)的特點(diǎn)，在冷鏈運(yùn)輸溯源系統(tǒng)中被廣泛應(yīng)用。它可以實(shí)時監(jiān)測冷藏貨物的位置，提高運(yùn)輸?shù)目勺匪菪院桶踩?，幫助解決運(yùn)輸過程中的問題，例如貨物丟失、偏離路線或突發(fā)事件。

3 系統(tǒng)架構(gòu)

如圖3所示，溯源系統(tǒng)分為6層，即用戶層、表示層、共識及網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)層、數(shù)據(jù)采集層、作業(yè)層[8]。

（1）用戶層：面向溯源系統(tǒng)的參與對象，可通過微信的掃碼識別功能輕松實(shí)現(xiàn)冷凍產(chǎn)品的溯源。

（2）表示層：采用B/S架構(gòu)+SSM框架，前端采用HTML5、CSS、highcharts、ECharts等技術(shù)對溯源信息進(jìn)行可視化處理。采用BaaS應(yīng)用模式解決部署區(qū)塊鏈能力不足的問題。

（3）共識及網(wǎng)絡(luò)層：包含區(qū)塊鏈相關(guān)技術(shù)、數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及食品安全相關(guān)規(guī)范[9-10]。

（4）數(shù)據(jù)層：相關(guān)數(shù)據(jù)信息采集完成后傳輸?shù)綌?shù)據(jù)層進(jìn)行存儲。

（5）數(shù)據(jù)采集層：利用RFID、溫濕度傳感器、氣體傳感

器、加速度傳感器、GPS等模塊對信息進(jìn)行自動采集和傳輸，并存儲到基于區(qū)塊鏈技術(shù)的數(shù)據(jù)庫中。

（6）作業(yè)層：記錄運(yùn)輸過程中各個環(huán)節(jié)的工作信息。

4 結(jié) 語

本文設(shè)計的系統(tǒng)中利用RFID對冷鏈?zhǔn)称愤M(jìn)行溯源，該技術(shù)使得系統(tǒng)能夠更加精準(zhǔn)、無接觸地識別食品信息，以保證溯源信息的真實(shí)性；系統(tǒng)能夠更加快速、高效地讀取到溯源信息，且溯源信息存儲安全性高，難以篡改；另外RFID技術(shù)下的系統(tǒng)容量大，能夠在惡劣環(huán)境下長時間工作，使得它的適用性更強(qiáng)。同時設(shè)計了一系列實(shí)驗證明了基于區(qū)塊鏈的冷鏈運(yùn)輸溯源系統(tǒng)的有效性。該系統(tǒng)能夠?qū)崟r記錄和追蹤冷鏈運(yùn)輸過程中的關(guān)鍵參數(shù)，并確保數(shù)據(jù)的可靠性和透明度。通過智能合約的應(yīng)用，提高了系統(tǒng)應(yīng)用于運(yùn)輸過程的可信度，減少了運(yùn)輸中的糾紛和風(fēng)險。該系統(tǒng)能夠解決傳統(tǒng)溯源系統(tǒng)存在的問題，進(jìn)一步提高冷鏈運(yùn)輸?shù)陌踩院瓦\(yùn)輸效率。未來將進(jìn)一步完善該系統(tǒng)，并在實(shí)際應(yīng)用中進(jìn)行驗證。

參考文獻(xiàn)

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收稿日期：2023-09-11 修回日期：2023-10-12

基金項目：鄭州市地方高校急（特）需專業(yè)建設(shè)項目（zzlg201608）；大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計劃項目（202311834066）；教育部產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項目（220801221190717）

作者簡介：陳帥帥（2002—），男，研究方向為嵌入式系統(tǒng)。

李艷華（1980—），女，碩士，副教授，研究方向為無線傳感網(wǎng)絡(luò)通信、嵌入式系統(tǒng)。

趙 洋（2003—），男，研究方向為軟件系統(tǒng)。

閆樹恒（2000—），男，研究方向為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。