基于區(qū)塊鏈的茶產(chǎn)業(yè)鏈大數(shù)據(jù)協(xié)同服務(wù)平臺(tái)研究

摘要 安徽省茶葉種植歷史悠久，2022年茶產(chǎn)業(yè)成為安徽省打造的十大千億級(jí)綠色食品產(chǎn)業(yè)之一，是皖西等山區(qū)帶動(dòng)農(nóng)民增收、推動(dòng)鄉(xiāng)村振興的優(yōu)勢(shì)主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)。隨著茶產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，茶葉種植面積與產(chǎn)量增長(zhǎng)迅速，如何優(yōu)化配置茶全產(chǎn)業(yè)鏈成為當(dāng)前重要的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。針對(duì)皖西地區(qū)茶產(chǎn)業(yè)鏈信息服務(wù)中存在的供應(yīng)鏈組織銜接程度低、產(chǎn)品質(zhì)量安全不確定、全供應(yīng)鏈協(xié)同難度高等問(wèn)題，利用大數(shù)據(jù)、區(qū)塊鏈等技術(shù)，設(shè)計(jì)基于智能合約的茶產(chǎn)業(yè)大數(shù)據(jù)協(xié)同模型和存證技術(shù)的茶產(chǎn)業(yè)防篡改模型，開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)基于區(qū)塊鏈技術(shù)的茶產(chǎn)業(yè)鏈大數(shù)據(jù)協(xié)同服務(wù)平臺(tái)，有效保障茶產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)的智能管理，促進(jìn)皖西徽茶產(chǎn)業(yè)集群發(fā)展。

關(guān)鍵詞 茶產(chǎn)業(yè)鏈；區(qū)塊鏈；信息服務(wù)；大數(shù)據(jù)

中圖分類號(hào) S-9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 0517-6611（2024）20-0212-07

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.20.051

開(kāi)放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

Big Data Collaborative Service Platform for Tea Industry Chain Based on Blockchain

XIA Ying-chun HUANG Shan2， WANG Hua-bin1 et al

（1. New Rural Development Research Institute， Anhui Agricultural University， Hefei， Anhui 230036;2. School of Information and CyCmuvfvxcWdMrIfE4MuQLg==omputer， Anhui Agricultural University， Hefei， Anhui 230036）

Abstract Anhui Province has a long history of tea cultivation. In 2022， the tea industry has become one of the top ten billion yuan green food industries developed by Anhui Province. It is an advantageous leading industry that drives farmers to increase their income and promotes rural revitalization in mountainous areas，such as western Anhui. With the continuous development of the tea industry， the planting area and output of tea have grown rapidly. How to optimize the allocation of the entire tea industry chain has become an important practical problem at present. In response to the low level of supply chain organization connection， uncertainty in product quality and safety， and high difficulty in coordinating the entire supply chain in the information service of the tea industry chain in the western Anhui region， we designed a tea industry big data collaboration model based on smart contracts and a tea industry tamper proof model using technologies， such as big data and blockchain. We developed and implemented a blockchain technology based big data collaborative service platform for the tea industry chain， which effectively ensured the intelligent management of various links in the tea industry chain and promoted the development of western Anhui Huizhou tea industry cluster.

Key words Tea industry chain;Blockchain;Information service;Big data

安徽省茶葉種植歷史悠久，在中國(guó)傳統(tǒng)十大名茶中占據(jù)4個(gè)，名優(yōu)茶品類在全國(guó)位居第1。2020年，安徽省茶園面積達(dá)21.09萬(wàn)hm2，較2015年增長(zhǎng)24.05%，茶葉綜合產(chǎn)值達(dá)477.32億元，茶葉出口量位居全國(guó)第2；“十三五”期間，安徽省涉茶經(jīng)營(yíng)主體300多萬(wàn)［1］。2022年，茶產(chǎn)業(yè)成為安徽省打造的十大千億級(jí)綠色食品產(chǎn)業(yè)之一，是皖西、皖南山區(qū)帶動(dòng)農(nóng)民增收、推動(dòng)鄉(xiāng)村振興的優(yōu)勢(shì)主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)。隨著茶產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，茶葉種植面積與產(chǎn)量增長(zhǎng)迅速，如何優(yōu)化配置茶全產(chǎn)業(yè)鏈成為當(dāng)前一個(gè)重要的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題［2］。作為一種新興的信息技術(shù)，區(qū)塊鏈連接物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，讓人工智能、智能裝備等適用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的條件，為智慧農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展提供技術(shù)支撐，從而重整農(nóng)業(yè)生產(chǎn)關(guān)系，塑造高透明、可追溯、安全的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈［3］。一些文獻(xiàn)從理論層面上，研究了利用區(qū)塊鏈技術(shù)解決農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈中“卡脖子”現(xiàn)象、農(nóng)產(chǎn)品全過(guò)程追溯困難等問(wèn)題的優(yōu)勢(shì)、應(yīng)用策略和產(chǎn)業(yè)鏈優(yōu)化路徑［4-6］。國(guó)內(nèi)外學(xué)者在利用區(qū)塊鏈技術(shù)追溯農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈全過(guò)程中產(chǎn)品的質(zhì)量安全上進(jìn)行了較多實(shí)踐與研究。Baralla等［7］提出了一種基于區(qū)塊鏈技術(shù)的通用農(nóng)藥供應(yīng)鏈可追溯性系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了歐盟目前使用的“從農(nóng)場(chǎng)到叉子”（F2F）模型，整合了當(dāng)前系統(tǒng)的可追溯性規(guī)則和流程。Salah等［8］設(shè)計(jì)了基于區(qū)塊鏈的大豆供應(yīng)鏈溯源系統(tǒng)。近幾年國(guó)內(nèi)區(qū)塊鏈在茶產(chǎn)業(yè)鏈的溯源上也有較多研究。安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)高琪娟等［9］研究了基于區(qū)塊鏈的茶葉質(zhì)量安全溯源系統(tǒng)。楊萌［10］結(jié)合區(qū)塊鏈和5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，構(gòu)建了富硒茶的質(zhì)量安全追溯體系。然而，上述研究主要偏向于對(duì)產(chǎn)業(yè)鏈的某一環(huán)節(jié)或是更關(guān)注產(chǎn)品質(zhì)量安全追溯的單一功能。

以皖西徽茶為研究對(duì)象，緊緊圍繞皖西徽茶的全產(chǎn)業(yè)鏈現(xiàn)狀與具體需求，利用區(qū)塊鏈、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，研制茶葉物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與計(jì)算技術(shù)與設(shè)施，緊密結(jié)合傳統(tǒng)種植、加工、流通、消費(fèi)等全產(chǎn)業(yè)鏈關(guān)鍵業(yè)務(wù)流程，建立皖西徽茶全產(chǎn)業(yè)鏈大數(shù)據(jù)協(xié)同服務(wù)平臺(tái)。平臺(tái)構(gòu)建基于區(qū)塊鏈的動(dòng)態(tài)、協(xié)同、分布式的茶產(chǎn)品全生命周期可信質(zhì)量管理系統(tǒng)模型和跨域多態(tài)數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)從種植到商品化處理的全生產(chǎn)過(guò)程質(zhì)量管控信息的鏈上集成與決策知識(shí)的同步共享，實(shí)現(xiàn)各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的信息透明共享和整體一致性，保障產(chǎn)業(yè)鏈各個(gè)環(huán)節(jié)的智能管理，減少人工作業(yè)強(qiáng)度，帶動(dòng)智慧農(nóng)業(yè)化發(fā)展，促進(jìn)皖西徽茶產(chǎn)業(yè)集群發(fā)展。鑒于此，筆者針對(duì)皖西地區(qū)茶產(chǎn)業(yè)鏈信息服務(wù)中存在的供應(yīng)鏈組織銜接程度低、產(chǎn)品質(zhì)量安全不確定、全供應(yīng)鏈協(xié)同難度高等問(wèn)題，利用大數(shù)據(jù)、區(qū)塊鏈等技術(shù)，設(shè)計(jì)基于智能合約的茶產(chǎn)業(yè)大數(shù)據(jù)協(xié)同模型和存證技術(shù)的茶產(chǎn)業(yè)防篡改模型，開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)基于區(qū)塊鏈技術(shù)的茶產(chǎn)業(yè)鏈大數(shù)據(jù)協(xié)同服務(wù)平臺(tái)，有效保障茶產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)的智能管理，促進(jìn)皖西徽茶產(chǎn)業(yè)集群發(fā)展。

1 茶產(chǎn)業(yè)鏈信息服務(wù)存在的問(wèn)題

安徽作為我國(guó)重要的產(chǎn)茶大省之一，茶產(chǎn)業(yè)已經(jīng)逐步成為皖西地區(qū)發(fā)展的經(jīng)濟(jì)支柱［11］。皖西地區(qū)的茶葉產(chǎn)量雖然在我國(guó)首屈一指，但是在很多方面，皖西的茶產(chǎn)業(yè)發(fā)展都落后于其他地區(qū)，尤其是信息服務(wù)方面，皖西的大部分地區(qū)仍舊延續(xù)以往的小農(nóng)經(jīng)濟(jì)時(shí)代模式，存在茶葉從種植到商品化處理全供應(yīng)鏈組織銜接程度低、茶產(chǎn)品質(zhì)量安全缺乏有力保障、供應(yīng)鏈環(huán)節(jié)無(wú)法準(zhǔn)確追根溯源，導(dǎo)致現(xiàn)階段尚未形成統(tǒng)一的茶產(chǎn)業(yè)鏈信息服務(wù)系統(tǒng)。

1.1 供應(yīng)鏈組織銜接程度低

在安徽省，茶葉的種植區(qū)域大多在山區(qū)，茶產(chǎn)業(yè)大批量規(guī)?；⒓s化程度低，茶產(chǎn)業(yè)既連接著茶農(nóng)，又關(guān)系著廣大消費(fèi)者，其中還包括茶企茶商。茶產(chǎn)業(yè)鏈條長(zhǎng)，管理環(huán)節(jié)多，可以分為產(chǎn)業(yè)上游、產(chǎn)業(yè)中游和產(chǎn)業(yè)下游。由圖1可知，產(chǎn)業(yè)上游主要包括種植環(huán)節(jié)，種植環(huán)節(jié)中存在茶農(nóng)種植、茶場(chǎng)種植、基地種植和科研機(jī)構(gòu)的種植過(guò)程，各個(gè)種植環(huán)節(jié)之間相互獨(dú)立，基本沒(méi)有信息交流過(guò)程。產(chǎn)業(yè)中游包括加工制造環(huán)節(jié)和分銷流通環(huán)節(jié)，加工制造環(huán)節(jié)主要包括茶葉生產(chǎn)商的加工流程、茶葉相關(guān)附件的加工、茶產(chǎn)品的深加工以及科研機(jī)構(gòu)對(duì)茶葉的研究加工過(guò)程。分銷流通環(huán)節(jié)則表示茶葉的銷售渠道，包括市場(chǎng)和經(jīng)銷商、超市和商場(chǎng)、徽茶專賣店和茶樓、網(wǎng)上銷售，每個(gè)分銷渠道相互獨(dú)立，茶葉的銷售過(guò)程流通較廣，對(duì)茶產(chǎn)品的追溯過(guò)程較為困難。產(chǎn)業(yè)下游則是茶葉的消費(fèi)環(huán)節(jié)，主要包括購(gòu)買茶葉的消費(fèi)群體，如家庭、禮品、餐飲及其他消費(fèi)方式。茶產(chǎn)業(yè)鏈的上、中、下游都包含了多個(gè)分支結(jié)構(gòu)，其中每個(gè)分支之間相互獨(dú)立，在進(jìn)行茶產(chǎn)業(yè)鏈平臺(tái)搭建時(shí)無(wú)法整合所有環(huán)節(jié)的信息。

目前，由于茶葉生產(chǎn)分散、栽培管理技術(shù)相對(duì)落后，茶產(chǎn)業(yè)鏈信息化服務(wù)系統(tǒng)上各方相對(duì)獨(dú)立，信息閉塞，無(wú)法建立共信體系和隱私保護(hù)體系，資源共享難度較大。茶產(chǎn)業(yè)信息系統(tǒng)多以單個(gè)食品加工企業(yè)為基礎(chǔ)開(kāi)發(fā)的內(nèi)部協(xié)同服務(wù)系統(tǒng)，僅滿足本企業(yè)各個(gè)部門之間的協(xié)同制造需求，面向全產(chǎn)業(yè)鏈的信息共享和管控交叉，各個(gè)部門之間相對(duì)獨(dú)立，沒(méi)有實(shí)現(xiàn)上下游企業(yè)之間的信息傳遞。

1.2 茶產(chǎn)品質(zhì)量安全不確定

當(dāng)前，茶產(chǎn)業(yè)鏈信息化服務(wù)系統(tǒng)只關(guān)注于茶產(chǎn)業(yè)上游種植環(huán)節(jié)農(nóng)藥的使用，對(duì)產(chǎn)業(yè)中游及產(chǎn)業(yè)下游的茶產(chǎn)業(yè)質(zhì)量安全監(jiān)測(cè)及各環(huán)節(jié)之間的大數(shù)據(jù)協(xié)同技術(shù)研究相對(duì)薄弱。傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)食品安全溯源系統(tǒng)可以依靠物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等相關(guān)技術(shù)對(duì)茶產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和管理，但多數(shù)系統(tǒng)中用戶僅有單一的信息存儲(chǔ)庫(kù)，并根據(jù)此唯一的信息點(diǎn)內(nèi)容共享數(shù)據(jù)，從而導(dǎo)致難以追蹤到各環(huán)節(jié)具體操作內(nèi)容和產(chǎn)品的真正來(lái)源，并且單個(gè)信息點(diǎn)的內(nèi)容易篡改且無(wú)法驗(yàn)證其完整性。茶產(chǎn)業(yè)鏈上的產(chǎn)品質(zhì)量安全問(wèn)題能夠通過(guò)產(chǎn)業(yè)鏈之間的協(xié)同服務(wù)來(lái)解決。區(qū)塊鏈在建立一個(gè)區(qū)塊信息點(diǎn)時(shí)，會(huì)將該信息點(diǎn)副本同步至其他節(jié)點(diǎn)，利用非對(duì)稱加密算法使得信息點(diǎn)內(nèi)容實(shí)現(xiàn)可驗(yàn)證和防篡改，從而解決傳統(tǒng)溯源系統(tǒng)存在的安全和信任問(wèn)題。

1.3 全供應(yīng)鏈協(xié)同難度高

茶產(chǎn)業(yè)鏈信息服務(wù)平臺(tái)往往具有高度中心化的特點(diǎn)，中心化可以將茶葉供應(yīng)鏈中的環(huán)節(jié)聚集在一起，集中處理供應(yīng)鏈流程中產(chǎn)生的問(wèn)題。然而，在茶產(chǎn)業(yè)鏈信息服務(wù)中，中心化會(huì)導(dǎo)致上下游協(xié)同能力弱，信息可追溯性差。當(dāng)前，茶產(chǎn)業(yè)信息服務(wù)平臺(tái)由于其中心化的特點(diǎn)導(dǎo)致系統(tǒng)信息采集不充分，系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)不兼容，種植、加工、運(yùn)輸?shù)拳h(huán)節(jié)大多未實(shí)現(xiàn)電子檔案化，大數(shù)據(jù)協(xié)同效率低，尤其是RFID、4G/5G、云計(jì)算和大數(shù)據(jù)等技術(shù)應(yīng)用于食品質(zhì)量追溯應(yīng)用滯后。聯(lián)合茶產(chǎn)業(yè)全供應(yīng)鏈信息，追溯供應(yīng)鏈各環(huán)節(jié)可能導(dǎo)致茶產(chǎn)品質(zhì)量出現(xiàn)問(wèn)題的環(huán)節(jié)，建立可信、高效、標(biāo)準(zhǔn)化、智能化的溯源系統(tǒng)亟待進(jìn)一步研究與應(yīng)用。

2 茶產(chǎn)業(yè)鏈大數(shù)據(jù)協(xié)同服務(wù)平臺(tái)的關(guān)鍵技術(shù)

傳統(tǒng)的存證平臺(tái)操作過(guò)程復(fù)雜且第三方存證權(quán)限過(guò)于集中，存證的信息難以追蹤到個(gè)人，數(shù)據(jù)具有一定不可靠性。對(duì)茶產(chǎn)業(yè)鏈來(lái)說(shuō)，在去除第三方存證平臺(tái)的情況下，如何保證供應(yīng)鏈上的上下游企業(yè)及消費(fèi)者之間形成信任關(guān)系，是當(dāng)前需要解決的重要問(wèn)題。該研究利用區(qū)塊鏈智能合約及區(qū)塊鏈存證技術(shù)構(gòu)建了茶葉溯源存證平臺(tái)，通過(guò)共識(shí)機(jī)制、時(shí)間戳等區(qū)塊鏈關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)茶全產(chǎn)業(yè)鏈中從田間生產(chǎn)、加工存儲(chǔ)、運(yùn)輸銷售等主要環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)上鏈，自底向上解決茶葉各環(huán)節(jié)之間的協(xié)同制造問(wèn)題，確保供應(yīng)鏈上的節(jié)點(diǎn)在有效時(shí)間內(nèi)將操作信息上鏈及供應(yīng)鏈節(jié)點(diǎn)鏈上數(shù)據(jù)的真實(shí)有效。

2.1 基于智能合約的茶產(chǎn)業(yè)大數(shù)據(jù)協(xié)同模型

在茶產(chǎn)業(yè)鏈大數(shù)據(jù)協(xié)同服務(wù)平臺(tái)中，利用以太坊結(jié)合星際文件系統(tǒng)（InterPlanetary File System，IPFS）分布式網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)了去中心化的茶葉存證模型，為茶產(chǎn)業(yè)鏈大數(shù)據(jù)協(xié)同服務(wù)平臺(tái)提供有安全保障且可信的數(shù)據(jù)來(lái)源。為擴(kuò)展區(qū)塊鏈智能合約的性能，分別針對(duì)用戶、事件以及管理員構(gòu)建相應(yīng)的智能合約模塊，形成一個(gè)可交互的茶產(chǎn)業(yè)鏈大數(shù)據(jù)協(xié)同模型。系統(tǒng)中的一般用戶利用該交互模型可設(shè)立個(gè)人的用戶區(qū)塊信息，能夠?qū)⒂脩魯?shù)據(jù)與其操作的事件相關(guān)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)一一對(duì)應(yīng)，管理員則可利用該交互模塊查看已發(fā)布的用戶和事件數(shù)據(jù)。

茶產(chǎn)業(yè)鏈大數(shù)據(jù)協(xié)同服務(wù)平臺(tái)中的區(qū)塊鏈?zhǔn)且粋€(gè)去中心化的分布式賬本，鏈上用戶能夠在賬本上增添區(qū)塊數(shù)據(jù)，增添的區(qū)塊數(shù)據(jù)將以副本形式同步至鏈上所有用戶，這些同步的區(qū)塊數(shù)據(jù)以非對(duì)稱密碼學(xué)的方式連接排列形成區(qū)塊鏈，從而保證鏈上數(shù)據(jù)的安全存儲(chǔ)，不會(huì)因?yàn)椴糠謹(jǐn)?shù)據(jù)的損壞而丟失區(qū)塊信息。茶全產(chǎn)業(yè)鏈中各個(gè)環(huán)節(jié)多且操作人員復(fù)雜，難以真正追溯到各個(gè)具體操作者，基于茶產(chǎn)業(yè)大數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)模型，按照茶產(chǎn)業(yè)鏈從生產(chǎn)、加工到銷售的流程，構(gòu)建了原材料供應(yīng)商、工廠制造、分銷商、零售商以及流通運(yùn)輸環(huán)節(jié)的茶產(chǎn)業(yè)鏈溯源體系。各個(gè)環(huán)節(jié)的用戶首先建立獨(dú)立的用戶區(qū)塊信息，加入?yún)^(qū)塊鏈中，并且通過(guò)Hash算法設(shè)置非對(duì)稱加密的公鑰和私鑰，鏈上每一筆交易事件的產(chǎn)生都需要節(jié)點(diǎn)用戶的公私鑰同時(shí)符合才能進(jìn)行。

由圖2可知，茶葉生產(chǎn)加工企業(yè)添加茶產(chǎn)業(yè)鏈至全網(wǎng)，茶葉種植戶即原材料供應(yīng)商將茶生產(chǎn)過(guò)程中的農(nóng)事操作設(shè)立區(qū)塊信息，在設(shè)立區(qū)塊信息的過(guò)程中，將交易數(shù)據(jù)通過(guò)Hash算法生成加密后的交易信息，再與供應(yīng)商私鑰生成供應(yīng)商的數(shù)字簽名，隨后將該次已進(jìn)行加密的交易信息及供應(yīng)商公鑰向區(qū)塊鏈中所有節(jié)點(diǎn)進(jìn)行公布，后續(xù)的流程節(jié)點(diǎn)利用供應(yīng)商公鑰對(duì)加密后的信息進(jìn)行解密核對(duì)后，茶葉種植環(huán)節(jié)的區(qū)塊信息就實(shí)現(xiàn)上鏈。茶葉加工企業(yè)將茶加工過(guò)程中的各類操作設(shè)立區(qū)塊信息，在設(shè)立區(qū)塊信息的過(guò)程中，將交易數(shù)據(jù)通過(guò)Hash算法生成加密后的交易信息，再與加工商的私鑰生成加工商的數(shù)字簽名，隨后將該次已進(jìn)行加密的交易信息及加工商公鑰向區(qū)塊鏈中所有節(jié)點(diǎn)進(jìn)行公布，后續(xù)的流程節(jié)點(diǎn)利用公鑰對(duì)加密后的信息進(jìn)行解密核對(duì)后，茶葉加工環(huán)節(jié)的區(qū)塊信息就實(shí)現(xiàn)上鏈。根據(jù)上述這一上鏈方法，依次對(duì)質(zhì)檢員、銷售商和運(yùn)輸者的交易信息進(jìn)行上鏈并驗(yàn)證，從而將茶產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)的有效信息完成上鏈操作。

2.2 基于存證技術(shù)的茶產(chǎn)業(yè)鏈防篡改模型

茶生產(chǎn)到銷售的全產(chǎn)業(yè)鏈過(guò)程中，需要記錄到區(qū)塊鏈中的信息不僅僅包含文字信息，還有圖片視頻等多媒體數(shù)據(jù)，但區(qū)塊鏈中每個(gè)區(qū)塊可存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)大小有限，因此引入chaincode這一分布式網(wǎng)絡(luò)解決區(qū)塊存儲(chǔ)空間小的問(wèn)題。chaincode與區(qū)塊鏈具有一個(gè)相同的性質(zhì)，即去中心化，chaincode通過(guò)內(nèi)容尋址實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)獲取。由圖3可知，基于該研究提出的存證模型，分布式茶產(chǎn)業(yè)鏈大數(shù)據(jù)協(xié)同服務(wù)平臺(tái)引入chaincode網(wǎng)絡(luò)，將茶產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)具體信息內(nèi)容存儲(chǔ)在chaincode網(wǎng)絡(luò)中，而將各環(huán)節(jié)的內(nèi)容一一對(duì)應(yīng)的hash地址存儲(chǔ)至區(qū)塊鏈的區(qū)塊中，這一操作既可利用區(qū)塊鏈的防篡改性質(zhì)保證chaincode中保存信息的真實(shí)性，同時(shí)也解決了區(qū)塊存儲(chǔ)空間不夠的問(wèn)題。

3 茶產(chǎn)業(yè)鏈大數(shù)據(jù)協(xié)同服務(wù)平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3.1 平臺(tái)架構(gòu)

3.1.1 總體架構(gòu)。

為有效整合傳統(tǒng)種植、加工、流通、消費(fèi)等茶全產(chǎn)業(yè)鏈關(guān)鍵業(yè)務(wù)流程信息，充分保障全產(chǎn)業(yè)鏈平臺(tái)數(shù)據(jù)的可信、可用，提供產(chǎn)前、產(chǎn)中、產(chǎn)后的全過(guò)程、全方位、個(gè)性化的全產(chǎn)業(yè)鏈信息技術(shù)服務(wù)，搭建了基于區(qū)塊鏈技術(shù)的茶全產(chǎn)業(yè)鏈智慧管理平臺(tái)，圖4為平臺(tái)總體架構(gòu)。

平臺(tái)綜合運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈、大數(shù)據(jù)等信息技術(shù)，集成整合商流、物流和信息流，對(duì)茶產(chǎn)品種植、加工、物流倉(cāng)儲(chǔ)、終端消費(fèi)等各環(huán)節(jié)進(jìn)行商務(wù)協(xié)調(diào)，形成鏈條完整、資源配置優(yōu)化的茶產(chǎn)品可信流通機(jī)制，保障茶產(chǎn)品質(zhì)量安全、市場(chǎng)穩(wěn)定和風(fēng)險(xiǎn)可控。面向皖西徽茶產(chǎn)業(yè)鏈的不同環(huán)節(jié)提供全程化、智能化、精準(zhǔn)化和網(wǎng)絡(luò)化的溯源大數(shù)據(jù)協(xié)同服務(wù)，確保溯源信息的可信。通過(guò)生境信息監(jiān)測(cè)、投入品監(jiān)管、加工過(guò)程監(jiān)控、云倉(cāng)監(jiān)管和市場(chǎng)趨勢(shì)監(jiān)測(cè)等產(chǎn)業(yè)鏈關(guān)鍵過(guò)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，為消費(fèi)者、茶產(chǎn)業(yè)鏈參與主體、政府監(jiān)管部門等提供多用戶多場(chǎng)景信息追溯服務(wù)。

3.1.2 技術(shù)架構(gòu)。

平臺(tái)技術(shù)架構(gòu)見(jiàn)圖5，共分為4層，分別是區(qū)塊鏈服務(wù)層、區(qū)塊鏈應(yīng)用層、溯源應(yīng)用層以及交互層。其中紅色部分為本項(xiàng)目的建設(shè)范圍。區(qū)塊鏈服務(wù)層是區(qū)塊鏈技術(shù)底層，提供對(duì)外的區(qū)塊鏈技術(shù)服務(wù)。應(yīng)用平臺(tái)分為前端門戶平臺(tái)、后端管理平臺(tái)及接口服務(wù)平臺(tái)，主要功能包括API接口服務(wù)（如上鏈、鏈上數(shù)據(jù)查詢接口）、用戶服務(wù)（如用戶注冊(cè)、令牌申請(qǐng)接口）、區(qū)塊鏈服務(wù)（主要用于與區(qū)塊鏈服務(wù)層對(duì)接）、溯源管理模塊（提供唯一標(biāo)識(shí)碼以及溯源查詢接口）。應(yīng)用層目前包括茶葉全產(chǎn)業(yè)鏈質(zhì)量溯源服務(wù)平臺(tái)，為皖西徽茶產(chǎn)業(yè)主體提供茶產(chǎn)品溯源認(rèn)證功能。功能包括種植企業(yè)（農(nóng)戶）、土地等基礎(chǔ)信息管理及認(rèn)證、種植過(guò)程管理、加工過(guò)程管理、流通過(guò)程管理和單品防偽溯源查詢等全生命周期溯源查詢功能。交互層分為第三方接入系統(tǒng)和展現(xiàn)層：第三方接入系統(tǒng)可以接入溯源平臺(tái)；展現(xiàn)層分為PC WEB端和移動(dòng)端。

3.2 功能設(shè)計(jì)

茶產(chǎn)業(yè)鏈大數(shù)據(jù)協(xié)同服務(wù)平臺(tái)的功能覆蓋茶產(chǎn)業(yè)鏈種植、加工、流通和消費(fèi)4個(gè)過(guò)程中的6個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)（產(chǎn)前、產(chǎn)中、產(chǎn)后、采購(gòu)、儲(chǔ)運(yùn)、銷售），分為可視化平臺(tái)和管理平臺(tái)兩大部分，平臺(tái)利用物聯(lián)網(wǎng)等數(shù)據(jù)采集手段，將產(chǎn)業(yè)鏈關(guān)鍵環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)驗(yàn)證、上鏈，存儲(chǔ)到區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)庫(kù)中，為茶產(chǎn)業(yè)鏈的關(guān)鍵環(huán)節(jié)提供全程、可信、可用的個(gè)性化信息服務(wù)，圖6為平臺(tái)功能結(jié)構(gòu)。

皖西徽茶產(chǎn)業(yè)鏈管理平臺(tái)主要分為基礎(chǔ)管理系統(tǒng)、投入品包材管理系統(tǒng)、茶園種植信息管理系統(tǒng)、皖西徽茶加工信息實(shí)時(shí)監(jiān)控管理系統(tǒng)、智慧云倉(cāng)管理系統(tǒng)、區(qū)塊鏈溯源管理系統(tǒng)6個(gè)子系統(tǒng)，所有管理子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)都上鏈至區(qū)塊鏈管理系統(tǒng)中。

基礎(chǔ)管理系統(tǒng)與投入品包材管理系統(tǒng)涉及產(chǎn)業(yè)鏈采購(gòu)、銷售等多個(gè)環(huán)節(jié)。基礎(chǔ)管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)鏈中涉及的各類用戶、需要進(jìn)行產(chǎn)業(yè)鏈全過(guò)程管理的茶葉商品以及商品的上鏈信息管理等功能。投入品包材管理涉及茶葉種植前的種子和設(shè)施設(shè)備、種植期間施用的化肥以及加工環(huán)節(jié)的包裝等材料，實(shí)現(xiàn)投入品包材采購(gòu)信息上鏈和庫(kù)存管理等功能。

茶園監(jiān)控服務(wù)系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)茶葉產(chǎn)中的智慧管理，由茶園監(jiān)測(cè)大屏和茶園種植信息管理系統(tǒng)組成。茶園生境信息采集無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)體系由安置在茶園中的土壤溫濕度傳感器、土壤養(yǎng)分采集儀和氣象站等設(shè)備采集茶園土壤和氣象數(shù)據(jù)，經(jīng)由智能網(wǎng)關(guān)傳送至服務(wù)器。服務(wù)器對(duì)茶園環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，通過(guò)氣象數(shù)據(jù)（風(fēng)速、風(fēng)向、大氣壓力、降雨量等），可隨時(shí)關(guān)注氣象變化，形成決策指令。通過(guò)對(duì)茶葉生長(zhǎng)的土壤條件、生態(tài)環(huán)境和氣候因素進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，確保茶葉的健康生長(zhǎng)和生境的全程追溯。其中，茶園監(jiān)測(cè)大屏主要集成了不同茶葉品種的種植及市場(chǎng)數(shù)據(jù)分析、茶園簡(jiǎn)介和實(shí)況展示、生長(zhǎng)情況預(yù)警、病蟲情信息簡(jiǎn)介等功能。

皖西徽茶加工信息實(shí)時(shí)監(jiān)控管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)茶葉產(chǎn)后的加工信息實(shí)時(shí)監(jiān)控管理，主要分為計(jì)劃進(jìn)度、設(shè)備管理、工藝監(jiān)控、物料監(jiān)控、質(zhì)量監(jiān)控、人員監(jiān)控和系統(tǒng)管理7個(gè)功能。為了保證茶葉在加工過(guò)程中的穩(wěn)定性、可預(yù)測(cè)性，提高茶葉產(chǎn)品的質(zhì)量、生產(chǎn)能力，系統(tǒng)采用了實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)過(guò)程控制（簡(jiǎn)稱SPC）質(zhì)量管理技術(shù)，應(yīng)用統(tǒng)計(jì)方法對(duì)過(guò)程中的各個(gè)階段進(jìn)行評(píng)估和監(jiān)控，建立并保持過(guò)程處于可接受的并且穩(wěn)定的水平，從而保證產(chǎn)品與服務(wù)符合規(guī)定要求的一種質(zhì)量管理技術(shù)。在企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，產(chǎn)品的加工波動(dòng)是不可避免的，通過(guò)SPC技術(shù)，系統(tǒng)可以判斷茶葉在加工過(guò)程中相關(guān)參數(shù)的異常，根據(jù)生產(chǎn)產(chǎn)品的特點(diǎn)，定時(shí)對(duì)相應(yīng)工序采集數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)加工過(guò)程中的潛在問(wèn)題，為企業(yè)制程分析提供依據(jù)。

智能倉(cāng)儲(chǔ)物流管理系統(tǒng)對(duì)茶葉儲(chǔ)運(yùn)進(jìn)行管理，主要功能是實(shí)現(xiàn)商家對(duì)自己擁有的云倉(cāng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度和管理，作為溯源鏈上一個(gè)重要環(huán)節(jié)，對(duì)商品的倉(cāng)間流轉(zhuǎn)交易上傳區(qū)塊鏈用以溯源存證，統(tǒng)計(jì)分析各倉(cāng)庫(kù)的調(diào)撥數(shù)據(jù)以及出入庫(kù)情況，進(jìn)而分析產(chǎn)品在各地區(qū)的銷售狀況，為營(yíng)銷人員調(diào)整銷售策略提供決策支持，系統(tǒng)主要包括訂單管理、智能調(diào)撥、視頻監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)控、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)存證、出庫(kù)管理、入庫(kù)管理、調(diào)度運(yùn)輸、基礎(chǔ)管理等模塊。

區(qū)塊鏈溯源信息系統(tǒng)是以二維碼識(shí)別技術(shù)及區(qū)塊鏈信息存儲(chǔ)為中心，為消費(fèi)者提供真實(shí)、可靠的茶產(chǎn)品數(shù)據(jù)信息。區(qū)塊鏈溯源信息系統(tǒng)對(duì)茶葉生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)控。茶葉“從茶園到杯中”，既是一個(gè)產(chǎn)品的生產(chǎn)、加工過(guò)程，也是一個(gè)信息生產(chǎn)、傳遞過(guò)程。監(jiān)管者對(duì)生產(chǎn)信息進(jìn)行監(jiān)管；消費(fèi)者根據(jù)產(chǎn)品信息進(jìn)行選擇。該系統(tǒng)有2個(gè)子系統(tǒng)，一是區(qū)塊鏈溯源信息系統(tǒng)，主要是管理人員管理公司信息、產(chǎn)品生產(chǎn)流程以及任務(wù)分發(fā)查看，另一個(gè)是溯源客戶端操作系統(tǒng)，主要用于操作人員接收任務(wù)、填寫任務(wù)記錄、與區(qū)塊鏈信息系統(tǒng)對(duì)接、進(jìn)行任務(wù)數(shù)據(jù)上鏈。

皖西徽茶產(chǎn)業(yè)鏈可視化平臺(tái)主要向不同類型用戶展示用戶所需信息，包括茶園智能監(jiān)測(cè)服務(wù)信息、茶葉加工數(shù)據(jù)、智能云倉(cāng)監(jiān)測(cè)信息、茶葉銷售大數(shù)據(jù)分析、智慧茶園公共溯源信息等，為用戶對(duì)茶產(chǎn)業(yè)鏈全過(guò)程管理做出及時(shí)準(zhǔn)確的決策提供依據(jù)。

3.3 功能實(shí)現(xiàn)與展示

平臺(tái)采用Bootstrap框架涵蓋了HTML5、CSS、JavaScript、jQuery等技術(shù)，基于Web技術(shù)和基于智能合約區(qū)塊鏈技術(shù)開(kāi)發(fā)，由主要演示區(qū)塊鏈管理系統(tǒng)以及區(qū)塊鏈溯源系統(tǒng)的部分功能實(shí)現(xiàn)。圖7是區(qū)塊鏈系統(tǒng)中的上鏈信息展示頁(yè)面，包括從生產(chǎn)、種植、加工、物流、存儲(chǔ)5個(gè)模塊上傳的信息情況，每個(gè)模塊包括若干條信息。用戶可以獲取每條操作在區(qū)塊的具體位置、產(chǎn)生時(shí)間等詳細(xì)信息，甚至可以手動(dòng)修改信息。由圖8可知，當(dāng)區(qū)塊鏈系統(tǒng)獲取或監(jiān)聽(tīng)到區(qū)塊信息嘗試發(fā)生改變，則將這條信息發(fā)布給區(qū)塊鏈管理系統(tǒng)的所有用戶，其他用戶可以點(diǎn)擊詳細(xì)信息跳轉(zhuǎn)進(jìn)入投票頁(yè)面，判斷是否更改區(qū)塊信息，當(dāng)同意修改大于50%，則全局更改本條信息。

圖9、10展示了區(qū)塊鏈溯源信息系統(tǒng)查詢界面以及管理員進(jìn)行茶葉生產(chǎn)信息上鏈操作頁(yè)面。

4 總結(jié)

該研究基于區(qū)塊鏈技術(shù)的皖西徽茶全產(chǎn)業(yè)鏈大數(shù)據(jù)協(xié)同服務(wù)模式，在分析茶產(chǎn)業(yè)鏈信息服務(wù)存在問(wèn)題的基礎(chǔ)上，提出了基于智能合約的茶產(chǎn)業(yè)大數(shù)據(jù)協(xié)同技術(shù)和基于存證的茶產(chǎn)業(yè)防篡改技術(shù)，利用區(qū)塊鏈分布式賬本實(shí)現(xiàn)茶產(chǎn)業(yè)大數(shù)據(jù)去中心化操作，設(shè)計(jì)chaincode結(jié)合區(qū)塊鏈構(gòu)建茶葉溯源存證賬本結(jié)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)茶產(chǎn)業(yè)鏈信息服務(wù)關(guān)鍵技術(shù)研究。

皖西徽茶全產(chǎn)業(yè)鏈大數(shù)據(jù)協(xié)同服務(wù)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了皖西徽茶全產(chǎn)業(yè)信息資源的集成利用，為全產(chǎn)業(yè)鏈的參與者提供產(chǎn)前、產(chǎn)中、產(chǎn)后的全過(guò)程、全方位、個(gè)性化的全產(chǎn)業(yè)鏈信息技術(shù)服務(wù)，串聯(lián)產(chǎn)業(yè)鏈各個(gè)環(huán)節(jié)主體，打通信息流、物流等，加強(qiáng)對(duì)產(chǎn)業(yè)鏈關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的控制，節(jié)省了組織運(yùn)營(yíng)成本，推動(dòng)茶葉品牌建設(shè)，提升產(chǎn)品的附加值，進(jìn)一步帶動(dòng)農(nóng)民增收。

截至目前，農(nóng)產(chǎn)品交易監(jiān)管仍然是產(chǎn)業(yè)鏈中的重要環(huán)節(jié)和難題。未來(lái)，課題組將結(jié)合區(qū)塊鏈技術(shù)研究去中心化的茶產(chǎn)品交易系統(tǒng)，進(jìn)一步完善產(chǎn)業(yè)鏈全過(guò)程，形成以服務(wù)平臺(tái)為中心、以區(qū)塊鏈為支撐的茶產(chǎn)業(yè)鏈新生態(tài)。

參考文獻(xiàn)

［1］ 安徽省茶葉行業(yè)協(xié)會(huì)秘書處.安徽省茶產(chǎn)業(yè)“十四五”發(fā)展規(guī)劃建議（2021—2025）［J］.茶業(yè)通報(bào)，2022，44（1）：3-10.

［2］ 陳紹軍.關(guān)于完善茶葉產(chǎn)業(yè)鏈的幾點(diǎn)思考［J］.福建茶葉，2022，44（12）：1-4.

［3］ 劉莉娜.區(qū)塊鏈賦能現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈布局：功能、困境與對(duì)策［J］.內(nèi)蒙古社會(huì)科學(xué)，2022，43（2）：110-115.

［4］ 章印.區(qū)塊鏈技術(shù)在農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈雙循環(huán)格局中的應(yīng)用［J］.重慶工商大學(xué)學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版），2022，39（2）：122-129.

［5］ 江鳳香，羅驍，黃樹(shù)基，等.數(shù)字經(jīng)濟(jì)時(shí)代區(qū)塊鏈技術(shù)在農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈中的應(yīng)用［J］.農(nóng)業(yè)工程，2023，13（3）：57-61.

［6］ 王佳慧.區(qū)塊鏈技術(shù)推動(dòng)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈優(yōu)化的路徑研究：以江蘇省興化市大閘蟹產(chǎn)業(yè)為例［J］.中國(guó)林業(yè)經(jīng)濟(jì)，2023（4）：71-74.

［7］ BARALLA G，PINNA A，CORRIAS G.Ensure traceability in european food supply chain by using a blockchain system［C］//Proceedings of the 2019 IEEE/ACM 2nd international workshop on emerging trends in software engineering for blockchain.Montreal：IEEE，2019：40-47.

［8］ SALAH K，NIZAMUDDIN N，JAYARAMAN R，et al.Blockchain-based soybean traceability in agricultural supply chain［J］.IEEE access，2019，7：73295-73305.

［9］ 高琪娟，楊春節(jié)，武咸春，等.基于區(qū)塊鏈的茶葉質(zhì)量安全溯源系統(tǒng)研究［J］.安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，202 48（2）：299-303.

［10］ 楊萌.區(qū)塊鏈+農(nóng)產(chǎn)品溯源視域下紫陽(yáng)縣富硒茶質(zhì)量安全追溯體系研究［J］.湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，202 60（16）：137-140.

［11］ 宋蘭霞，周作梅.大數(shù)據(jù)背景下茶產(chǎn)業(yè)鏈物聯(lián)網(wǎng)信息服務(wù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.福建茶葉，2018，40（11）：15，17.