【摘要】文中针对农产品冷链物流“信息不对称”“产品溯源难”“质量监管难”等现实难题，将区块链技术的共享机制、智能合约、去中心化、非对称加密等特性合理应用到农产品冷链物流中，主要从构建原则、模式、需求、架构设计、流程、功能等方面，提出构建基于区块链技术的农产品冷链物流追溯系统的解决方案。
【关键词】区块链,构建模式,追溯系统,冷链物流
随着消费者对食品安全的重视和对生鲜农产品需求的增长，其对生鲜农产品的品质要求也越高，迫切需要建立生鲜农产品从“田间地头到餐桌”的生产、流通和销售各环节的无缝对接，保证生鲜农产品的质量安全。但现阶段的生鲜农产品冷链物流还普遍存在信息化水平不高、物流配送环节过多、产品无法溯源、配送过程可控度不高、标准不统一等突出问题。区块链技术作为数字经济时代的重要底层支撑技术之一，在重塑农产品冷链物流生态网络，提升物流安全性及精准操作水平，实现有效监管等方面发挥着重要作用。本文通过对区块链技术的共享机制、智能合约、去中心化、非对称加密等特性进行分析，研究构建虚拟智能交易系统、新型物流数据体系以及真实安全的物流信用体系等，帮助解决现阶段生鲜农产品冷链物流存在的信息不对称、产品无法溯源等突出问题，从而提升生鲜农产品物流水平，保障生鲜农产品质量安全。
1农产品冷链物流
农产品冷链物流是指通过智能实时温控技术、全程可视化监控和信息反馈系统、RFID技术、物联网技术等，实现物流过程的温度监控、湿度监控、数据传输等，保证生鲜农产品从“生产田头”到“消费者餐桌”各个环节始终处于规定的温湿度环境。
生鲜农产品易腐败、易变质，需尽可能通过一站式冷链配送以减少装卸、储运、配送等环节，确保生鲜农产品质量，所以，农产品冷链物流往往需要配置特殊的设施设备，对流通时间和温湿度环境要求比较高，其物流组织比一般常温物流的组织更复杂、要求也更高。
1.1农产品冷链物流组织协调要求高
由于农产品冷链物流的多个环节的主体功能各不相同，任何一个环节出现问题，都会对冷链产品造成不可逆的损伤。为保证冷链产品品质，必须通过组织协调，控制好冷链流通时间，并确保冷链物流各环节始终处于规定的温湿度环境。
1.2农产品冷链物流设施设备投资大
农产品的冷库、冷藏车等专用设施设备的购置成本远超过普通物流仓库及货车，同时，其特有的温度和湿度环境要求，需要耗费更多的水、电、油，导致运营成本也比一般常温物流高。
1.3农产品冷链物流信息技术含量高
由于生鲜农产品自身的特性及冷链物流组织的高要求，必须借助冷链运输配送技术、冷链储存技术、冷藏设备制造技术、温度控制监测技术以及互联网信息技术，对农产品冷链物流全过程进行多方位的监测跟踪，以保证农产品的品质。
1.4农产品冷链物流能耗控制要求高
冷链物流中的每个环节都需要进行温度控制和全过程监控，所以，不仅需要通过先进技术来降低能源损耗和企业成本，也要求冷链物流企业制定严格的管理制度和先进的作业流程规范，培养高素质的专业技术人员，以实现农产品冷链物流的降本增效。
2农产品冷链物流存在的主要问题
得益于国家对冷链物流建设布局和利好政策，冷链物流发展基础日益巩固，但也出现了一些不容忽视的问题。
2.1信息化水平整体不高，共享水平偏低
经调查发现，除电商巨头企业外，其他经营主体的信息化建设水平参差不齐，信息共享水平明显偏低。同时，传统的生鲜农产品冷链物流服务平台彼此独立，“信息孤岛”现象严重，有效数据信息传递中间环节过多，供需双方信息位势不平衡，信息传输时效性低、信息处理滞后，导致流通腐损率居高不下。
2.2基础设施建设总量不足，区域分布不均
相比于庞大的生鲜运输需求，冷藏仓库建设依然存在较大的增长空间。根据国际冷藏仓库协会(IARW)数据，中国人均库容面积较小，仅占美国等发达国家的四分之一左右。同时，冷链物流基础设施存在结构性短板，区域分布不够平衡，现有冷库设施中，华东、华中地区占比超过50%,而西北、西南地区占比仅为15%,西部地区冷库设施建设薄弱，极易产生冷链物流断链现象。因此，还需进一步提升冷链物流服务对产业升级、食品安全保障和民生需求的适配性。
2.3缺乏上下游的整体规划和整合，流通效率低
农产品冷链物流最先一公里“缺链”和最后一公里“断链”问题较为突出，无法完全实现“从田间到餐桌、从枝头到舌头”的一站式配送。生鲜农产品需经历采摘、收购、运输等多个环节，上下游整体规划和整合的缺乏不仅会增加配送成本，还会损害农产品品质，大幅降低农产品物流供应效率。
2.4信息无法做到完全溯源，消费信任度低
由于生鲜农产品的单份分量小、商品数量大，加之物流运作环节复杂、运营主体众多，全链条的信息化整合程度低等，现阶段的生鲜农产品冷链物流难以做到全流程溯源，也降低了消费者对生鲜农产品的信任度。
2.5未形成统一的标准体系，监管难度大
生鲜农产品种类繁多，导致各农产品质量标准难以统一，即使同种产品也会因产地不同导致质量标准存在差异，这不仅增加了生鲜农产品在冷链物流中质量控制的难度，也大大降低了政府监管的有效性。
3区块链技术
区块链技术是一种由多方共同维护，使用密码学保证传输和访问安全，能够实现数据一致存储、难以篡改、防止抵赖的记账技术。其核心价值如下。
3.1去中心化
区别于传统供应链业务，区块链技术采用去中心化的管理模式，通过分布式核算和存储，不依托第三方管理机构或硬件设施，实现节点的信息自我验证、传递和管理，使得业务平台具有相对的公平性，更加有助于发挥农产品冷链物流中各中小企业的作用。
3.2数据防止篡改与溯源性
区块链系统中，每个新区块生成时会被打上时间戳，并会根据生成时间顺序相连成区块链，可依托时间戳搜索不同节点的信息，形成一个去中心化的分布式时间戳服务系统。若要修改信息，需获得大多数节点的同意，因此很难被处理，可修改难度大。
3.3节点传输机制
节点是区块链的关键要素，需运用编程代码签订智能合约并自动执行，以确保交易的畅通及安全。
3.4共享机制
区块链技术基础是开源的，每个用户均可通过节点的形式将数据存储于区块链中，除了私有信息被加密外，区块链的数据完全开放，高度透明。
综上所述，区块链的分布式交易记账特点能有效解决当前农产品物流中信息不对称的问题，而数据防止篡改与溯源性可以实现农产品全程溯源，最大程度保障农产品质量。农产品冷链物流应用区块链技术，可以对传统的农产品物流产业链和供应链进行重塑，从而推动农产品物流产业高质量发展。
4区块链技术对农产冷链物流发展的影响
区块链技术的特性必将赋能农产品冷链物流的流程创新、技术创新、管理创新和模式创新。
4.1提升农产品冷链物流运行的安全性
农产品“从田间到餐桌、从枝头到舌头”需要经过多个环节、多个区域、多个配送主体的流转，必将存在冷链产品损坏、流通时间延误等风险，不同参与主体的在线支付也会面临资金安全问题。基于区块链技术构建农产品冷链物流供应链平台、智能交易支付体系等，可通过追溯数据提高信息的安全性。
4.2提升农产品冷链物流系统的精准性
物流企业和消费者普遍关注农产品冷链物流配送过程，消费者通过追踪过程来了解购买产品的质量，而物流企业往往通过控制过程来达到降本增效的企业目标。区块链技术通过同步自身数据与行业信息来保障整个供应链系统的完整性，从而提升农产品冷链物流系统的精准性。
4.3提升农产品冷链物流监管的有效性
基于区块链技术的农产品冷链物流追溯系统宜采用“市场主导、政府为辅”的构建模式，利用区块链技术的分布式记账特点，各参与主体实时多点采集、记录、核实、上传信息；政府部门监督和管理系统内的经济活动。
5.3农产品冷链物流参与主体的需求分析
从政府、企业以及消费者三个参与主体的角度出发，对追溯系统需求进行详细分析，满足监管部门、相关企业、消费者之间的信息共享、互相监督。
①政府的需求分析。
系统中的政府主要是指生鲜农产品冷链物流过程中的质量检测、监督管理等主管部门，它们按照国家提升产品质量要求，根据相关规范标准，对商品检测等信息进行审核，监控全部数据，明确责任主体，在系统中应被赋予最高权限。
②企业的需求分析。
企业的主要需求是采集和上传农产品冷链物流中生产、运输、存贮、流通加工等各个环节的数据，实时掌握上下游的基本情况，对出现问题的产品进行快速冻结和召回，实现精细化管理和降本增效。同时，为防止敏感信息泄露，为企业提供保密服务，应确保各企业能查看本企业的相关信息。
③消费者的需求分析。
消费者的主要需求是查询产品真伪，通过系统可以快速便利地查询生鲜农产品的产地、用肥、生产日期、各环节的温湿度等相关产品追溯信息，满足放心消费的需求。
5.4农产品冷链物流追溯系统架构设计
生鲜农产品冷链物流追溯系统主要分为四个层次，自下而上依次为基础层、网络层、应用层以及用户层（见图1)。
①基础层。
基础层主要包括数据采集、数据区块、链式结构、IPFS、时间戳、非对称加密、P2P网络、验证机制等。采集的数据包括生鲜农产品名称、生产日期、产地等产品信息和参与的企业主体信息等追溯基本数据以及通过配备专业的RFID、温湿度传感器、摄像机等实时采集多维数据。物联网采集的数据主要存放在星际文件系统，数据的哈希值主要存储在Hyperledger Fabric数据库。
②网络层。
网络层主要包括智能合约、共识机制、数据验证机制、点对点通信传输机制、账本记录、事件系统、状态管理、加密服务等，实现区块链各节点间数据信息交互、交易验证服务、状态管理等。
③应用层。
应用层是追溯系统功能的应用程序入口，负责所有参与成员的交互，主要包括人工输入、设备自动输入、物联网实时采集输入的各类数据采集API,政府、企业和消费者等各类用户API,数据追溯、数据分析、风险预警等应用场景API和系统管理API,在系统中进行注册、分析等操作，形成一个利益和信息共享的命运共同体。
④用户层。
用户层面向使用系统的相关政府部门、物流企业以及消费者等。不同的用户开发不同的功能界面和操作权限，各类用户可根据需求与系统交互。
5.5农产品冷链物流系统运作流程分析
基于上述生鲜农产品冷链物流追溯系统的架构，分析设计追溯系统的具体流程（见图2)。
生鲜农产品冷链物流各参与主体，包括农产品生产企业（农户）、农产品加工企业、物流企业、超市（农贸市场）、电商平台、政府监管部门、末端派送方和终端客户（消费者）等，组成一个区块链平台应用联盟。利用区块链技术，将生产、加工、仓储、物流以及销售信息、追踪记录等信息数据加密存储在追溯系统数据库中，并返回数据哈希值上传存储至区块链上，完成数据信息的确认和接收。通过管理应用和验证机制，识别和管理追溯系统的参与主体，并对其进行相应评估，建立企业信用体系。
5.6生鲜农产品冷链物流系统功能模块设计
按照各环节参与主体需求，分别设计面向政府、企业以及消费者三个业务功能模块（见图3)。
①政府端。
政府监管部门需要对生鲜农产品冷链物流全过程中涉及的企业和业务进行监督管理，包括自身的注册登录、数据信息录入监管、信息查询监管、信息追溯查询、信息变更审批等主要功能模块，负责对相关企业的资格认证、业务监管，在录入信息有误时，提供信息变更服务；对生鲜农产品进行从“田头到餐桌、枝头到舌头”的正向追踪和反向溯源；根据消费者举报投诉信息，追踪出现问题的供应链环节和主体，查明原因并对其进行问责处理，以保障消费者的食品安全。
②企业端。
可以上传企业名称、营业执照和企业地址等重要的企业注册信息，经政府监管部门确认批准后，加入追溯系统，成为联盟成员节点；农产品生产企业（农户）应上传农产品名称、编码、规格、产地、生产日期、有效期、包装信息等农产品信息，运输、仓储等物流企业要实时上传环境温湿度信息、流通信息、交易信息、位置信息等；查询联盟成员节点的相关信息，快速掌握上下游的基本情况，实现精细化管理和降本增效。
③消费者端。
消费者可利用手机、平板、电脑等扫码或在指定网址输入溯源码等手段，查询农产品的基本属性信息，以及参与企业的信息；对存在质量安全问题的农产品向政府监管部门进行投诉举报，共同监督农产品质量。
6结束语
强化区块链在农产品冷链物流追溯中技术优势，构建基于区块链技术的农产品冷链物流追溯系统，能有效满足当前日益增长的生鲜农产品信息服务需求，解决生鲜农产品冷链物流全程追溯困难、责任主体不明确等问题，形成安全高效的冷链体系，促进农产品冷链物流的区块链产业生态建设。
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