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基于区块链技术的农产品溯源管理系统

申报人:张松国 申报日期:2024-05-31

基本情况

2024年批次
基于区块链技术的农产品溯源管理系统 学生申报
创新训练项目
工学
计算机类
学生来源于教师科研项目选题
一年期
随着人们对食品安全和质量的关注度不断提高,农产品溯源系统的重要性日益凸显。基于区块链技术的农产品溯源管理系统是一种具有极高价值和潜力的农产品溯源系统,其目的是为了确保农产品的安全和质量可追溯。它旨在通过记录和存储农产品的生产、加工、运输等环节的数据,确保农产品从种植到消费者手中的每一个环节都能被追溯和监管。这样可以提高农产品的溯源可靠性,减少食品安全问题的发生,增加消费者对农产品的信任度。

近五年主持或参加的国家自然科学基金项目/课题:

1)       国家自然科学基金委员会,地区科学基金项目, 62362018 面向异构计算系统的深度学习任务共置动态调度关键技术研究, 2024-01-01 2027-12-3132万元,在研,参与;

2)       国家自然科学基金委员会, 地区科学基金项目,61862019 面向数据发布隐私保护的分级多样性匿名方法研究,2019-01-01 2022-12-3136万元,结题,主持;

3)       国家自然科学基金委员会, 青年科学基金项目,61802085,面向高性能计算的CPU-GPU胖节点服务器功耗动态协调关键技术研究,2019-01-012021-12-3125万元,结题,参与。

近五年主持或参加的其他科研项目/课题(国家自然科学基金项目除外):

1)       广西科技厅,面上项目,2020GXNSFAA159038,面向电力需求响应的地理分布数据中心激励方法关键技术研究,2022-06 今,10万元,在研,参与;

2)       广西华沃特集团股份有限公司,横向-技术开发,20230568,广西林地土壤大数据可视化平台开发与应用,2023-08至今,60万元,在研,参与;

3)       广西科技厅,广西科技计划项目(新)-面上项目, 2020GXNSFAA159038,面向电力需求响应的地理分布数据中心激励方法关键技术研究,2020-062023-0710万元,结题, 参与;

4)       广西科技厅,广西科技基地和人才专项,2018AD19136,基于资源调度的数据去重优化方法研究,2019-062022-0510万元, 结题,主持;

5)       广西科技厅,广西科技计划项目(新)-面上项目, 2018GXNSFAA281235,两层无线传感器网络面向隐私保护的多维数据范围查询及访问控制协议研究,2018-12 2021-1212万元,结题,参与。

项目管理与技术指导
校级

项目成员

序号 学生 所属学院 专业 年级 项目中的分工 成员类型
张松国 计算机科学与工程学院 人工智能 2022 区块链网络搭建,前端开发
魏智程 计算机科学与工程学院 人工智能 2023 数据采集与整合,编写管理条例
付文辉 计算机科学与工程学院 计算机科学与技术(应用) 2022 数据模型训练,编写管理条例
张添乘 计算机科学与工程学院 人工智能 2022 数据储存与管理,前端开发
杨宇希 计算机科学与工程学院 人工智能 2022 前端应用开发

指导教师

序号 教师姓名 所属学院 是否企业导师 教师类型
张攀峰 计算机科学与工程学院
杜慧 公共管理学院

立项依据

随着人们对食品安全和质量的关注度不断提高,农产品溯源系统的重要性日益凸显。传统的农产品溯源系统往往依赖于人工记录和纸质文件,不仅效率低下,而且容易出错。基于区块链技术的农产品溯源管理系统的目的是为了确保农产品的安全和质量可追溯。它旨在通过记录和存储农产品的生产、加工、运输等环节的数据,确保农产品从种植到消费者手中的每一个环节都能被追溯和监管。这样可以提高农产品的溯源可靠性,减少食品安全问题的发生,增加消费者对农产品的信任度。

1、 区块链网络的搭建

选择Hyper Ledger Fabric区块链作为基础,搭建一个分布式的区块链网络,确保数据的安全性和可靠性。

2、数据存储和管理

设计合理的数据模型,存储农产品生产过程中产生的数据,包括种植/养殖环境、农药使用情况、采摘/收获时间、加工工艺等信息。

3、智能合约的编写

根据农产品生产和流通的规则,编写智能合约来管理交易和操作,确保参与者遵守约定的规则,提高系统的安全性和可靠性。

4、前端应用的开发

开发用户界面,提供用户友好的查询功能,允许用户查询特定产品的溯源信息,包括生产过程、质量检测报告、物流轨迹等。

5、质量追踪和防伪验证

记录农产品的质量检测信息,利用区块链的不可篡改性和去中心化特点,防止产品信息被篡改或伪造,确保消费者获取的是真实可信的溯源信息。

6、合规管理和供应链管理

智能合约确保参与者遵守相关法规和标准,跟踪产品从生产到销售的整个供应链流程,优化物流和库存管理,降低信息不对称和风险。

7、数据分析

利用区块链上的数据进行统计分析,利用大数据发现生产环节中的问题和改进空间,提高生产效率和产品质量。

国内研究和发展动态

1、 政府支持与政策推动

中国政府高度重视区块链技术在农业领域的应用。多项政策文件指出要推动区块链技术在农产品溯源中的应用。例如,农业农村部发布的文件中明确提出要加快区块链技术在农业中的应用,以提升农产品质量安全追溯水平。

2、 企业与高校合作

许多中国企业与高校合作,开展区块链技术在农产品溯源方面的研究。例如,阿里巴巴和京东等电商平台,利用区块链技术记录和追踪农产品的生产、运输和销售过程,确保产品的真实性和可追溯性。此外,多所高校也在研究区块链技术在农产品溯源中的应用,致力于提升技术的可靠性和可操作性。

3、 技术创新与应用实践

国内不少科技公司研发了区块链溯源平台,并在实际农业生产中进行应用。例如,蚂蚁区块链推出的蚂蚁链平台,已经在多个农产品产区进行推广应用,帮助农产品实现从生产到销售的全链条可追溯。通过智能合约、加密存储等技术手段,确保数据的真实性和不可篡改。



国外研究和发展动态

1、政策与标准制定

在国际上,多个国家和组织也在积极推动区块链技术在农产品溯源中的应用。欧盟和美国等地政府通过政策和标准化的推动,鼓励区块链技术在农产品质量安全管理中的应用。例如,欧盟发布的《农产品区块链溯源标准》为区块链技术的应用提供了规范和指导。

2、跨国企业应用

国际上,许多跨国公司也在积极探索和应用区块链技术来提升农产品的可追溯性。例如,IBMFood Trust平台通过区块链技术,帮助食品供应链中的各方实现数据共享和追溯,目前已经被沃尔玛、家乐福等大型零售商应用于实际业务中。

3、科研机构的研究

国外多个顶尖科研机构和大学也在研究区块链技术在农产品溯源中的应用。例如,麻省理工学院(MIT)和斯坦福大学等研究机构,通过理论研究和实验验证,探讨区块链技术在农业领域的潜力和应用场景。这些研究为实际应用提供了坚实的理论基础和技术支持。

典型案例

1IBM Food Trust

IBM推出的Food Trust平台,通过区块链技术实现食品供应链的透明化和可追溯性。目前,该平台已经被沃尔玛、家乐福等大型零售商应用,用于追踪从农场到餐桌的整个供应链过程,确保食品的安全和质量。

2. 京东区块链溯源平台

京东利用区块链技术开发了农产品溯源平台,通过区块链记录农产品从生产到销售的全过程,确保信息的真实性和不可篡改。目前,该平台已经在生鲜产品、茶叶等多个品类中应用,提升了消费者的信任度和满意度。通过扫描产品质安码,可以直接查看产品信息并下单购买。

1、去中心化的数据存储和防伪验证:利用区块链的不可篡改性和去中心化的特点,使得农产品的生产、流通、销售等数据可以被安全地存储和管理,避免了单一中心化管理的风险,防止产品信息被篡改或伪造,确保消费者获取的是真实可信的溯源信息。

2、智能合约的运用:智能合约是区块链的一项重要特性,可以自动执行合同中约定的条款。在农产品溯源管理系统中,智能合约可以用来自动执行质量检测、支付货款、分配利润等任务,提高了管理的效率和可靠性,确保参与者遵守相关法规和标准。

3、全程溯源的信息记录:消费者可以通过扫描产品上的二维码或输入产品编码来查询产品的生产和流通信息,包括种植/养殖过程、采摘/收获时间、加工工艺、检测报告等,增加了产品的透明度和信任度。

4、供应链管理:跟踪产品从生产到销售的整个供应链流程,优化物流和库存管理,降低信息不对称和风险,且溯源系统可以让生产者和消费者之间直接互动,消除中间环节,使得信息更加对称,提高了交易效率和可信度。

5、质量追踪:区块链技术可以提供实时的数据追踪和监控,政府部门可以通过农产品溯源系统对市场进行监管,及时发现和处理违规行为,保障消费者的合法权益。

技术路线:

一、数据采集与整合

首先,项目将整合农产品的全链条数据,包括生产、加工、运输、销售等各个环节的信息。这涉及到与农业生产者、加工企业、物流公司、销售商等多个参与方的合作与数据共享。

1.硬件部署:在农场、加工厂、物流中心等关键节点部署传感器、摄像头、RFID等物联网设备,实时采集农产品生产、加工、运输等环节的数据。

2.数据标准化:制定统一的数据格式和采集标准,确保不同来源的数据能够无缝对接和整合。

3.数据清洗与验证:对采集到的原始数据进行清洗,去除重复、错误或无效数据,同时利用机器学习算法进行数据验证,确保数据的准确性和可靠性。


二、区块链技术应用

利用区块链技术的去中心化、不可篡改性和数据共享特性,将整合后的数据以区块的形式进行链式存储。每个区块都包含农产品的相关信息和上一个区块的哈希值,确保数据的完整性和可信度。

1.选择合适的区块链类型:根据项目需求,选择Hyper Ledger Fabric作为底层区块链平台。

2.智能合约开发:编写智能合约来定义数据的存储规则、访问权限、交易逻辑等,实现数据的自动化管理和安全存储。

3.区块生成与链式存储:将经过验证的数据打包成区块,并利用密码学算法将区块链接起来,形成不可篡改的区块链。


三、溯源信息查询与展示

项目将开发一个溯源信息查询平台或APP,消费者可以通过扫描农产品包装上的二维码或输入溯源码,查询农产品的全程溯源信息。同时,平台也将提供可视化展示功能,以图表、地图等形式直观地展示农产品的生产、流通情况。

1.前端应用开发:开发易于使用的Web或移动APP,提供用户友好的界面供消费者查询农产品的溯源信息。

2.数据可视化:利用图表、地图、时间线等可视化技术,将复杂的农产品溯源信息以直观的方式展现给消费者。

3.API接口开发:为其他系统或平台提供API接口,实现数据的共享和互通。


四、拟解决的问题

1.农产品信息不对称问题:传统的农产品供应链中存在信息不对称的问题,导致消费者难以了解农产品的真实质量和安全情况。基于区块链技术的溯源管理系统可以打破这一障碍,提供全面的农产品信息。

2.农产品质量安全问题:农产品在生产、加工、运输等环节可能受到污染或变质,对消费者的健康构成威胁。通过全程溯源和监管,可以及时发现并处理潜在的质量安全问题。

3.市场信任缺失问题:由于农产品市场的复杂性和信息不对称性,消费者往往难以建立对产品的信任。基于区块链技术的溯源管理系统可以提高市场透明度,增强消费者信心。

4.数据孤岛问题:现有农产品供应链中存在数据孤岛现象,各环节之间信息不透明、不共享。通过本项目,实现各环节数据的整合与共享,打破数据孤岛。

5.信任缺失问题:消费者对农产品质量和安全存在疑虑,对供应链中的信息真实性和可信度表示担忧。区块链技术的应用可以确保数据的真实性和不可篡改性,提升消费者信任。

6.追溯效率低下问题:传统农产品追溯系统存在追溯效率低下、操作复杂等问题。基于区块链的溯源系统可以实现自动化、高效化的追溯流程,提高追溯效率。


五、预期成果

1.提高农产品质量和安全水平:通过全程透明和可追溯的农产品溯源管理系统,能够及时发现和解决农产品生产过程中的问题和隐患,提高农产品的质量和安全水平。

2.增强消费者信任度:消费者可以通过查询农产品的溯源信息,了解产品的全过程,从而增强对产品的信任度和购买意愿。

3.促进农业产业升级:本项目的实施将推动农业产业向数字化、智能化方向发展,提升整个产业的竞争力和可持续发展能力。

4.经济效益提升:通过提高农产品质量和安全性,增强消费者信任度,进而提升农产品的市场价值和销售量,为农业产业链各参与方带来经济效益的提升。

5.提升农产品质量和安全水平:通过构建基于区块链技术的农产品溯源管理系统,实现农产品从生产到销售的全程数据记录与追溯。这确保了农产品在各个环节的规范操作和质量监控,从而有效降低农药残留、添加剂超标等安全风险,确保农产品符合国家和市场的质量标准和安全要求。

6.增强消费者信任和市场透明度:消费者能够通过简单的操作,如扫描农产品包装上的二维码,便捷地查询到农产品的全程溯源信息,包括种植、养殖、加工、运输等各个环节的详细数据。这种透明化的信息展示,极大地增强了消费者对农产品的信任度,同时也有助于提高整个市场的透明度,减少信息不对称现象,降低消费者购买决策的风险。

7.促进农业产业升级和发展:该项目的实施将推动农业产业的数字化转型,提升农业生产的智能化和自动化水平。通过对数据的分析和挖掘,可以为农业生产者提供精准的决策支持,优化资源配置,提高生产效率。同时,溯源系统的应用也将促进农业产业链的协同发展,形成更加紧密和高效的产业合作机制。

8.带动相关产业发展:基于区块链技术的农产品溯源管理系统不仅涉及农业本身,还将带动与之相关的物联网、大数据、人工智能等产业的发展。这些技术的应用将进一步推动农业现代化,提高农业产业的创新能力和竞争力。

前期-申报立项(5-6月)

1)创立项目,组建团队;

2)准备好申报书,向所在学院提出申请;

3)学院审核评分,决定是否立项;

4)填写项目任务书;

5)将项目拆分成几部分,搜索资料,逐一完成。

中期-项目开展(6-12月)

1)参考任务书,跟进项目进度;

2)深入民众,了解农民需求,进行市场调研;

3)查阅资料,检查是否正确,有无纰漏。

4)进行结论分析,总结经验教训。

后期-项目结题(来年1-5月)

1)注意材料收集,撰写研究论文;

2)提交项目结课报告并撰写总结报告;

3)准备好答辩所需材料及项目资料。

1.  与本项目有关的研究积累和已取得的成绩

目前,我们小组已查阅一些相关的资料,如论文、科研成果等,已初步了解该项目的研究目的、发展动态、未来展望、相关技术等等。



已具备条件:

1)我们小组成员大部分都是计算机科学与工程学院的学生,对于一些技术方面的研究,如数据分析与处理、编程开发等,均有一定的优势;

2目前已规划好小组成员前期的调研安排、数据收集等任务分配;

3)与专业的导师建立了一定的联系,可向他们咨询相关的问题和指导意见。


缺少条件及解决办法:

        1)合作伙伴资源:多与其他的小组或者组织进行交流,与专业人士建立联系,借鉴别人的宝贵经验;

     2)技术攻关:在网上寻找相关技术的教学视频,自主学习,在掌握一定相关知识的基础上进行技术研究;

经费预算

开支科目 预算经费(元) 主要用途 阶段下达经费计划(元)
前半阶段 后半阶段
预算经费总额 10000.00 各类开销 5500.00 4500.00
1. 业务费 10000.00 各类开销 5500.00 4500.00
(1)计算、分析、测试费 0.00 0.00 0.00
(2)能源动力费 0.00 0.00 0.00
(3)会议、差旅费 6500.00 农民需求及市场调研 3500.00 3000.00
(4)文献检索费 1000.00 文献打印、检索等 500.00 500.00
(5)论文出版费 2500.00 1500.00 1000.00
2. 仪器设备购置费 0.00 0.00 0.00
3. 实验装置试制费 0.00 0.00 0.00
4. 材料费 0.00 0.00 0.00
结束