一种基于区块链和物联网的生猪质量监控和溯源服务系统及方法

1.本发明属于食品安全技术领域，具体涉及一种基于区块链和物联网的生猪质量监控和溯源服务系统及方法。


背景技术：

2.步入消费升级时代，质量安全逐步成为消费者在食品选择问题中最看重的指标。生猪属于畜牧类生鲜农产品，生鲜猪肉具有易变质、易腐烂串味等特点，相应配送途中对温度、湿度要求精准，冷链运输不可缺少。而生鲜农产品属于一种“后验商品”，其质量、安全特性无法单纯以肉眼判断，仅在对产品完成消费之后才有概率明确其是否保鲜。这种特性使得生产者与消费者之间存在信息的不对等。由于信息的不对等和质量问题责任的不可追溯性，引发逆向选择和机会主义行为，这是导致生鲜农产品质量安全问题的根本原因。
3.物联网和区块链技术能有效提供食品链全程的质量安全信息，可有效解决多种供应链难题，通过构建区块链 物联网环境下的食品供应链，打造集技术集成、硬件配备、软件功能模块为一体的生鲜农产品质量监控与溯源体系，对产品供应链实施全流程监控和信息追溯，能够有效提升食品的整体质量，为消费者构筑从源头到餐桌、从线上到线下的生鲜农产品安全链路，保障产品的质量安全。


技术实现要素：

4.发明目的：本发明的目的是为了解决现有技术的不足，解决目前生鲜农产品质量安全管理缺乏统一监管，“条”“块”分割严重；且溯源标准不统一，体系不健全，追溯信息缺乏宽度、深度和精度等问题。在此提供一种基于区块链和物联网的生猪质量监控和溯源服务系统及方法，实现对生猪生产、加工、运输、销售等各环节的数据收集、监测、管控、定位、追踪和监管。
5.技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种基于区块链和物联网的生猪质量监控和溯源服务系统，该系统包括4个层级，依次为感知层、传输层、数据层、应用层。
6.感知层采用物联网设备和技术对生猪从生长到销售全过程进行数字传输与控制，对生猪生产、加工基地相关信息、猪肉实时运输信息、运输环境检测信息实施自动采集。
7.传输层通过移动网络接口或tcp/ip数据传输方式接收来自感知层的信息，信息接收过程中自发执行智能合约以去除不符合要求的猪肉供应链行为；系统传输层内具备生猪质量监控与信息追溯体系共识机制，生猪供应链上其余参与方需通过身份认证合格后，即作为供应链节点加入区块链，并有权对生猪产品信息档案进行刷新和维护。
8.数据层存储了感知层实时获取和不断更新的生猪具体信息，实现数据在消费者、相关企业、监管方之间互通；有记账权的节点将接收到的数据写入区块并封装，区块链为每个猪肉产品自动生成一个带时间戳的数字签名，并且对区块链上的数据实行分布式存储，
并采用非对称加密算法对其加密。
9.应用层采用browser/server技术架构，通过电脑或者手机终端的网站、app或小程序应用，为监管部门、消费者、企业以及体验用户提供查询、监控和追溯服务。
10.进一步地，感知层中，物联网设备和技术包括养殖环境监控系统、耳标型一体化传感器用以养殖过程监测；兽药残留检测仪、光谱分析仪器、便携式微生物检测仪、水分测定仪用以质量安全监测；rfid技术、bds用以流通过程监测。
11.进一步地，所述智能合约包括与生猪质量安全相关的行业标准、管理办法、监管条例中的一种或多种。
12.进一步地，所述监控和溯源服务系统以rfid技术、bds、传感器、区块链技术为依托构建生猪供应链储运环节的实时监控系统。
13.进一步地，所述监控和溯源服务系统共设置企业信息管理、产品信息管理、生产加工管理、监控预警管理、二维码管理、统计分析管理、溯源查询管理、产品交易管理和系统管理九个功能模块。
14.企业信息管理模块用于收集企业基本信息、生产基地信息。
15.产品信息管理模块用于管理生猪产品基本信息和猪肉质检信息。
16.生产加工管理模块用于生猪生产流程的管控，生产流程信息包括疫苗接种、饲料施用、养殖周期信息。
17.监控预警管理模块完成对象预警和流程预警，对象预警是对生猪产品自身以及供应链各个参与方出现异常信息变动时的响应；流程预警是指在仓储、运输物流环节中对生猪产品以及周围环境的异常状态进行紧急预警和响应。
18.二维码管理模块用于二维码申请、绑定和信息关联。
19.统计分析管理模块用以统计以下信息：各行政区划内的企业状况，猪肉的产量、销售量，消费者的区域分布，产品满意度调查。
20.溯源查询管理模块用于通过扫描产品包装上的二维码查询猪肉在供应链上的全部溯源信息，经销商通过获取二维码上的信息获取生猪流通过程的相关信息。
21.产品交易管理模块提供生猪产品展示与交易功能，生产企业或销售企业通过产品交易管理模块上传生猪产品信息、生猪产品溯源二维码并定价，用户通过浏览相关信息在系统上下单，与卖方之间达成交易后，产品将由第三方物流进行送达。
22.系统管理模块用于用户管理和不同的功能管理。
23.本发明还提出根据任意一项所述的基于区块链和物联网的生猪质量监控和溯源服务系统实现的一种基于区块链和物联网的生猪质量监控和溯源方法，该方法包括以下步骤：
24.1)在生猪养殖场里部署养殖环境监控系统以获得生猪生长的环境相关数据，环境相关数据包括养殖场位置、养殖场环境、空气温湿度、氧气浓度；为每头生猪匹配唯一的rfid电子耳标，耳标中包含该个体在生长过程中的全部信息，其包括生猪的体重、健康信息、繁殖信息、饲料投入品采购信息，所述rfid电子耳标与物联网设备相关联。
25.2)生猪被运至屠宰场后，将屠宰场地点、执行人、执行时间信息实时记录在电子耳标中；生猪经过第一次加工后变成分割肉，第二次加工后得到分块肉，在分割肉上贴一个唯一的二维码标签，作为第一标签，在分块肉上贴一个唯一的二维码标签，作为第二标签，所
述第一标签和第二标签中均记录有生猪rfid电子耳标中记录的全部信息，并且，所述第二标签对应的二维码作为包装上的二维码。
26.3)生猪养殖场、屠宰场、猪肉食品加工企业对生猪/猪肉产品进行质量安全测定，采用兽药残留检测仪、光谱分析仪器、便携式微生物检测仪、水分测定仪对生猪/猪肉产品内抗生素残留、重金属含量、微生物超标数据、水分含量进行检测，采集并录入上述数据后，通过区块链将这些信息打包成区块，加密并上传至溯源系统。
27.4)在运输和仓储过程中，将包装上的二维码与温湿度传感器设备相关联，实时探测环境温度、湿度、气体浓度变化数据，并将数据录入包装上的二维码中。
28.5)在销售过程中，每个参与主体将该节点的相关信息录入包装上的二维码中，该节点的相关信息包括销售单位、产品价格、到货时间、出售时间，所述主体包括批发商、经销商、零售商。
29.6)当猪肉溯源档案建立之后，商户和消费者通过系统网站和手机移动端两种方式来查询生猪从生长到销售全部溯源信息。
30.有益效果：与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益技术效果：
31.本发明提供一种基于区块链和物联网的生猪质量监控和溯源服务系统及方法，将物联网技术与区块链技术结合，采用射频识别技术、二维码技术、传感技术等感知技术智能采集生猪在供应链各个节点上的关键信息，采用区块链技术在供应链上下游之间实现生猪流通全过程的信息互联与共享，健全了市场主体的“多方”管控机制。
32.此外，本发明依托北斗导航系统、5g移动互联和移动终端实现实时追踪与智能定位，利用无线传感器网络、智能检测设备和控制终端对生猪进行可视化监控和风险状态预警，打造可视化、可感知、可调节的智慧供应链，真正保障产品在储运环节的质量安全。
33.本发明不仅能进行问题产品质量安全溯源，亦支持风险预警，真正实现“生产过程可记录、产品流向可跟踪、储运信息可查询、质量问题可追溯”的目标，确保“舌尖上的安全”。
附图说明
34.图1是本发明实施例的整体架构示意图；
35.图2是本发明实施例生产、加工、流通过程监测示意图；
36.图3是本发明实施例提供的实时监控系统架构示意图。
具体实施方式
37.下面将结合附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。
38.第一方面，如图1所示，本技术实施例提供一种基于区块链和物联网的生猪质量监控和溯源服务系统，该系统从上到下由4个层级构成，依次为感知层、传输层、数据层、应用层。
39.感知层采用物联网设备和技术对生猪从生长到销售全过程进行数字传输与控制，对生猪生产、加工基地相关信息、猪肉实时运输情况、运输环境检测具体信息实施自动采集。
40.传输层通过移动网络接口或tcp/ip数据传输方式接收来自感知层的信息，信息接
收过程中会自发执行智能合约以去除不达标猪肉的供应链行为；系统传输层内具备生猪质量监控与信息追溯体系共识机制，生猪供应链上其余参与方需首先通过资质考察，合格后，即作为供应链节点加入区块链，并有权对生猪产品信息档案进行刷新和维护。
41.数据层存储了感知层实时获取和不断更新的生猪具体信息，实现数据在消费者、相关企业、监管方之间的互通；有记账权的节点将接收到的数据写入区块并封装，区块链为每个猪肉产品自动生成一个带时间戳的数字签名；对区块链上的数据实行分布式存储，并采用非对称加密算法对其加密。
42.应用层采用browser/server技术架构，通过电脑或者手机终端的网站、app或小程序应用，为监管部门、消费者、企业以及体验用户提供查询、监控和追溯服务。
43.可选地，如图2所示，作为本技术一个实施例，上述物联网设备和技术具体包括养殖环境监控系统、耳标型一体化传感器用以养殖过程监测；兽药残留检测仪、光谱分析仪器、便携式微生物检测仪、水分测定仪用以质量安全监测；rfid技术、bds用以流通过程监测。
44.可选地，作为本技术一个实施例，上述智能合约包括与生猪质量安全相关的行业标准、管理办法、监管条例中的一种或多种。
45.可选地，如图3所示，作为本技术一个实施例，依靠rfid技术、bds、传感器、区块链技术为依托构建生猪供应链储运环节的实时监控系统，为猪肉运输和仓储过程中的实时监控、异常预警、信息记录、查询及追溯等功能提供数据采集及分析方法。所述实时监控系统主要有三部分功能：信息采集、实时监控和信息记录。
46.所述信息采集即通过rfid技术、bds技术、温湿度传感器等物联网感知技术实时采集运输车辆和存储仓库内的监控信息，如车辆位置及行驶速度、仓库地点、运输时间、温湿度信息等，通过5g技术、wsn技术、移动网络技术等传输技术将采集的信息传输至实时监控中心。
47.所述实时监控即依托云计算、区块链、物联网、大数据等技术建立生猪供应链储运环节的实时监控中心，该中心主要由车载/仓库监控系统和企业监控系统组成。终端信息采集设备一方面将采集到的信息送至驾驶员位置的车载触摸屏或仓库控制室的显示屏显示，另一方面将信息上传至企业监控系统。监控系统将接收的信息进行统一存储和分析，对车辆行驶状况、环境温湿度等影响猪肉质量安全的关键信息进行实时监控，对异常情况及时预警，并在必要时对运输车辆进行调度。
48.所述信息记录即在仓储和运输过程中，由终端信息采集设备采集到的全部信息以及监控中心发出的所有指令都将上传和储存至生猪供应链质量监控和信息追溯系统中，供监管部门、供应链上下游的相关企业以及消费者进行信息监管、查询和追溯，从而实现生猪供应链全流程的可视化、透明化监管，保障产品质量安全。
49.可选地，如表1所示，作为本技术一个实施例，共设置企业信息管理、产品信息管理、生产加工管理、监控预警管理、二维码管理、统计分析管理、溯源查询管理、产品交易管理和系统管理九大功能模块。
50.企业信息管理模块主要用于收集企业基本信息、生产基地信息。
51.产品信息管理模块可分为生猪产品基本信息管理和猪肉质检信息管理。
52.生产加工管理模块主要用于生猪生产流程的管控，包括疫苗接种、饲料施用、养殖
周期等信息。
53.监控预警管理模块具体完成对象预警和流程预警。对象预警是对生猪产品自身以及供应链各个参与方出现异常信息变动时的响应；流程预警是指在仓储、运输等物流环节中对生猪产品以及周围环境的异常状态进行紧急预警和响应。
54.二维码管理模块流程包括二维码申请、绑定和信息关联。
55.统计分析管理模块可统计以下信息：各行政区划内的企业状况，猪肉的产量、销售量，消费者的区域分布，产品满意度调查等。
56.溯源查询管理模块即消费者通过扫描产品包装上的二维码查询猪肉在供应链上的全部溯源信息，同时，经销商也可以通过获取二维码上的信息了解生猪流通过程的相关信息。
57.产品交易管理模块提供生猪产品展示与交易功能，由生产企业或销售企业上传生猪产品信息、生猪产品溯源二维码并定价，用户通过浏览相关信息在系统上自由下单，与卖方之间达成交易后，产品将由第三方物流进行送达。
58.系统管理模块主要包括用户管理、功能管理。
59.表1系统功能模块设计
60.[0061][0062]
第二方面，本技术实施例提供一种基于区块链和物联网的生猪质量监控和溯源方法，包括以下步骤：
[0063]
1)生产环节
[0064]
在生猪养殖场里部署养殖环境监控系统来获得生猪生长的环境相关数据，采集的数据主要包括养殖场位置、养殖场环境、空气温湿度、氧气浓度；为每头生猪匹配唯一的rfid电子耳标，耳标中包含该个体在生长过程中的全部信息，包括生猪的体重、健康状况、繁殖情况、饲料投入品采购等信息；所述rfid电子耳标与物联网设备相关联。
[0065]
2)加工环节
[0066]
生猪被运至屠宰场后，屠宰场地点、执行人、执行时间信息也会实时记录在电子耳标中；生猪经过第一次加工后变成分割肉，第二次加工后得到分块肉，在分割肉上贴一个唯一的二维码标签，作为第一标签，在分块肉上贴一个唯一的二维码标签，作为第二标签，所述第一标签和第二标签中均包含生猪rfid电子耳标中记录的全部信息；所述第二标签对应的二维码作为包装上的二维码。
[0067]
生猪养殖场、屠宰场、猪肉食品加工企业等均可以对生猪/猪肉产品进行质量安全测定，采用兽药残留检测仪、光谱分析仪器、便携式微生物检测仪、水分测定仪对生猪/猪肉产品内抗生素残留、重金属含量、微生物超标情况、水分含量进行快速检测；采集并录入上述数据后，区块链会将这些信息打包成区块，加密并上传至溯源系统。
[0068]
3)物流环节
[0069]
在运输和仓储过程中，将包装上的二维码与温湿度传感器等设备相关联，实时探测环境温度、湿度、气体浓度变化，将数据录入包装上的二维码中；并依据bds技术采集运输车辆、速度位置变化等信息。若出现异常情况会及时预警，并在必要时对运输车辆进行调度。
[0070]
4)销售环节
[0071]
在销售过程中，每个参与主体需要将该节点的相关信息录入包装上的二维码中，
该节点的相关信息包括销售单位、产品价格、到货时间、出售时间，所述主体包括批发商、经销商、零售商。
[0072]
5)产品信息溯源流程
[0073]
当猪肉溯源档案建立之后，商户和消费者可以通过系统网站和手机移动端两种方式来查询生猪从生长到销售全部溯源信息。网页端可以通过关键字检索、溯源码查询的方式获取所购买猪肉产品的溯源档案；手机移动端还可以通过扫描二维码的方式获取信息。