基于区块链的茶产业链大数据协同服务平台研究

摘要 安徽省茶叶种植历史悠久，2022年茶产业成为安徽省打造的十大千亿级绿色食品产业之一，是皖西等山区带动农民增收、推动乡村振兴的优势主导产业。随着茶产业的不断发展，茶叶种植面积与产量增长迅速，如何优化配置茶全产业链成为当前重要的现实问题。针对皖西地区茶产业链信息服务中存在的供应链组织衔接程度低、产品质量安全不确定、全供应链协同难度高等问题，利用大数据、区块链等技术，设计基于智能合约的茶产业大数据协同模型和存证技术的茶产业防篡改模型，开发实现基于区块链技术的茶产业链大数据协同服务平台，有效保障茶产业链各环节的智能管理，促进皖西徽茶产业集群发展。

关键词 茶产业链；区块链；信息服务；大数据

中图分类号 S-9   文献标识码 A  文章编号 0517-6611（2024）20-0212-07

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.20.051

开放科学（资源服务）标识码（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 Computer， 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

安徽省茶叶种植历史悠久，在中国传统十大名茶中占据4个，名优茶品类在全国位居第1。2020年，安徽省茶园面积达21.09万hm2，较2015年增长24.05%，茶叶综合产值达477.32亿元，茶叶出口量位居全国第2；“十三五”期间，安徽省涉茶经营主体300多万［1］。2022年，茶产业成为安徽省打造的十大千亿级绿色食品产业之一，是皖西、皖南山区带动农民增收、推动乡村振兴的优势主导产业。随着茶产业的不断发展，茶叶种植面积与产量增长迅速，如何优化配置茶全产业链成为当前一个重要的现实问题［2］。作为一种新兴的信息技术，区块链连接物联网、大数据等技术，让人工智能、智能装备等适用于农业生产的条件，为智慧农业高质量发展提供技术支撑，从而重整农业生产关系，塑造高透明、可追溯、安全的现代农业产业链［3］。一些文献从理论层面上，研究了利用区块链技术解决农业产业链中“卡脖子”现象、农产品全过程追溯困难等问题的优势、应用策略和产业链优化路径［4-6］。国内外学者在利用区块链技术追溯农业产业链全过程中产品的质量安全上进行了较多实践与研究。Baralla等［7］提出了一种基于区块链技术的通用农药供应链可追溯性系统，实现了欧盟目前使用的“从农场到叉子”（F2F）模型，整合了当前系统的可追溯性规则和流程。Salah等［8］设计了基于区块链的大豆供应链溯源系统。近几年国内区块链在茶产业链的溯源上也有较多研究。安徽农业大学高琪娟等［9］研究了基于区块链的茶叶质量安全溯源系统。杨萌［10］结合区块链和5G网络技术，构建了富硒茶的质量安全追溯体系。然而，上述研究主要偏向于对产业链的某一环节或是更关注产品质量安全追溯的单一功能。

以皖西徽茶为研究对象，紧紧围绕皖西徽茶的全产业链现状与具体需求，利用区块链、物联网、大数据等技术，研制茶叶物联网和大数据存储与计算技术与设施，紧密结合传统种植、加工、流通、消费等全产业链关键业务流程，建立皖西徽茶全产业链大数据协同服务平台。平台构建基于区块链的动态、协同、分布式的茶产品全生命周期可信质量管理系统模型和跨域多态数据链系统，实现从种植到商品化处理的全生产过程质量管控信息的链上集成与决策知识的同步共享，实现各个节点之间的信息透明共享和整体一致性，保障产业链各个环节的智能管理，减少人工作业强度，带动智慧农业化发展，促进皖西徽茶产业集群发展。鉴于此，笔者针对皖西地区茶产业链信息服务中存在的供应链组织衔接程度低、产品质量安全不确定、全供应链协同难度高等问题，利用大数据、区块链等技术，设计基于智能合约的茶产业大数据协同模型和存证技术的茶产业防篡改模型，开发实现基于区块链技术的茶产业链大数据协同服务平台，有效保障茶产业链各环节的智能管理，促进皖西徽茶产业集群发展。

1 茶产业链信息服务存在的问题

安徽作为我国重要的产茶大省之一，茶产业已经逐步成为皖西地区发展的经济支柱［11］。皖西地区的茶叶产量虽然在我国首屈一指，但是在很多方面，皖西的茶产业发展都落后于其他地区，尤其是信息服务方面，皖西的大部分地区仍旧延续以往的小农经济时代模式，存在茶叶从种植到商品化处理全供应链组织衔接程度低、茶产品质量安全缺乏有力保障、供应链环节无法准确追根溯源，导致现阶段尚未形成统一的茶产业链信息服务系统。

1.1 供应链组织衔接程度低

在安徽省，茶叶的种植区域大多在山区，茶产业大批量规模化、集约化程度低，茶产业既连接着茶农，又关系着广大消费者，其中还包括茶企茶商。茶产业链条长，管理环节多，可以分为产业上游、产业中游和产业下游。由图1可知，产业上游主要包括种植环节，种植环节中存在茶农种植、茶场种植、基地种植和科研机构的种植过程，各个种植环节之间相互独立，基本没有信息交流过程。产业中游包括加工制造环节和分销流通环节，加工制造环节主要包括茶叶生产商的加工流程、茶叶相关附件的加工、茶产品的深加工以及科研机构对茶叶的研究加工过程。分销流通环节则表示茶叶的销售渠道，包括市场和经销商、超市和商场、徽茶专卖店和茶楼、网上销售，每个分销渠道相互独立，茶叶的销售过程流通较广，对茶产品的追溯过程较为困难。产业下游则是茶叶的消费环节，主要包括购买茶叶的消费群体，如家庭、礼品、餐饮及其他消费方式。茶产业链的上、中、下游都包含了多个分支结构，其中每个分支之间相互独立，在进行茶产业链平台搭建时无法整合所有环节的信息。

目前，由于茶叶生产分散、栽培管理技术相对落后，茶产业链信息化服务系统上各方相对独立，信息闭塞，无法建立共信体系和隐私保护体系，资源共享难度较大。茶产业信息系统多以单个食品加工企业为基础开发的内部协同服务系统，仅满足本企业各个部门之间的协同制造需求，面向全产业链的信息共享和管控交叉，各个部门之间相对独立，没有实现上下游企业之间的信息传递。

1.2 茶产品质量安全不确定

当前，茶产业链信息化服务系统只关注于茶产业上游种植环节农药的使用，对产业中游及产业下游的茶产业质量安全监测及各环节之间的大数据协同技术研究相对薄弱。传统的农业食品安全溯源系统可以依靠物联网、大数据等相关技术对茶产业链各环节的数据进行存储和管理，但多数系统中用户仅有单一的信息存储库，并根据此唯一的信息点内容共享数据，从而导致难以追踪到各环节具体操作内容和产品的真正来源，并且单个信息点的内容易篡改且无法验证其完整性。茶产业链上的产品质量安全问题能够通过产业链之间的协同服务来解决。区块链在建立一个区块信息点时，会将该信息点副本同步至其他节点，利用非对称加密算法使得信息点内容实现可验证和防篡改，从而解决传统溯源系统存在的安全和信任问题。

1.3 全供应链协同难度高

茶产业链信息服务平台往往具有高度中心化的特点，中心化可以将茶叶供应链中的环节聚集在一起，集中处理供应链流程中产生的问题。然而，在茶产业链信息服务中，中心化会导致上下游协同能力弱，信息可追溯性差。当前，茶产业信息服务平台由于其中心化的特点导致系统信息采集不充分，系统数据库不兼容，种植、加工、运输等环节大多未实现电子档案化，大数据协同效率低，尤其是RFID、4G/5G、云计算和大数据等技术应用于食品质量追溯应用滞后。联合茶产业全供应链信息，追溯供应链各环节可能导致茶产品质量出现问题的环节，建立可信、高效、标准化、智能化的溯源系统亟待进一步研究与应用。

2 茶产业链大数据协同服务平台的关键技术

传统的存证平台操作过程复杂且第三方存证权限过于集中，存证的信息难以追踪到个人，数据具有一定不可靠性。对茶产业链来说，在去除第三方存证平台的情况下，如何保证供应链上的上下游企业及消费者之间形成信任关系，是当前需要解决的重要问题。该研究利用区块链智能合约及区块链存证技术构建了茶叶溯源存证平台，通过共识机制、时间戳等区块链关键技术，实现茶全产业链中从田间生产、加工存储、运输销售等主要环节数据上链，自底向上解决茶叶各环节之间的协同制造问题，确保供应链上的节点在有效时间内将操作信息上链及供应链节点链上数据的真实有效。

2.1 基于智能合约的茶产业大数据协同模型

在茶产业链大数据协同服务平台中，利用以太坊结合星际文件系统（InterPlanetary File System，IPFS）分布式网络设计了去中心化的茶叶存证模型，为茶产业链大数据协同服务平台提供有安全保障且可信的数据来源。为扩展区块链智能合约的性能，分别针对用户、事件以及管理员构建相应的智能合约模块，形成一个可交互的茶产业链大数据协同模型。系统中的一般用户利用该交互模型可设立个人的用户区块信息，能够将用户数据与其操作的事件相关数据实现一一对应，管理员则可利用该交互模块查看已发布的用户和事件数据。