基于區塊鏈技術的物流大數據可視化平臺構建

楊麗君，蔡亞永

(新疆工程學院 信息工程學院，烏魯木齊 830091)

0 引言

區塊鏈技術是新型經濟模式的核心技術之一，自物聯網、“互聯網+”、云計算等新興信息技術不斷發展以來，新型經濟模式也隨之崛起，區塊鏈技術的誕生給物流的發展帶來了新的機遇[1]。現代物流已經成為企業的一項優良的管理手段與組織方式，它能夠運用一連串優良的管理方法、高新的技術手段以及企業供應鏈統一化的運轉模式，來縮短貨物流通的時間、減少企業貨物流通的成本、優化企業的價值鏈條，加強企業對內部的掌控力，使物流服務客戶的滿意度大大提升，使現代企業的資金周轉更為靈活、迅速，發展的利潤更為多元化[2]。物流行業的作用越來越突出，原來的信息數據平臺不夠靈便，拓展難度也較大，而如今信息數據集成處理正以幾何級數的趨勢增長，已經很難應付，所以，在區塊鏈技術推動的潮流下，智能物流需求大,這就需要建造物流大數據信息平臺，它會使物流企業走入一片新天地，讓物流企業的信息管理邁向智能化。企業物流系統的運轉速度以及其產生的費用都是由大數據可視化物流的配送地址的好壞決定的[3]。

目前已有相關學者對物流大數據的可視化做出了研究，并取得了一定成果。文獻[4]提出基于Web的大數據可視化平臺。根據web構建大數據管理平臺，在該平臺中，通過簡單操作即可完成數據分析，能夠快速調用文件，便于對數據進行可視化。文獻[5]提出一種基于平行坐標系的流轉數據可視化方法，通過流轉數據集成數據可視化，引入Spark框架下的并行處理算法增強了平行坐標系的視覺效果，完成海量大數據的可視化。

目前的研究一般都是將物流的一個部分當做研究的主要對象，構建的大數據信息平臺，從表面上看達到了整合數據的目的，但其實各個部分所歸屬的部門仍然是分開的獨立個體，全程物流“信息孤島”的問題根本沒有解決。在大數據理論愈加完善的同時，區塊鏈技術越發得到人們的肯定，智能終端也得到了更廣泛的應用，這給物流行業帶來了不小的沖擊。面對出現的上述難題，所以引進了區塊鏈技術，構造了基于區塊鏈技術的物流大數據可視化平臺。

1 基于區塊鏈技術的物流大數據管理平臺總體結構

區塊鏈技術的核心是實現大數據的分布式存儲，該技術能夠實現點對點傳輸，大數據加密等數據應用模式。將區塊鏈技術應用到物流訂單流轉信息的存儲與傳輸上，能夠實現發貨地與收貨地之間的節點信息精準存儲，其技術特點是分層管理數據，根據數據的種類對其分層管理。以其功能分區特點將數據分為區塊模式，根據網絡訂單的數據塊信息，溯源訂單流轉節點，實現數據的中心化管理。

物流大數據管理平臺可以看做是基礎軟件與基礎硬件系統的結合，通過區塊鏈智能技術的助力，使訂單的流轉過程更為簡便快捷，再根據物聯網對貨物狀態進行隨時隨地的跟蹤，設定對權限的管制，確保信息的安全化，將集裝箱訂單的流轉過程整體、全面的體現出來[6-8]。

為了使物流大數據可視化平臺的軟件及硬件基礎設施得到發展，使物流行業向前高速邁進，在區塊鏈技術的基礎上構建了物流大數據管理平臺，詳見圖1。

圖1 區塊鏈技術基礎上的物流大數據管理平臺

區塊鏈具有不能輕易更改、自主可信的特征，能夠在很大程度上完善訂單的全部流轉過程[9]。因為區塊鏈有自主可信的特性，所以在以區塊鏈為基礎的平臺上，在鏈登記的信息都能夠看做是準確有效的，因此，貨主、貨運代理、船公司以及拖車公司之間便不再需要進行反復確認，上鏈之后，能夠減少很多環節，提高效率，詳見圖2。

圖2 區塊鏈技術基礎上的訂單流轉過程

物流大數據可視化管理對統一的運營數據報文以及數據格式進行了界定，這就讓各個實體間的數據交換不再混亂，信息定義與處理接口更加精準。在此統一的數據格式基礎上，在分布式賬本中把訂單、合同與票據等信息加密存儲；鏈上的智能合約能夠依據訂單當下的操作來改變訂單的狀態，使訂單狀態保持有效，同時訂單操作人能依據目前的訂單狀態在多個參與方中間來回切換，并且區塊鏈服務能夠確保全部訂單參與人就只能看到自己應該看到的內容；以上機制整合到一起使訂單等數據能夠在多個實體之間流轉的安全高效，以此使集裝箱海運流程得以簡單化，并且也讓系統安全與客戶隱私得到保證，從而使集裝箱與船舶的信息化管理水平得到提高，使智能物流有了一個堅實的起點[10-13]。

2 物流大數據可視化平臺技術層設計

物流大數據可視化平臺的構建，需要將大數據、云計算、移動互聯網等新信息技術融入到平臺構建中，使信息技術達到集成應用，以此來使各方需求得到最大滿足[14]。物流信息系統對物流管理有著至關重要的作用，它能對業務流程進行嚴格地控制。在分層式的體系結構設計的基礎上可以讓同步開發更好地完成，而且可以保證平臺各個分層擁有適度的可擴展性與適應性。平臺的結構框架見圖3。

圖3 區塊鏈技術基礎上的物流大數據可視化結構

可視化平臺體系劃分為四個層次，即基礎設施層、數據庫層、應用服務層和用戶展示層。四個層次各司其職，發揮各自的作用，為用戶提供所需的物流信息。

2.1 基礎設施層

基礎設施層包含感知設施與網絡設施，電子標簽識讀、條碼掃描器、圖像圖形識別、北斗/CPS定位等組成感知端，它負責物流信息的收集以及將收集來的信息傳送至終端[15]。

2.1.1 電子標簽

電子標簽與閱讀器間的射頻信號空間的耦合是運用耦合元件來達成的；在耦合過程中，依據時間的先后順序，能量不斷傳遞，同時數據也完成了互換。使用ML-T80型號電子標簽，通過特定的讀寫器，來完成對貨物所在位置的跟蹤。ML-T80貨物定位電子標簽能夠普遍運用在物流運輸領域，每一個物流大數據自帶具有固定編號的標簽，能夠主動發射出無線電信號(1秒鐘發送3次)，并傳送至特定的讀寫器，讀寫器便能夠核定出大數據所在的方位，以此達到對大數據進行可視化管理的目的。

2.1.2 條碼掃描器

條形碼是按照一定編碼規則排列，用以表達一組信息的圖形標識符，用來表達特定的數據信息。使用條碼掃描器來讀取條碼所涵蓋的數據內容，然后將信息解碼后經數據線或者無線的方式發送至電腦或其它終端。采用Symbol LS2208AP型號條碼掃描器，LS2208條碼掃描器能夠保證靈活地連接到所有類型的主機，是因為它有多個板載主機通訊接口。ls2208性能完善靈敏，1秒可以掃描100次，和其它的Symbol掃描器使用相同電纜，這樣替換或是升級十分迅速，能夠實現手持模式和免提模式輕松地切換。

掃描景深分為三種類型。長景深型：0～2 030 mm;標準型：0～1 245 mm;高精度型：0～147 mm；電池容量：600 mAh,NiCad,1 200 mAh NiMH(一次充電可供7 000次掃描)；它的抗震性能達到SAE Class3，能夠抵抗沖擊；沖擊性能：1.8米高處26次落到水泥地面水泥地面沒有損壞；通訊頻率：2.4 GHz；通訊距離：15米；工作溫度：-30～50℃；防塵防潮：符合IEC 529/IP54。

2.2 數據庫層

收集來的大量物流數據需要合理的分類，數據庫層會根據規定的數據格式及技術規范，讓數據信息能夠傳輸、存儲、處理與共享。

2.3 應用服務層

應用服務層指物流信息管理和物流信息功能2個模塊。物流信息管理模塊一般涵蓋倉儲管理、配送管理等幾個系統;物流信息功能模塊一般涵蓋訂單管理、信息查詢、運輸跟蹤等幾部分。

2.4 用戶展示層

平臺用戶包含物流企業、貨主企業、政府相關部門等幾部分；平臺渠道包含門戶網站、短信服務平臺、移動APP幾部分，用戶需要服務入口，因此構建了用戶展示層以便于用戶使用，電路連接圖見圖4。

圖4 用戶展示端電路連接圖

開啟移動端調整速度的設備時，平臺的總開關是關閉的，按下K2按鈕，和客戶端相連的接觸器就可以立刻鎖住，使整個平臺保持在待機狀態下；當系統向該平臺發出指令，此時電源輸出端的電流輸出頻率會從0跳到上限值；如果移動端調整速度的設備停止工作，就需要按下K1按鈕，和客戶端相連的接觸器保持停電模式，整個平臺停止通電，使用戶在外界受到電磁干擾的情況下依舊能夠直接查閱到想要的信息。

3 物流大數據可視化平臺功能模塊設計

原始的數據庫無法與由區塊鏈技術構成的數據鏈相比，原始的應用系統也無法與使用區塊鏈技術構建的應用系統相比。規劃服務范疇，能夠使流程簡單化，軟件架構也能得到相應完善。

3.1 數據管理

數據管理模塊用于對分布式文件系統、分布式數據庫、分布式關系型數據庫等數據的存儲目標和存儲數據的可視化管理，大體涵蓋數據服務接口管理、元數據管理與數據管理，詳細功能結構見圖5。

圖5 數據管理模塊功能

服務接口的注冊與管理功能靠數據服務接口來完成，平臺支撐規范的輸入接口與輸出接口，對數據輸入、輸出接口和接口技術標準做出規定，同時實現隨時監控接口運行狀態及錯誤信息等功能。數據管理使存儲數據能夠可視化查詢與維護，使Hadoop原來需要敲命令查詢與維護表中存儲數據的方法發生變更。

3.2 物流信息服務功能模塊

物流信息服務有物流信息的收集、傳送、發布及供需匹配的功能，是物流信息平臺的基本功能。物流信息服務功能模塊詳細分解為物流信息采集、信息發布、物流信息的接入與傳輸等多個子模塊。用戶可以通過多種渠道發布供需信息，平臺將信息進行整合，給用戶帶來個性化、差異化的物流信息服務體驗。

3.3 物流資源交易功能模塊

物流資源交易模塊是車船運力、存儲資源與物流工具等資源商議與貿易的橋梁。業務交易功能讓物流企業、供應商及客戶實現在線貿易，各相關主體與政府有關部門通過系統接口來互換數據、信息傳遞及處理等。這個模塊同時還提供對應物流服務，如跟蹤運輸車輛行駛的路徑，確認在途貨物的狀態，監控倉庫生產過程是否安全等，并且對完成訂單做后續跟蹤與合同管理。

3.4 智能輔助決策功能模塊

信息平臺會通過多種手段，深層次分析收集來的物流數據，將掩蓋在龐大數據里有用的信息挖掘出來，并經過精確計算，做出完善的智能決策；處理后的數據會給物流企業進行物流管理、業務設計等帶來有力支撐;政府有關部門在制定戰略計劃與政策等方面需要決策依據，大數據預測技術能對以后的經濟發展趨勢作出預測，剛好滿足了這一需求。

區塊鏈基礎上的應用系統，能夠輕易地把具體的功能交給其來完成，亦能夠由區塊鏈中的鏈上代碼來實現。政務數據具有信息量大，損耗計算資源、儲存數據眾多的特征，政務大數據的運用絕大部分功能應在應用系統中設置，對于重復率、效率有嚴格要求的操作應由區塊鏈中的代碼來完成。

4 實驗結果與分析

從處理平臺大數據共享效果角度測試基于區塊鏈技術的物流大數據可視化平臺構建合理性。

4.1 腳本處理

充分考慮到不同業務腳本處理能力，對各個腳本名稱進行說明，如表1所示。

表1 腳本說明

4.2 物流投放中心設置

物流投放中心設置如圖6所示。

圖6 物流投放中心設置

設置物流投放中心，為實驗提供部分數據，很好支持了物流中心的信息化管理。

4.3 物流中心被攻擊

海量大數據的出現可能會造成圖書館運行過程中出現錯亂，資源存儲區出現錯誤數據，使運行程序混亂，甚至造成圖書館服務器崩潰。

在海量大數據下，物流中心被攻擊形式如圖7所示。

圖7 物流中心被攻擊形式

依據圖7所示被攻擊形式可知，原始物流中心數據被攻擊后改變了序列狀態，后續數據也受到影響，導致數據發生較大變化。

物流中心被攻擊形式如表2所示。

表2 物流中心被攻擊形式

4.4 實驗結果與分析

傳統平臺受到外界環境攻擊后，大數據缺少共享機制，導致可視化結果并不理想，而采用基于區塊鏈技術的物流大數據可視化平臺受到外界環境攻擊后，大數據可實時共享，可視化結果較為理想。為了證實該點的合理性，采用文獻[4]方法設計的平臺與基于區塊鏈技術可視化平臺在外界環境干擾下，對處理平臺大數據共享效果進行對比分析。

將共享周期設置為15 s，選擇上述7個數據作為研究對象，將兩種平臺數據共享周期進行對比分析，結果如圖8所示。

圖8 兩種平臺數據共享周期對比分析

由圖8可知：在共享信息下，文獻[4]平臺與基于區塊鏈技術可視化平臺的共享周期依次為13 s和5 s，以此為周期進行信息共享。在3共享信息下，文獻[4]平臺與基于區塊鏈技術可視化平臺的共享周期依次為12 s和3.4 s。在共享信息下，文獻[4]平臺與基于區塊鏈技術可視化平臺的共享周期依次為13 s和2.8 s。由此可知，基于區塊鏈技術可視化平臺數據共享周期較短，可以達到快速共享的目的。

根據上述內容，將兩種平臺數據共享效果進行對比分析，結果如圖9所示。

圖9 兩種平臺數據共享效果對比分析

由圖9可知：基于區塊鏈技術可視化平臺對總部財務中心和沈陽信息的共享效果都保持在80%以上；而文獻[4]平臺共享效率始終低于80%，由此可知，基于區塊鏈技術可視化平臺數據共享效果較高。

5 結束語

大數據沖擊下的物流與傳統物流相比較，它的運作過程是更動態的，既要凸顯新興信息技術的優勢，又要抓住物流業結構及業務調整帶來的契機，使數據實現多源異構型、交互性與實時性。基于多維數據聯合分析，物流信息平臺的重心就是讓各個獨立的物流信息數據系統之間沒有間隔，互相隨時調用。基于區塊鏈技術構建的物流信息平臺，優化和拓寬了大數據應用規模，為物流模式的企業共贏開辟了新的途徑。

大數據技術的應用使物流行業迎來了新的契機，物流行業的管理者要將平臺與新興信息技術的有效整合作為重中之重，提升層次，以此使客戶個性化、多元化的需求都能得到滿足，創立大數據信息平臺的新形式，加快物流企業數據思維的更迭。大數據及物聯網技術是物流信息平臺的首要支撐，該平臺將移動互聯、應用云計算、人工智能等技術整合，給應用主體帶來了嶄新的智能物流服務體驗。在物流信息平臺上，多方主體可以實現數據及信息的及時交換，如此供應鏈上的企業能夠實現高效率的物流一體化運作，推動地方經濟的發展。