基于區塊鏈的生鮮農產品冷鏈物流集成化服務平臺研究

倪衛紅 陳太

摘要：隨著電子商務的快速發展，人們對高質量生鮮農產品的需求不斷增大，我國生鮮農產品冷鏈物流產業雖發展迅速，但仍存在交互環節冗余、信息不對稱、缺乏信任、服務質量差等問題，導致其運行的高成本和低效率。將區塊鏈技術融入到生鮮農產品冷鏈物流中，對其集成化服務平臺進行研究，分析此平臺構建的合理性和必要性，以實現生鮮農產品冷鏈物流的智能信息化和經營主體之間的精準對接，達到簡化交易流程、提升信息時效性和準確性、保證交易安全、提升物流效率、降低物流成本的目標;同時，非對稱加密的交易方式，緩解了信任機制缺乏的問題。通過區塊鏈實現對供應鏈的整合優化，推動生鮮農產品冷鏈物流往智能化高質量的方向發展，以順應數字經濟時代的發展要求。

關鍵詞：區塊鏈;生鮮農產品;冷鏈物流;集成化服務平臺;電子商務

中圖分類號： S126;F252;F259.23? 文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2021）23-0207-06

收稿日期：2021-04-19

基金項目：江蘇省研究生實踐創新計劃 （編號：SJCX20_0341）;南京市六合區鄉村振興大學生農業創業中心布展升級項目（編號：2019-320116-50-01-541664）。

作者簡介：倪衛紅（1968—），女，江蘇南京人，碩士，教授，主要從事物流工程、企業管理研究。E-mail：niwh731@126.com。

通信作者：陳 太，碩士研究生，主要從事物流工程及區塊鏈研究。E-mail：a784514401@sina.com。

近年來，隨著國民生活水平的提高，人們對生鮮農產品的新鮮度要求越來越高，其日常消費量也與日俱增，但其極易腐敗、變質的特性，需要在流通加工、倉儲、運輸等過程中嚴格控制溫度變化。冷鏈物流作為保證生鮮農產品品質的一種基礎手段，在快速增長的消費需求的拉動下，應運而生并蓬勃發展。區塊鏈作為數字經濟時代的基礎，將其去中心化、共享機制、智能合約、非對稱加密等特性合理地應用于生鮮農產品冷鏈物流中，研究構建智能集成化信息服務平臺，有利于解決現階段生鮮農產品冷鏈物流運作中存在的交互環節冗余、信息不對稱、缺乏信任、服務質量差等諸多問題[1]，進而為我國建設全程溫度可控、各個環節無縫銜接、產品信息可追溯的現代化生鮮農產品冷鏈物流服務平臺提供幫助。

1 相關概念

1.1 區塊鏈

區塊鏈（block chain）最早由日本物理學家中本聰在2008年提出，實質上是一種運用特定加密算法、在遵循一定共識機制下，使用點到點傳輸方式和分布式數據存儲的高度容錯式數據庫，具有信息公開透明、不可篡改、全球聯通和交易成本低的特點[2]。其去中心化的數據結構簡化了系統的運作程序，因而較比傳統處理方式更具集約化，同時系統中約定俗成的操作流程可在其智能合約的機制下自動執行，產生的交易信息向系統內所有節點全部公開且不可篡改，保障交易的安全性和提升綜合運行效率，有利于獲取更高的規模效益。分布式的結構保障了所有節點可以享受到均等的權利和義務[3]。當前的數字經濟時代，諸如京東科技研發的基于人工智能（AI）的“區塊鏈+loT雙重”等技術成功應用于物流領域，使得“區塊鏈+物流”的新型智能化模式通過利用大數據的整合能力，較好地實現了對生鮮農產品冷鏈物流供應鏈資源的整合優化。

1.2 冷鏈物流

冷鏈物流（cold chain logistics）又被稱為低溫物流，指產品在生產、運輸、倉儲、加工、消費等環節中，始終維持低溫狀態以保證質量、降低損耗的一個系統化物流運作過程[4]。根據流體的類別，冷鏈物流主要分為肉制品冷鏈、乳制品冷鏈、蔬果冷鏈、水產品冷鏈、醫藥冷鏈等。在冷鏈物流運作過程中，最為重要的環節就是冷鏈倉儲和冷鏈運輸，對應的核心設備分別是冷庫和冷藏車輛。冷鏈倉儲根據庫溫的不同，主要分為冷卻倉儲、冷藏倉儲和冷凍倉儲。一般而言，冷卻倉儲的溫度在-5～5 ℃，冷藏倉儲的溫度在-25～-10 ℃，冷凍倉儲的溫度在-25 ℃以下，最低可達到-50 ℃。通常，如蔬果等產品在入庫前需要預冷，不僅可以降低能耗，還可以避免驟冷帶來的損害;還有些水產品在入庫前需要急速凍結，抑制細菌繁殖，防止產品腐敗。作為一種特殊的物流類別，冷鏈物流伴隨現代制冷技術的進步不斷發展。由于冷鏈物流與人們飲食健康安全密切相關，所以品質保證是冷鏈物流的首要前提。然而受制于建設投資和運營成本高昂、產品溫度監控困難的特性，冷鏈物流在我國的發展可謂舉步維艱。

2 構建生鮮農產品冷鏈物流集成化服務平臺的必要性

2.1 冷鏈物流總體質量不高

20世紀80年代，冷鏈物流在我國興起，經過了近40年的發展，雖已形成基本的冷鏈產業體系，但相比較于歐美、日本等冷鏈物流發達國家仍有較大差距。根據中國物流與采購聯合會發布的《中國冷鏈物流發展報告（2019）》中的相關數據，2018年我國冷鏈流通率僅為32.3%，僅僅是冷鏈物流發達國家30%的水平，其中農產品冷鏈流通率為41%，冷藏運輸率為69%。單就生鮮農產品而言，其全國冷鏈流通率僅為36%，而流通腐損率則高達15%，遠高于冷鏈發達國家的水平，因未找到發達國家在不同種類生鮮農產品方面的腐損率情況，故用其整體平均水平5%作為替代，具體如圖1所示。

同時，在進行生鮮農產品運輸時，為保證其新鮮度，故要使用高質量的冷鏈物流模式，而冷鏈物流因要求產品在進行加工、倉儲、運輸到銷售的整個過程中都要保證處于規定的低溫狀態下，所以相對于普通物流，其成本要高出40%～60%。我國總體農產品冷鏈物流成本偏高，生鮮農產品冷鏈物流成本高達25%～40%，且2018年冷鏈物流利潤率僅為8%，遠低于冷鏈發達國家的20%～30%。由此看出，高成本已成為制約生鮮農產品冷鏈物流發展的瓶頸因素。

2.2 “信息孤島”引發的“牛鞭現象”凸顯

生鮮農產品在市場流通的過程中會經歷多次經營和倉儲環節，所涉及到的流通主體往往是復雜的，這種頻繁的價值轉移和商品運動必然會產生大量且動態的交易信息，這就要求這種多層級、跨領域的流通模式中的經營主體在獲取信息時應具備較高的時效性，但經調查研究發現，當前傳統的生鮮農產品冷鏈物流服務平臺的行業集中度較低，冷庫企業、運輸企業、經銷商雖都擁有各自的信息服務平臺，但都是彼此相互獨立，這種“信息孤島”現象往往會在日常的交易過程中存在因有效數據信息傳遞的中間環節較多，造成三者之間信息傳輸的時效性低下，信息處理滯后，供需雙方信息位勢不平衡[5]，加上因為物流信息化水平以及基礎設施的落后，所以容易出現在運輸、配送過程中溫控手段粗放，斷鏈現象嚴重，進而影響整體物流效率的“牛鞭現象”，這對于時效性要求極高的生鮮農產品而言，會造成流通腐損率居高不下，且損失不可逆轉，導致企業交互成本過高，農產品的品質和真實性無法完全得到保障[6]。

2.3 不能滿足未來冷鏈物流的發展需求

我國物流基數龐大，根據《2020年中國生鮮電商行業研究報告》中的相關數據，如圖2、圖3所示，生鮮電商2019年整體市場規模超1 600億元并穩步增長，受疫情對線上生鮮采購需求的正向刺激，預計2020年將超2 600億元，加之2019年我國農產品冷鏈物流需求總量達到2.352億t，同比增長24.65%，農產品冷鏈物流總額達到5.77萬億，同比增長19.96%，生鮮農產品市場規模的擴大必然會使流通環節增加和流通渠道延長，就生鮮農產品的社會屬性而言，作為生活必需品，其行銷范圍和網絡密度也會越大，未來農產品的冷鏈物流量以及涉及的信息量對于當前傳統型的冷鏈物流模式來說無疑是一個巨大的挑戰。單純依靠基礎設施的擴建、設備的增添和相關企業的進駐，不能有效地提升冷鏈物流需求應對能力。

同時，因為政府統計與監管部門尚未有針對生鮮農產品冷鏈物流的系統化管控，所以傳統的生鮮農產品冷鏈物流服務平臺存在著人員服務水平差、運作流程缺乏統一標準和監督的問題，這都制約著未來生鮮農產品冷鏈物流的發展。

3 生鮮農產品冷鏈物流集成化服務平臺的優勢

3.1 提升冷鏈物流的運行質量

通過構建此智能集成化服務平臺，利用區塊鏈技術實現信息傳遞流程的自動化，優化物流資源利用效率，經營主體之間通過區塊鏈直接相連，壓縮中間環節，有利于節省人工，降低各經營主體之間的交互成本，解決物流行業紙質運單流轉低效、端與端的狀態跟蹤、發票和支付管理等諸多問題，從而達到提升物流效率，降低成本的目的[7]。這對于生鮮農產品而言，可以有效降低運輸過程中的腐損率，減少資源的浪費，踐行可持續的發展要求。

3.2 冷鏈物流的運行系統得以優化

冷鏈物流相比較于普通物流，要求更高的時效性，這就要求要壓縮物流的中間環節，而在區塊鏈技術構建的共識網絡中，在共享機制作用下，節點與節點之間可以做到直接的互聯互通，提升了信息交互的效率，解決了信息不對稱問題[8-9]。同時，區塊鏈的去中心化系統具備的信息更加透明、易于重新架構、工作效率高、靈活性和創新性強的優勢，相比較于傳統中心化的系統更加適應大數據時代的發展趨勢。通過區塊鏈可實現冷鏈物流運行系統的優化，不僅可將生鮮農產品最快速地送至目標客戶，還增強了供應鏈的柔性，系統的應急機制得到提升[10]。

3.3 增強冷鏈物流交易的安全性

區塊鏈在智能合約下自動執行的特性，保證了交易信息的公開透明和不可篡改，使得數字經濟時代網絡安全信任機制不斷建立起來[11]。在服務平臺通過區塊鏈創建的共識網絡中，所有的資金交易采用非對稱加密方式，且交易的全部信息都要向區塊鏈中的所有節點公開，并記錄在每個節點的賬本中。通過查詢區塊鏈在物流、信息流層面建立的不可篡改的賬本信息，可以直接找到生鮮農產品冷鏈物流中間環節的問題所在，確保物流信息的可追蹤溯源。同時，資金流的數據通過隨機生成的私鑰讓數據信息權益化，將原來的貨幣數字化轉變成共識機制下的數字貨幣，從而形成信息流到資金流之間的打通，進而形成一個基于智能合約之下的價值傳遞網絡，保障了各主體的基本權利，確保生鮮農產品交易的安全性和可靠性。

4 生鮮農產品冷鏈物流集成化服務平臺的設計與構建方案

4.1 平臺構建原則

建設基于區塊鏈的生鮮農產品冷鏈物流集成化服務平臺，實現各經營主體之間的信息系統的分布式串聯，其構建原則如下：一是平臺必須采取完備的數據加密、防火墻技術來保證系統的安全性;二是平臺必須24 h實時提供最新可靠的數據信息;三是平臺要在有限的投入條件下獲得最佳效益;四是平臺必須是易于操作的;五是平臺架構必須是可擴展的，以適應未來區塊鏈技術快速發展的需要;六是平臺必須符合法律和道德的要求，對社會的發展具有促進意義[12]。

4.2 平臺構建模式

以企業為主導的建設模式會因經濟利益分配問題導致平臺建設不合理[13]，甚至有些中型企業為獲取更大利益盲目地增大加盟規模來擴大經銷渠道，使得銷售層級不斷增多，流通渠道混亂，這與以中間環節最簡化為目標的去中心化的區塊鏈系統構建模式背道而馳，以政府建設為主導的建設模式存在缺乏行業經驗而使得平臺建設不完善，脫離實際，同時針對區塊鏈的去中心化特性存在難以管控的問題，政府可以采用行政干預手段進行宏觀調控，通過建立統一法律法規體系來實施橫向管理和控制，保障生鮮農產品的正常流通和服務平臺的正常運行。所以，平臺采用“市場主導，政府為輔”的構建模式，由行業協會牽頭，匯集來自冷庫、加工、冷鏈貨運等企業和經銷商的技術和資金，完成平臺運作主體的規劃與建設，風投公司通過對平臺風險以及企業運作情況評估給予相應的投資支持，以高校、科研院所、科技公司組成的區塊鏈技術研發中心為平臺的構建、運行、維護和升級給予技術上的支持，工商行政、交通運輸等政府部門根據自身的監管范圍對平臺內的經濟活動進行有效監督和管理，并在政策上給予規范、支持和引導。通過搭建基于云計算的物流信息交換與共享平臺，實現貨物流、資金流、商務流、政務流的“四流合一”，加快物流運作的整體效率[14]，提升生鮮農產品冷鏈物流服務質量。

4.3 平臺體系結構

如圖4所示，平臺采用分層式架構體系，共分為4個層級，由下而上依次為物理層、區塊鏈網絡層、應用層和門戶展現層，具有良好的穩定性和協調性。信息流通過區塊鏈直接貫穿于各層次之間，形成智能信息管理、標準規范智能保障、基于區塊鏈的電子商務智能安全三大機制，由底向上，數據的價值最終得到最大化發揮和利用，具體如圖4所示。

4.4 平臺總體結構

此生鮮農產品冷鏈物流服務平臺是一個跨行業多元主體共同參與的社會多智能體大系統，以ChainSQL數據庫應用平臺為基礎進行架構，目的是與全球的區塊鏈系統進行連接，承擔著“信息橋梁、數據倉庫”的作用。平臺對所有交易事項進行閉環式運作管理機制，系統中的每一個環節都能夠做到有效銜接，構成連續封閉的回路并形成一個環環相扣的完整鏈條，所有閉環數據信息必須向全平臺共享，即通過閉環數據共享模式打破不同層級、領域、區域主體之間的溝通障礙，實現實時的數據共享機制。區塊鏈作為智能化時代新型的信息技術，是物流平臺戰略規劃設計的主要競爭力，其與穩固的信息管理的有效融合，是物流平臺運營的核心能力和基本技能。

運營管理系統為平臺提供各類服務的主要技術依據，監督平臺內的經營服務活動。實時監控系統對平臺交易信息進行監控，將異常交易信息反饋給智能安全系統，信用評級系統通過監控系統反饋的監控信息對經營主體進行信用評級，并將評級信息編碼后存入動態數據庫，數據庫中的評級信息隨著交易情況動態更新。同時，運營管理系統將平臺內全部經營信息進行采集編碼后存入動態數據庫，在共享機制作用下，數據庫的區塊信息向全平臺公開，平臺內的經營主體之間可隨時查詢雙方的實時經營和信用信息，從而起到相互制約監督的作用。

智能安全系統為平臺的經營環境和用戶隱私信息提供安全保障。CA安全認證系統對實時監控系統反饋的異常交易信息進行真實性驗證，并將驗證結果反饋給實時監控系統，同時在用戶管理方面，與資格認證系統組成雙重認證機制，對于嘗試進入平臺的所有用戶進行身份信息的核驗，從而確保平臺的安全性。用戶通過設置私鑰權限防止隱私信息泄露，其他身份認證信息通過公鑰權限向與自己進行交易的節點公開。

交易管理系統為平臺提供賬本管理以及對節點的記賬效率進行評估，并給予相對應的獎勵機制。平臺內的交易信息向全平臺廣播，所有交易都需在所有節點審核通過后，才算最終完成并生成合法記錄，所有節點都擁有一個賬本，都記錄平臺內發生的全部合法交易信息，在智能合約的機制下，所有賬本的交易信息保持一致且不可篡改，如要修改，則須征得平臺內至少51%節點的同意，其帶來的成本是巨大的[15]。對比傳統中心化的交易模式中存在的因第三方的介入而出現的交易信息不夠透明、轉賬效率低、手續費較高、流程繁瑣、糾紛不斷、信任缺乏等問題，具備現實性的優勢。同時，區塊鏈的獎勵激勵機制要求根據各節點的記賬效率進行獎勵，提升了節點賬本管理方面的積極性和平臺的活力。

智能商務系統將不同經營主體的信息系統連接在一起，共同組成服務平臺的核心部分。風投公司、銀行的金融機構信息系統根據各節點在獎勵機制中的表現情況和歷史交易信息進行科研分析，為各節點生成財務風險分析報告，通過區塊鏈向全平臺公開的同時稅務法律部門參照規章制度進行分析，并將結論錄入誠信檔案，即利用區塊鏈進行信任再造的過程，生鮮農產品流通市場的信任機制將逐步得到建立。生鮮農產品加工企業信息系統記錄所有產品的來源和加工信息，做到貨物信息的追根溯源，并將不同農產品的儲存建議信息發送給倉儲企業。倉儲企業信息系統記錄產品的出入庫、存儲數量、保鮮程度等倉儲信息，借助先進的溫控手段確保農產品的高品質。運輸企業信息系統實時記錄農產品的物流信息，包括車輛位置、溫控及損耗信息等，力爭做到快速且保質保量送達，并兼顧物流廢棄物的回收。將各經營主體的售后服務系統整合生成的綜合服務信息系統，負責集中處理全平臺的售后服務訴求，提升服務效率和顧客滿意度。五大信息系統通過區塊鏈的連接形成的智能供應鏈，較比傳統的供應鏈系統在工作效率方面得到較大提升。

電子政務系統為平臺提供必要的政務信息咨詢服務，并通過政府的行政力量對平臺進行監管。因區塊鏈網絡會存在因分配不均而造成數字貨幣暴漲暴跌的問題，鑒于此，將稅務法律部門通過電子政務系統接入區塊鏈網絡，對金融機構信息系統提交的節點財務風險分析報告和自身的監管情況進行綜合分析處理，依照生成的誠信檔案對平臺內的節點進行有效管理，從而使問題得到有效緩解。交通運輸和衛生檢疫部門生成物流檔案和健康檔案，不僅全方位地對平臺進行有效管理，還為平臺提供執法監管活動宣傳、日常政務事項辦理、行業主體意見反饋、相關法律規章制度咨詢等政務信息的咨詢服務。

技術維護系統為平臺提供實時的軟硬件的問題處理、維護更新服務。其運營主體為高校、科研院所、科技公司所組成的區塊鏈技術研發中心，其強大的科研能力不僅幫助平臺解決當前區塊鏈技術上的困難，結合區塊鏈技術本身的可拓展性，也能夠在未來的區塊鏈領域中使平臺具備可持續發展的能力。

4.5 平臺運作流程

運用數據流程圖（DFD）能夠抽象性地描繪平臺中各實體間數據的產生、傳遞、存儲，從而對平臺的運作邏輯有一個更加清晰的了解，具體如圖5所示。平臺內全部節點通過區塊鏈形成一個利益和信息共享的命運共同體，任意一個節點出現問題，都會導致交易的失敗。基于大數據的智能匹配技術使物流運作中的節點之間實現精準對接，優化信息不對稱問題。

首先，所有節點須在身份驗證通過后方能進入平臺進行交易活動，交易過程中，農戶們將達到食用標準的生鮮農產品進行分類匯總后將數據導入貨源信息庫，并生成待加工訂單發送給經平臺大數據分析后最匹配的加工企業，加工企業確認訂單，生成加工信息導入加工企業信息系統后借助看板管理進行加工，并將成品移交給平臺中自動生成的最匹配的冷庫企業;其次，冷庫企業進行入庫操作，通過冷庫企業信息系統生成入庫單進行倉儲管理，并將實時的倉儲數據導入貨源信息庫;然后，運輸企業將產品信息導入運輸企業信息系統，信息系統根據產品的運輸信息進行路徑優化分析，且在運輸途中與車輛保持實時信息的雙向流通、更新，在配送的過程中要做好對可回收快遞材料的回收的逆向物流工作，并向顧客宣傳對常見物流廢料的正確處理方式;最后，在產品送達后， 售后服務部門通過綜合服務信息系統實時履行全平臺的售后服務職能。

5 結語及展望

基于區塊鏈的生鮮農產品冷鏈物流集成化服務平臺，能夠有效滿足當前生鮮農產品日益增長的冷鏈物流量的信息服務需求，對解決現階段生鮮農產品冷鏈物流存在的諸多問題具有積極意義，適應了大數據時代智慧物流的發展要求，并將逐步實現對傳統型服務平臺的彎道超車而成為主流。伴隨著5G技術的不斷成熟，平臺將會在信息存儲量和傳輸效率方面得到巨大提升，廣泛性和時效性得到優化，這不僅有利于我國農業資源的節約與保護，踐行綠色物聯網智能農業的發展要求，還順應了未來生鮮農產品冷鏈物流行業智能化的發展潮流和緩解區塊鏈需長期擴容的問題。希望通過平臺的應用，能夠實現生鮮農產品冷鏈物流的去中心化，為未來建設全程無縫、高度信任、絕對安全、超高效率的冷鏈物流和全面進入數字經濟時代打好基礎。

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