基于區塊鏈的貝類設施養殖產業資源共享平臺

李明智, 張光發, 劉 鷹, 陳海泉, 張瑞瑾, 孫玉清

基于區塊鏈的貝類設施養殖產業資源共享平臺

李明智1, 2, 張光發3, 劉 鷹4, 陳海泉1, 張瑞瑾4, 孫玉清1

(1. 大連海事大學 輪機工程學院, 遼寧 大連 116026；2. 大連海洋大學 航海與船舶工程學院, 遼寧 大連 116023；3. 上海電機學院 機械學院, 上海 201306；4. 大連海洋大學 遼寧省水產設施養殖與裝備技術工程研究中心, 遼寧 大連 116023)

針對我國貝類設施養殖產業發展中的資源共享問題, 基于農業農村部關于開展貝類設施養殖產業基礎數據庫建設的相關任務, 開發了貝類設施養殖產業資源共享平臺。從軟件工程的角度, 詳細論述了貝類設施養殖產業資源共享平臺的設計與實現, 包括平臺的需求分析、業務功能策劃、系統設計、基于區塊鏈的平臺架構及其實現方法等內容, 以期構建穩定可靠、高效實用的貝類設施養殖領域的專業技術服務與資源共享網絡平臺。

貝類設施養殖；資源共享平臺；區塊鏈；系統開發

近年來, 全球貝類養殖產量穩定增長, 且在水產養殖中的產值逐年增加, 從2010年的1 272.83萬噸增長到2018年的1 751.09萬噸。貝類養殖已成為海水養殖業中的第二大養殖種類[1]。傳統養殖方式已不適應可持續發展的需求, 設施養殖的產業優勢逐漸凸顯, 設施養殖已得到大力發展[2-4]。

在養殖設施方面, 我國研制出一系列新型的養殖配套設施, 如精準投餌的自動投餌系統[5]、海水工廠化養殖系統[6-7]、貝類的分級與計數統計系列裝備[8]、多元生態新型筏式養殖系統與筏式采收作業裝備[9-11]、灘涂貝藻采收裝備[12-14]等, 這些設施為我國向遠岸深水水域進一步拓展, 開辟新的“戰場”提供了工程設施保障[15]。但是, 我國貝類設施養殖整體科技水平與發達國家差距較大, 其主要問題體現在[2-4]: 各家產品單一, 可復用性差。大多以項目為依托定制化開發, 沒有形成規?；a業效應；標準化程度低, 成套的標準化設施設備研發較少, 市場上尚未有成熟的產品；產業化水平低, 產業鏈尚未形成。

隨著國家對貝類設施養殖產業投入的不斷增加, 各企業、高校以及科研院所研發了大量的規格和種類繁多的養殖設施與設備, 如何充分發揮這些設施設備的資源效能, 讓其更好地為產業服務, 并形成健康的可持續發展的產業鏈, 已經成了貝類設施養殖產業面臨的重要問題。魏立斐等[16]采用區塊鏈技術和HACCP 管理相結合的方法, 設計并分析全新的智能化水產品質量安全溯源系統；李妃養等[17]開展了區塊鏈技術在技術成果交易領域應用研究, 提出了建立技術成果交易聯盟鏈的設想、思路與重點；農業農村部漁業漁政局、全國水產技術推廣總站、中國水產學會聯合開展了水產養殖業信息資源共享交換體系建設研究[18]。針對我國貝類設施養殖產業發展思路與方向, 有關專家指出, 要以促進我國貝類產業可持續發展為目標, 借鑒國外貝類設施養殖的先進經驗, 依靠科技進步, 提高貝類設施養殖工程的開發水平, 建立高效、穩產、安全的養殖設施, 增強科研實力, 促進成果的研發和轉移轉化[2]。

為促進貝類設施養殖產業的可持續地健康發展, 農業農村部從2017年開始, 開展了貝類設施養殖產業基礎數據庫建設。本文依托國家貝類產業技術體系崗位科學家任務, 通過調研全國貝類設施設備加工、生產企業分布、加工產品等情況, 構建貝類設施設備加工生產企業數據庫, 并基于區塊鏈技術, 構建了貝類設施養殖產業資源共享服務體系, 設計了去中心化共享平臺的系統架構, 開發了基于區塊鏈技術的產業資源共享平臺系統, 實現了貝類設施養殖產業資源共享。

1 貝類設施養殖產業資源共享平臺需求分析

1.1 平臺建設目標

貝類設施養殖產業資源共享服務平臺通過合理整合和利用貝類設施養殖領域的設備資源、企業及研究機構的數據資源、專家資源、學術和創新成果資源以及政策信息等軟硬件資源, 為貝類設施養殖領域的產業研究提供資源支撐、理論資料索引和決策支持；并實時跟進貝類設施養殖領域的學術研究、設備研發及其應用的實際動態, 實現資源共享, 提高產業服務水平和能力, 全面提升自主創新能力, 助力設施漁業產業上下游企業的發展, 促進以生產為重點的貝類設施養殖行業的技術進步與健康快速發展。

貝類設施養殖產業資源共享服務平臺將打造貝類設施養殖行業的綜合性門戶網站, 覆蓋行業相關企事業單位以及科研院所, 建設專業化、集約化的公共服務平臺, 利用互聯網整合關聯的各類優勢資源與信息, 通過技術手段實現平臺內外部信息互動與資源共享, 為貝類設施養殖相關機構提供全面優質的服務。

1.2 系統用戶與業務結構

平臺的用戶包括貝類設施養殖產業相關的貝類養殖企業(U1)、加工企業(U2)、餌料飼料供應商(U3)、設施設備供應商(U4)、儀器設備租賃商(U5)、專業技術培訓機構(U6)、專業技術服務公司(U7)、行業專家(U8)、科研院所(U9)政府機構(U10)以及行業協會(U11)等, 平臺用戶及其業務結構模型如圖1所示。

圖1 平臺用戶與業務結構

1.3 平臺服務與功能分析

根據系統業務結構, 分析了平臺的服務及其主要功能如表1所示。

1.4 系統用例分析

基于區塊鏈去中心化的思想構建共享平臺, 連接需求方與服務方。將用戶按照需求方與服務方, 對系統進行用例分析如表2所示。實現平臺用戶的知識產權保護以及交易過程的可追溯和不可篡改[16, 19]。

2 貝類設施養殖產業資源共享平臺架構

根據系統平臺的業務邏輯、平臺的總體性能以及區塊鏈的技術實現, 將系統平臺分為4層: 數據層、服務層、應用層以及表現層, 其結構如圖2所示。

(1) 數據層

即基礎數據庫, 為系統平臺提供數據支撐, 包括業務數據和區塊鏈數據。業務數據庫用于存儲平臺業務數據, 主要包括: 各種資源庫、會員庫、訂單庫等。區塊鏈數據保存以太坊區塊鏈平臺所需數據, 主要包括: 智能合約、數字簽名、數據區塊、公鑰加密數據等[20-22]。

表1 平臺服務與功能

表2 系統用戶及其用例

注: 表中編號參考1.2節及表1

(2) 服務層

服務層即平臺服務端, 主要包括數據訪問服務、搜索引擎、移動支付服務、外部接口以及區塊鏈相關的服務。

(3) 應用層

應用層即平臺客戶端, 實現了平臺各項服務功能與數據維護管理；包括前端應用和后臺管理。前端應用主要包括需求方和供應方用戶前端的產業資源注冊與共享、需求發布以及行業資訊發布與瀏覽等功能子系統, 后臺管理主要用于平臺的管理者進行會員管理以及數據維護。

圖2 系統平臺架構圖

3 基于區塊鏈的資源共享服務實現

3.1 基于區塊鏈的平臺業務邏輯設計

貝類設施養殖資源共享平臺是一個基于區塊鏈技術的去中心化服務平臺。本文基于共享經濟的理念, 采用區塊鏈和信息技術構建資源共享平臺[20-21]。平臺一方面為參與方提供需求發現、資源整合、交易撮合、支付結算等功能, 另一方面連接政府、科研院所、保險、行業職能等部門, 為行業資源共享提供政策指導。根據平臺的業務流程, 從實現產業資源共享的業務和去中心化支付過程面向的對象對平臺業務邏輯過程進行分析, 共享平臺業務邏輯流程如圖3所示。

與一般平臺不同的是, 用戶需要通過注冊以后才能進行資源共享服務[23-25]。每個用戶注冊后, 系統通過區塊鏈服務將為其生成區塊鏈賬戶[24, 26]。用戶通過訂單實現資源共享, 并通過區塊鏈平臺(即以太坊智能合約)實現訂單的支付與結算[27]。

3.2 以太坊智能合約設計

區塊鏈將參考文獻[28-30]按數據庫、網絡層、共識層、智能合約層以及應用層等5層結構來實現, 以太坊智能合約在設計思想上將共享信息平臺所涉及的不同對象通過結構體和映射的方式存儲在一個合約中, 提高參與用戶的交互程度。平臺將資源信息交互與服務過程中產生的訂單信息寫入區塊鏈中, 通過腳本語言設計智能合約, 使需求者與供應者進行交互, 實現共享資源交易過程中的去中心化。

圖3 基于區塊鏈的平臺業務邏輯示意圖

4 結論

針對我國貝類設施養殖產業發展方面的問題, 開發貝類設施養殖產業資源共享平臺, 通過合理整合和利用貝類設施養殖領域的設備資源、企業及研究機構的數據資源、專家資源、學術和創新成果資源以及政策信息等軟硬件資源, 建設貝類設施養殖領域的專業技術服務與資源共享網絡平臺, 為貝類設施養殖領域的產業研究與開發提供資源支撐、理論資料索引和決策支持, 助力貝類設施養殖產業上下游企業的發展, 推動設施養殖產業技術進步與轉型發展。

另外, 針對資源共享過程中致使產權以及交易信任問題, 基于共享經濟的理念, 采用區塊鏈和信息技術構建去中心化的共享服務平臺和通過腳本語言設計智能合約, 使需求者與供應者進行交互, 實現平臺用戶的知識產權保護以及交易過程的可追溯和不可篡改。

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Resource sharing platform for the shellfish facility cultivation industry based on blockchain

LI Ming-zhi1, 2, ZHANG Guang-fa3, LIU Ying4, CHEN Hai-quan1, ZHANG Rui-jin4, SUN Yu-qing1

(1. Marine Engineering College, Dalian Maritime University, Dalian 116026, China; 2. College of Navigation and Shipbuilding Engineering, Dalian Ocean University, Dalian 116023, China; 3. School of Mechanical Engineering, Shanghai Dianji University, Shanghai 201306, China; 4. Aquaculture Engineering R&D Center of Liaoning Province, Dalian Ocean University, Dalian 116023, China)

In this study, a resource-sharing platform was developed in response to the need of the shellfish facility cultivation industry in China, and the request of the Ministry of Agriculture concerning the construction of a basic database for the shellfish facility cultivation industry. Using the software engineering method, the design and implementation of the resource sharing platform for the shellfish facility cultivation industry, including requirements analysis, platform business function planning, system design, and platform architecture based on blockchain and its implementation method, were discussed in detail to build a stable, reliable, efficient, and practical professional technical service and resource sharing network platform.

shellfish facility cultivation, resource sharing platform, blockchain, csoftware system development

Apr. 26, 2021

S951.2; S953.2; TP311.13

A

1000-3096(2022)1-0076-07

10.11759/hykx20210426001

2021-04-26;

2021-09-30

財政部和農業農村部: 國家現代農業產業技術體系資助(CARS-49)

[Supported by China Agriculture Research System of MOF and MARA, No.CARS-49]

李明智(1984—), 男, 遼寧葫蘆島人, 副教授, 主要從事漁業裝備與工程、船舶機電一體化研究, 電話: 15841147810, E-mail: limingzhi@dlou.edu.cn；張光發(1970—),通信作者, 博士, 副教授, 主要從事漁業設備、CAD/CAE工程仿真、軟件工程等研究, 電話: 18742520320, E-mail: zhanggf@sdju.edu.cn

(本文編輯: 康亦兼)