農(nóng)作物生產(chǎn)檔案管理系統(tǒng)研究與開發(fā)

楊靖峰　朱培培　蔡青

摘要：規(guī)范化的農(nóng)作物生產(chǎn)檔案是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，農(nóng)作物生產(chǎn)檔案管理系統(tǒng)是智能農(nóng)業(yè)、智慧農(nóng)場(chǎng)規(guī)范化管理的基礎(chǔ)。文章論述了農(nóng)作物田間生產(chǎn)檔案的重要性及其規(guī)范化過程，概要介紹了Hyperledger Fabric聯(lián)盟鏈這一系統(tǒng)開發(fā)過程中的關(guān)鍵技術(shù)，以及農(nóng)作物生產(chǎn)檔案管理系統(tǒng)的架構(gòu)和功能結(jié)構(gòu)。

關(guān)鍵詞：農(nóng)作物生產(chǎn)檔案；管理系統(tǒng)；生產(chǎn)檔案規(guī)范化；聯(lián)盟鏈

中圖分類號(hào)：G271 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

檔案一般是指人們?cè)诟黜?xiàng)社會(huì)活動(dòng)中直接形成的各種形式的具有保存價(jià)值的原始記錄。檔案種類很多，有與個(gè)人息息相關(guān)的學(xué)籍檔案、人事檔案，還有歷史檔案、國(guó)家檔案，再到工作檔案、科技檔案、生產(chǎn)檔案等。農(nóng)作物田間生產(chǎn)檔案是專業(yè)檔案之一，是按照一定的要求和格式記錄各個(gè)田塊的生產(chǎn)情況、環(huán)境條件，系統(tǒng)記載生產(chǎn)過程中貫徹的技術(shù)措施情況、各類農(nóng)業(yè)投入品的使用情況、農(nóng)產(chǎn)品收獲情況等，最后形成書面檔案材料或電子檔案留存[1]。農(nóng)作物田間生產(chǎn)檔案是推動(dòng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理規(guī)范化的有效措施。

1? 農(nóng)作物田間生產(chǎn)檔案現(xiàn)狀及相關(guān)要求

1.1? ?農(nóng)作物田間生產(chǎn)檔案現(xiàn)狀

目前，中國(guó)農(nóng)作物田間生產(chǎn)檔案管理尚不規(guī)范，簡(jiǎn)單記錄、當(dāng)季記錄、紙質(zhì)記錄是田間生產(chǎn)檔案的現(xiàn)狀。雖然部分地區(qū)的蔬菜、果品生產(chǎn)檔案記錄較為詳細(xì)，但只是為了完成當(dāng)季質(zhì)量的安全追溯，僅記錄施肥、植保用藥等消費(fèi)者關(guān)注度高的信息，而對(duì)地力、種植密度（行距、株距）、灌溉、收獲、產(chǎn)量等與農(nóng)作物生產(chǎn)密切相關(guān)的信息缺乏規(guī)范的檔案記錄，僅有的檔案記錄也只在當(dāng)季留存。田間生產(chǎn)檔案的不規(guī)范導(dǎo)致每年、每季、每茬作物的種植僅憑借傳統(tǒng)的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，可比對(duì)的歷史檔案較少，這種情況不僅發(fā)生在實(shí)際農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，也發(fā)生在農(nóng)業(yè)科技工作者、農(nóng)技推廣人員的研究試驗(yàn)、示范中，這些科技人員有時(shí)也會(huì)因田間生產(chǎn)檔案的不規(guī)范而只能憑借經(jīng)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行試驗(yàn)研究。

1.2? ?農(nóng)作物田間生產(chǎn)檔案規(guī)范化要求

規(guī)范化的檔案要遵循《中華人民共和國(guó)檔案法》《機(jī)關(guān)檔案管理規(guī)定》《科學(xué)技術(shù)檔案工作條例》等相關(guān)規(guī)定，編制檔案時(shí)要遵循《科學(xué)技術(shù)檔案案卷構(gòu)成的一般要求（GB/T 11822-2008）》等國(guó)家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

農(nóng)作物田間生產(chǎn)檔案是專業(yè)的生產(chǎn)檔案，目前還沒有相關(guān)的管理規(guī)定和編制標(biāo)準(zhǔn)，檔案的規(guī)范化無(wú)規(guī)則可循。在生產(chǎn)記錄和檔案編制過程中，需要注意以下幾點(diǎn)：一是信息記錄要全。農(nóng)作物生長(zhǎng)周期比較長(zhǎng)，一個(gè)生長(zhǎng)周期中有數(shù)個(gè)生長(zhǎng)階段，每個(gè)階段都有相應(yīng)的生產(chǎn)活動(dòng)，所以田間生產(chǎn)檔案應(yīng)把每個(gè)階段的生產(chǎn)活動(dòng)和數(shù)據(jù)都記錄下來(lái)，不能遺漏。二是數(shù)據(jù)要真實(shí)。每次生產(chǎn)活動(dòng)都會(huì)產(chǎn)生各種數(shù)據(jù)，要真實(shí)記錄相關(guān)數(shù)據(jù)，不能有估計(jì)值、估算值。三是記錄、編制要規(guī)范化。雖然目前沒有與農(nóng)作物生產(chǎn)檔案相關(guān)的管理規(guī)定和編制標(biāo)準(zhǔn)，但在記錄前也要編制相應(yīng)規(guī)范，統(tǒng)一記錄內(nèi)容和單位。

2? 田間生產(chǎn)檔案的規(guī)范化

以玉米為例介紹田間生產(chǎn)檔案的規(guī)范化。玉米田間生產(chǎn)檔案是對(duì)玉米全生育期的生產(chǎn)過程進(jìn)行記錄，包括種植位置、土壤地力、整地情況；種植品種、種子生產(chǎn)供應(yīng)商、生產(chǎn)日期、播種時(shí)間與播種方式、播種面積；所使用的農(nóng)業(yè)投入品名稱、用量和日期；病蟲草害的發(fā)生和防治情況；收獲時(shí)間和產(chǎn)量等信息。玉米田間生產(chǎn)檔案規(guī)范化是對(duì)上述生產(chǎn)過程進(jìn)行詳細(xì)、規(guī)范的記錄（表1）。

通過整理玉米各生育期需要記錄的內(nèi)容，合并相同項(xiàng)，最后形成規(guī)范化的玉米田間生產(chǎn)檔案（表2）。

3? 農(nóng)作物生產(chǎn)檔案管理系統(tǒng)建立的關(guān)鍵技術(shù)

農(nóng)作物生產(chǎn)檔案管理系統(tǒng)使用聯(lián)盟鏈（私有鏈）Hyperledger Fabric框架技術(shù)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)檔案數(shù)據(jù)的不可篡改，保證了生產(chǎn)檔案的真實(shí)性、完整性。

Hyperledger Fabric出自Linux Foundation的開源項(xiàng)目，是一個(gè)模塊化區(qū)塊鏈框架，它提供多種模塊插拔選項(xiàng)，分類數(shù)據(jù)賬本可以用多種格式存儲(chǔ)，各節(jié)點(diǎn)的共同識(shí)別機(jī)制可以互換，并且支持不同的服務(wù)提供商（MSP）；還提供通道創(chuàng)建功能，允許一組參與者創(chuàng)建單獨(dú)的交易分類數(shù)據(jù)賬本。與其他區(qū)塊鏈系統(tǒng)不同的是，Hyperledger Fabric是一個(gè)不允許無(wú)身份信息節(jié)點(diǎn)參與網(wǎng)絡(luò)的開放式無(wú)權(quán)限系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)成員通過可信賴的成員資格服務(wù)提供商進(jìn)行登記[2]。

Hyperledger Fabric中有3種角色，分別為應(yīng)用客戶端（Client）、節(jié)點(diǎn)（Peers）和接收交易信息（Ordering Service）。應(yīng)用客戶端（Client）用于將終端用戶的交易請(qǐng)求發(fā)送到區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)；節(jié)點(diǎn)（Peers）負(fù)責(zé)維護(hù)區(qū)塊鏈賬本，分為背書節(jié)點(diǎn)（Endorsing peers）和接收節(jié)點(diǎn)（Committing peers），其中背書節(jié)點(diǎn)為交易做驗(yàn)證并對(duì)交易進(jìn)行簽名，接收節(jié)點(diǎn)用于接收打包好的區(qū)塊，然后寫入?yún)^(qū)塊鏈中；接收交易信息（Ordering Service）是將交易信息排序后打包成區(qū)塊，放入?yún)^(qū)塊鏈，然后將結(jié)果返回給接收節(jié)點(diǎn)[3]。

Hyperledger Fabric的工作流程為：首先，客戶端通過SDK接口，向背書節(jié)點(diǎn)發(fā)送交易信息；其次，每個(gè)背書節(jié)點(diǎn)模擬處理交易，但不會(huì)將交易信息寫入賬本，同時(shí)驗(yàn)證交易信息合法性并對(duì)交易信息簽名，返回給客戶端；再次，客戶端將簽名后的交易信息發(fā)送給排序服務(wù)集群，排序服務(wù)集群通過算法對(duì)所有交易信息進(jìn)行排序后打包成區(qū)塊；最后，排序服務(wù)集群將區(qū)塊以廣播方式發(fā)送給接收節(jié)點(diǎn)，由其做最后交易驗(yàn)證，并寫入聯(lián)盟鏈[3]。

農(nóng)作物生產(chǎn)檔案管理系統(tǒng)的用戶，即農(nóng)場(chǎng)主、合作社管理者、農(nóng)戶在Hyperledger Fabric鏈中均被視為客戶端，每個(gè)客戶端都有存儲(chǔ)數(shù)據(jù)需求，故為每個(gè)客戶端設(shè)置背書節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都存儲(chǔ)相應(yīng)的生產(chǎn)信息，如農(nóng)作物種植位置、土壤地力、種植品種、投入品情況、病蟲草害發(fā)生和防治情況等，這些信息以智能合約方式發(fā)送給排序服務(wù)集群，由排序服務(wù)集群將信息排序打包成區(qū)塊，以廣播方式發(fā)送給接收節(jié)點(diǎn)并寫入聯(lián)盟鏈。這樣，農(nóng)作物生產(chǎn)檔案管理系統(tǒng)用戶就可以利用自己所擁有的聯(lián)盟鏈節(jié)點(diǎn)對(duì)鏈上同步的生產(chǎn)信息進(jìn)行跟蹤，并借助聯(lián)盟鏈去中心化存儲(chǔ)且不可篡改的特性獲取農(nóng)作物生產(chǎn)檔案的全部真實(shí)信息，最終實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)檔案真實(shí)、完整的核心要求（圖1）。

4? 農(nóng)作物生產(chǎn)檔案管理系統(tǒng)

農(nóng)作物田間生產(chǎn)檔案是推動(dòng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理規(guī)范化的有效措施，農(nóng)作物生產(chǎn)檔案管理系統(tǒng)是管理農(nóng)作物田間生產(chǎn)檔案的有效手段，因此為規(guī)范化管理農(nóng)作物生產(chǎn)檔案，應(yīng)進(jìn)行農(nóng)作物生產(chǎn)檔案管理系統(tǒng)的研究與開發(fā)。

4.1? ?系統(tǒng)架構(gòu)

農(nóng)作物生產(chǎn)檔案管理系統(tǒng)采用數(shù)據(jù)、服務(wù)、業(yè)務(wù)和表現(xiàn)分離的多層設(shè)計(jì)理念，以安全可靠的數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)和聯(lián)盟鏈為基礎(chǔ)，以專業(yè)的數(shù)據(jù)服務(wù)模塊為支撐，實(shí)現(xiàn)高效的業(yè)務(wù)處理能力，同時(shí)融合完備的安全、權(quán)限管理體系，保證了系統(tǒng)穩(wěn)定的安全運(yùn)行。同時(shí)充分考慮系統(tǒng)的兼容性和可擴(kuò)展性，該系統(tǒng)能夠在Web和移動(dòng)設(shè)備上以多種形式展現(xiàn)。系統(tǒng)采用J2EE開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)用異步任務(wù)技術(shù)、Ajax技術(shù)進(jìn)行開發(fā)。系統(tǒng)由展現(xiàn)層、應(yīng)用層、數(shù)據(jù)層和云層4個(gè)層次組成。在展現(xiàn)層，農(nóng)戶和農(nóng)場(chǎng)主可以應(yīng)用手機(jī)或計(jì)算機(jī)2種方式進(jìn)入系統(tǒng)管理生產(chǎn)檔案；應(yīng)用層即為農(nóng)作物生產(chǎn)檔案管理系統(tǒng)；數(shù)據(jù)層包括空間數(shù)據(jù)、知識(shí)數(shù)據(jù)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)、檔案數(shù)據(jù)等各類基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)；該系統(tǒng)架設(shè)在公有云上，云層的應(yīng)用、存儲(chǔ)和安全能保障系統(tǒng)正常運(yùn)行（圖2）。

4.2? ?系統(tǒng)功能

農(nóng)作物生產(chǎn)檔案管理系統(tǒng)主要功能包括用戶管理、生產(chǎn)檔案增刪改、生產(chǎn)檔案分析、生產(chǎn)檔案入檔、生產(chǎn)檔案共享5個(gè)模塊。其中用戶管理模塊中包含個(gè)人信息修改、密碼修改等功能；生產(chǎn)檔案的增刪改模塊是對(duì)各作物的生產(chǎn)檔案進(jìn)行操作，主要針對(duì)小麥、玉米、水稻、蔬菜等多種主要農(nóng)作物的種植地點(diǎn)、土壤情況、播種情況、底肥情況、追肥情況、除草情況、植保情況、化控情況、澆水時(shí)間、收獲情況等信息進(jìn)行操作；生產(chǎn)檔案入檔模塊是針對(duì)已完成錄入的檔案進(jìn)行入檔，入檔后檔案數(shù)據(jù)不可更改，此模塊應(yīng)用了聯(lián)盟鏈Hyperledger Fabric的防篡改技術(shù)；生產(chǎn)檔案分析模塊是對(duì)種植結(jié)構(gòu)、作物產(chǎn)量、肥料使用情況、農(nóng)藥使用情況按每種作物的生長(zhǎng)期進(jìn)行數(shù)量分析；生產(chǎn)檔案共享功能實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)內(nèi)部不同用戶間生產(chǎn)檔案資料的共享（圖3）。

5? 結(jié) 論

規(guī)范化的田間生產(chǎn)檔案是將有形的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)為科學(xué)種田、科學(xué)試驗(yàn)、科學(xué)研究提供依據(jù)，農(nóng)作物生產(chǎn)檔案管理系統(tǒng)是將規(guī)范化的田間生產(chǎn)檔案不可篡改地保存并進(jìn)行整理、分析。應(yīng)用分析結(jié)果可與近幾年的生產(chǎn)情況進(jìn)行對(duì)比，估算出當(dāng)年或第二年的生產(chǎn)情況，還可以通過對(duì)比，減少不必要的肥料、農(nóng)藥投入以節(jié)約成本。擁有大量的生產(chǎn)檔案后，可利用大數(shù)據(jù)、人工智能模型等估算農(nóng)作物最終產(chǎn)量，也可利用大數(shù)據(jù)、人工智能模型等采取相應(yīng)的生產(chǎn)管理措施（施肥、施藥等），以實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物節(jié)本、增效、高產(chǎn)的目的。這些應(yīng)用的前提是要有完整、真實(shí)、豐富的田間生產(chǎn)檔案，因此開發(fā)建立農(nóng)作物生產(chǎn)檔案管理系統(tǒng)是提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)規(guī)范化管理的重要環(huán)節(jié)，具有廣闊的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

[1]易振國(guó)．農(nóng)業(yè)生產(chǎn)田間檔案制度的新形式[J]．新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)，1959（3）：369-371.

[2]博弈．Hyperledger Fabric（關(guān)鍵概念介紹）[EB/OL]．https：//segmentfault.com/a/1190000015976295.

[3]極簡(jiǎn)主義．淺析Hyperledger Fabric架構(gòu)原理[EB/OL]．

https：//www.8btc.com/article/247827.

收稿日期：2022-07-06

主要作者簡(jiǎn)介：楊靖峰（1983—），男，高級(jí)農(nóng)藝師，主要從事農(nóng)業(yè)農(nóng)村大數(shù)據(jù)研究工作。E-mail：yangjingfeng1@163.com