農作物生產檔案管理系統研究與開發

楊靖峰　朱培培　蔡青

摘要：規范化的農作物生產檔案是農業生產的基礎數據，農作物生產檔案管理系統是智能農業、智慧農場規范化管理的基礎。文章論述了農作物田間生產檔案的重要性及其規范化過程，概要介紹了Hyperledger Fabric聯盟鏈這一系統開發過程中的關鍵技術，以及農作物生產檔案管理系統的架構和功能結構。

關鍵詞：農作物生產檔案；管理系統；生產檔案規范化；聯盟鏈

中圖分類號：G271 文獻標識碼：A

檔案一般是指人們在各項社會活動中直接形成的各種形式的具有保存價值的原始記錄。檔案種類很多，有與個人息息相關的學籍檔案、人事檔案，還有歷史檔案、國家檔案，再到工作檔案、科技檔案、生產檔案等。農作物田間生產檔案是專業檔案之一，是按照一定的要求和格式記錄各個田塊的生產情況、環境條件，系統記載生產過程中貫徹的技術措施情況、各類農業投入品的使用情況、農產品收獲情況等，最后形成書面檔案材料或電子檔案留存[1]。農作物田間生產檔案是推動農業生產管理規范化的有效措施。

1? 農作物田間生產檔案現狀及相關要求

1.1? ?農作物田間生產檔案現狀

目前，中國農作物田間生產檔案管理尚不規范，簡單記錄、當季記錄、紙質記錄是田間生產檔案的現狀。雖然部分地區的蔬菜、果品生產檔案記錄較為詳細，但只是為了完成當季質量的安全追溯，僅記錄施肥、植保用藥等消費者關注度高的信息，而對地力、種植密度（行距、株距）、灌溉、收獲、產量等與農作物生產密切相關的信息缺乏規范的檔案記錄，僅有的檔案記錄也只在當季留存。田間生產檔案的不規范導致每年、每季、每茬作物的種植僅憑借傳統的生產經驗，可比對的歷史檔案較少，這種情況不僅發生在實際農業生產中，也發生在農業科技工作者、農技推廣人員的研究試驗、示范中，這些科技人員有時也會因田間生產檔案的不規范而只能憑借經驗來進行試驗研究。

1.2? ?農作物田間生產檔案規范化要求

規范化的檔案要遵循《中華人民共和國檔案法》《機關檔案管理規定》《科學技術檔案工作條例》等相關規定，編制檔案時要遵循《科學技術檔案案卷構成的一般要求（GB/T 11822-2008）》等國家和行業標準。

農作物田間生產檔案是專業的生產檔案，目前還沒有相關的管理規定和編制標準，檔案的規范化無規則可循。在生產記錄和檔案編制過程中，需要注意以下幾點：一是信息記錄要全。農作物生長周期比較長，一個生長周期中有數個生長階段，每個階段都有相應的生產活動，所以田間生產檔案應把每個階段的生產活動和數據都記錄下來，不能遺漏。二是數據要真實。每次生產活動都會產生各種數據，要真實記錄相關數據，不能有估計值、估算值。三是記錄、編制要規范化。雖然目前沒有與農作物生產檔案相關的管理規定和編制標準，但在記錄前也要編制相應規范，統一記錄內容和單位。

2? 田間生產檔案的規范化

以玉米為例介紹田間生產檔案的規范化。玉米田間生產檔案是對玉米全生育期的生產過程進行記錄，包括種植位置、土壤地力、整地情況；種植品種、種子生產供應商、生產日期、播種時間與播種方式、播種面積；所使用的農業投入品名稱、用量和日期；病蟲草害的發生和防治情況；收獲時間和產量等信息。玉米田間生產檔案規范化是對上述生產過程進行詳細、規范的記錄（表1）。

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

3? 農作物生產檔案管理系統建立的關鍵技術

農作物生產檔案管理系統使用聯盟鏈（私有鏈）Hyperledger Fabric框架技術實現生產檔案數據的不可篡改，保證了生產檔案的真實性、完整性。

Hyperledger Fabric出自Linux Foundation的開源項目，是一個模塊化區塊鏈框架，它提供多種模塊插拔選項，分類數據賬本可以用多種格式存儲，各節點的共同識別機制可以互換，并且支持不同的服務提供商（MSP）；還提供通道創建功能，允許一組參與者創建單獨的交易分類數據賬本。與其他區塊鏈系統不同的是，Hyperledger Fabric是一個不允許無身份信息節點參與網絡的開放式無權限系統，網絡成員通過可信賴的成員資格服務提供商進行登記[2]。

Hyperledger Fabric中有3種角色，分別為應用客戶端（Client）、節點（Peers）和接收交易信息（Ordering Service）。應用客戶端（Client）用于將終端用戶的交易請求發送到區塊鏈網絡；節點（Peers）負責維護區塊鏈賬本，分為背書節點（Endorsing peers）和接收節點（Committing peers），其中背書節點為交易做驗證并對交易進行簽名，接收節點用于接收打包好的區塊，然后寫入區塊鏈中；接收交易信息（Ordering Service）是將交易信息排序后打包成區塊，放入區塊鏈，然后將結果返回給接收節點[3]。

Hyperledger Fabric的工作流程為：首先，客戶端通過SDK接口，向背書節點發送交易信息；其次，每個背書節點模擬處理交易，但不會將交易信息寫入賬本，同時驗證交易信息合法性并對交易信息簽名，返回給客戶端；再次，客戶端將簽名后的交易信息發送給排序服務集群，排序服務集群通過算法對所有交易信息進行排序后打包成區塊；最后，排序服務集群將區塊以廣播方式發送給接收節點，由其做最后交易驗證，并寫入聯盟鏈[3]。

農作物生產檔案管理系統的用戶，即農場主、合作社管理者、農戶在Hyperledger Fabric鏈中均被視為客戶端，每個客戶端都有存儲數據需求，故為每個客戶端設置背書節點，每個節點都存儲相應的生產信息，如農作物種植位置、土壤地力、種植品種、投入品情況、病蟲草害發生和防治情況等，這些信息以智能合約方式發送給排序服務集群，由排序服務集群將信息排序打包成區塊，以廣播方式發送給接收節點并寫入聯盟鏈。這樣，農作物生產檔案管理系統用戶就可以利用自己所擁有的聯盟鏈節點對鏈上同步的生產信息進行跟蹤，并借助聯盟鏈去中心化存儲且不可篡改的特性獲取農作物生產檔案的全部真實信息，最終實現生產檔案真實、完整的核心要求（圖1）。

4? 農作物生產檔案管理系統

農作物田間生產檔案是推動農業生產管理規范化的有效措施，農作物生產檔案管理系統是管理農作物田間生產檔案的有效手段，因此為規范化管理農作物生產檔案，應進行農作物生產檔案管理系統的研究與開發。

4.1? ?系統架構

農作物生產檔案管理系統采用數據、服務、業務和表現分離的多層設計理念，以安全可靠的數據倉庫和聯盟鏈為基礎，以專業的數據服務模塊為支撐，實現高效的業務處理能力，同時融合完備的安全、權限管理體系，保證了系統穩定的安全運行。同時充分考慮系統的兼容性和可擴展性，該系統能夠在Web和移動設備上以多種形式展現。系統采用J2EE開發標準，應用異步任務技術、Ajax技術進行開發。系統由展現層、應用層、數據層和云層4個層次組成。在展現層，農戶和農場主可以應用手機或計算機2種方式進入系統管理生產檔案；應用層即為農作物生產檔案管理系統；數據層包括空間數據、知識數據、生產數據、檔案數據等各類基礎數據和業務數據；該系統架設在公有云上，云層的應用、存儲和安全能保障系統正常運行（圖2）。

4.2? ?系統功能

農作物生產檔案管理系統主要功能包括用戶管理、生產檔案增刪改、生產檔案分析、生產檔案入檔、生產檔案共享5個模塊。其中用戶管理模塊中包含個人信息修改、密碼修改等功能；生產檔案的增刪改模塊是對各作物的生產檔案進行操作，主要針對小麥、玉米、水稻、蔬菜等多種主要農作物的種植地點、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、澆水時間、收獲情況等信息進行操作；生產檔案入檔模塊是針對已完成錄入的檔案進行入檔，入檔后檔案數據不可更改，此模塊應用了聯盟鏈Hyperledger Fabric的防篡改技術；生產檔案分析模塊是對種植結構、作物產量、肥料使用情況、農藥使用情況按每種作物的生長期進行數量分析；生產檔案共享功能實現了系統內部不同用戶間生產檔案資料的共享（圖3）。

5? 結 論

規范化的田間生產檔案是將有形的生產經驗為科學種田、科學試驗、科學研究提供依據，農作物生產檔案管理系統是將規范化的田間生產檔案不可篡改地保存并進行整理、分析。應用分析結果可與近幾年的生產情況進行對比，估算出當年或第二年的生產情況，還可以通過對比，減少不必要的肥料、農藥投入以節約成本。擁有大量的生產檔案后，可利用大數據、人工智能模型等估算農作物最終產量，也可利用大數據、人工智能模型等采取相應的生產管理措施（施肥、施藥等），以實現農作物節本、增效、高產的目的。這些應用的前提是要有完整、真實、豐富的田間生產檔案，因此開發建立農作物生產檔案管理系統是提高農業生產規范化管理的重要環節，具有廣闊的應用前景。

參考文獻

[1]易振國．農業生產田間檔案制度的新形式[J]．新疆農業科學，1959（3）：369-371.

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

[3]極簡主義．淺析Hyperledger Fabric架構原理[EB/OL]．

https：//www.8btc.com/article/247827.

收稿日期：2022-07-06

主要作者簡介：楊靖峰（1983—），男，高級農藝師，主要從事農業農村大數據研究工作。E-mail：yangjingfeng1@163.com