基于區塊鏈的黔東南州特色農產品智慧物流模式優化研究

摘要：黔東南州是中國西南地區的一個少數民族自治州，擁有豐富的特色農產品資源，如香豬、三穗鴨、蜂蜜、竹筍等，對當地經濟社會發展和民生保障具有重要意義。然而，受其偏遠的地理位置、交通困難和信息流通限制的影響，產品的流通效率低且安全風險高，進而影響市場競爭力和消費者滿意度。為此，文章提出了一種基于區塊鏈的黔東南州特色農產品智慧物流模式優化方案，利用區塊鏈去中心化、不可篡改和可追溯的特點，實現了農產品信息的共享、交易透明、信任構建和質量保障。經對比分析，本設計在性能、效率和安全性上優于傳統模式，為黔東南州特色農產品的智慧物流提供了一個創新解決方案，具有顯著的理論和實際價值。

關鍵詞：區塊鏈；農產品；智慧物流；信息共享；模式優化

中圖分類號：TP309""文獻標志碼：A

0"引言

黔東南州坐落在中國秀麗的西南部，是一個擁有深厚歷史底蘊、多元文化交融和豐富資源的少數民族自治州［1］。這片神奇的土地上孕育出了許多獨具特色的農產品，其中，茶葉的清香、蜂蜜的甘甜、竹筍的鮮嫩以及香菇的醇厚都已成為黔東南的代名詞［2-4］。這些不僅是當地人民經濟生計的支柱，更是他們代代相傳、與自然和諧相處的生態智慧的體現。在快速發展的現代社會中，這些具有深厚地域文化的農產品卻面臨著種種困境［5］。無論是信息不對稱還是物流不暢，或是市場競爭激烈，這些因素都使得黔東南的農產品在市場上難以得到應有的關注，更別提公平和有效的流通與銷售了［6］。這不僅限制了當地經濟的進一步發展，也使得外界錯失了了解和享受這些農產品獨特魅力的機會。

在現代社會中，食品的安全與質量已經上升為公眾關注的核心議題［7］。隨著消費者日益增長的健康意識和對高品質生活的追求，他們越來越希望能夠清晰地追蹤食品從種植、收獲到最終擺上餐桌的每一個環節［8］。與此同時，監管機構為了確保公共食品安全，也在加大對食品生產和流通的監管力度。然而，對于黔東南州這樣地理位置相對偏遠的區域，要實現這樣的全流程透明并不容易。首先，其特殊的地形地貌使得物流基礎設施的建設和維護都面臨著巨大的挑戰。其次，黔東南州豐富的民族文化和深厚的傳統觀念，雖然為當地增添了獨特的魅力，但在某種程度上也使得新技術和管理模式的引入和普及變得困難［9］。

面對這些困難和挑戰，傳統的供應鏈和物流模式顯然已經難以適應現代社會對食品安全和高效流通的嚴格要求［10］。這不僅限制了黔東南州特色農產品走向更廣闊市場的步伐，也可能影響到消費者對其的信賴度和接受度。在這種情況下，區塊鏈技術［11］作為一種創新技術引起了人們的廣泛關注。區塊鏈技術是一種利用密碼學原理和分布式共識機制實現數據的去中心化、不可篡改和可追溯的技術，為農產品供應鏈管理提供了可能性和機遇［12］。國內外已有許多關于區塊鏈技術在供應鏈和物流領域的理論研究和實踐案例，例如：趙鵬等［13］基于Raft算法和Pbft算法設計一種新的共識算法并應用于區塊鏈物流項目中，確保共識協議在特定的環境核能穩定高效運行；吳平等［14］將區塊鏈技術與傳統物流派送系統相結合，建構基于Petri網的區塊鏈物流派送模型；Francisconi等［15］為了提高自主運輸物流系統的運輸效果，結合物聯網和區塊鏈技術構建智能物流系統，并建立了基于兩點法的確定性偏差補償原理。但是，針對黔東南州這樣具有特殊地域和文化特征的地方，相關的安全物流研究和實踐還很缺乏。

本文的目的是探索區塊鏈技術在黔東南州農產品供應鏈中的應用，以期彌補現有研究的不足。首先詳細分析了黔東南州特色農產品流通和銷售的現狀，揭示了其中存在的問題和挑戰以及傳統物流模式的局限性。接著概述了國內外在區塊鏈供應鏈管理和物流方面的研究進展，并討論了其優勢和可能的局限性。在此基礎上，提出了一套適用于黔東南州的基于區塊鏈的智能物流模式優化方案，并通過實地調研與實證研究驗證了該方案的可行性與有效性。

1"相關概念

1.1"區塊鏈技術

區塊鏈技術是一種利用密碼學原理和分布式共識機制來實現數據的去中心化、不可篡改和可追溯的技術方案，它主要由區塊、鏈和共識機制3個核心組件構成。

區塊：每個區塊是數據存儲的單元，包含一系列交易T，時間戳Timestamp，隨機數Nonce以及前一區塊的哈希值PrevHash，可以表示為B={T，Timestamp，Nonce，PrevHash}。

鏈：區塊鏈是這些區塊的有序序列，每個新區塊通過哈希值鏈接到前一區塊。對于鏈中的第i個區塊，它的哈希值滿足Hash（Bi）=Hash（T，Timestamp，Nonce，PrevHash）。

共識機制：該機制確保所有網絡參與者對鏈的狀態達成一致。以工作量證明 （Proof of Work， PoW） 為例，節點必須找到一個Nonce值，使得H（B.Header）lt;D，其中H是哈希函數，B.Header包括Nonce，而D是網絡確定的難度目標。

綜合這些組件，區塊鏈可以被視為一個不斷增長的數據記錄，通過網絡共識和密碼學保障其不可逆性和安全性。

1.2"智慧物流

智慧物流是指利用信息技術、自動識別技術、數據分析以及其他先進智能技術，實現物流資源的優化配置和物流流程的智能化管理，從而提高物流效率和服務質量的一種現代物流模式。智慧物流通常涉及優化算法和決策支持系統等關鍵技術和概念。

優化算法：智慧物流路徑和資源配置可以通過優化算法進行優化。例如，通過使用遺傳算法（Genetic Algorithm， GA）解決車輛路徑問題（Vehicle Routing Problem， VRP）可以用式（1）表示：

minP∑mi=1∑nj=1，j≠icij·xij（1）

式中：P代表所有可能的路徑方案；cij是從節點i到節點j的成本；xij是一個二進制變量，表示是否選擇了這條路徑。

決策支持系統：智慧物流還包括輔助決策的系統，它們可以基于模型和數據提供策略建議。例如，多標準決策支持可以表示為：

Decision（C1，C2，…，Ck）=argmaxa∈A∑ki=1wi·ui（a）（2）

式中：C1，C2，…，Ck是決策標準；A是可能的行動集合；wi是第i個標準的權重；ui（a）是行動a在第i個標準下的效用值。

智慧物流是一個復雜的系統，涉及多學科的交叉融合，包括但不限于運籌學、信息技術、數據科學和工程學。它的實現是通過建立一套復雜的數學模型和算法，不斷調整和優化物流中的每一個環節，以達到提升整體效率和降低成本的目的。

2"構建區塊鏈智慧物流平臺

本文旨在利用區塊鏈技術，構建一個覆蓋黔東南州特色農產品從生產、加工、運輸、倉儲、銷售到消費的全流程智慧物流平臺。此平臺的核心是實現農產品信息的全程記錄、共享和驗證，提高農產品的質量和安全，增強農產品的品牌和價值，促進農產品的可持續發展。

2.1"平臺架構設計

為了確保智能物流平臺的高效運行，可以定義一個區塊鏈網絡為B，其中每個節點bi代表一個參與方，例如農民、加工企業或物流企業等。根據這些參與方的實際業務關系，本文設計了一個節點連接模型，并用連接矩陣C來描述這些節點間的關系。其中，如果節點bi與節點bj直接連接，則Cij=1，否則Cij=0。

2.2"數據存儲

在區塊鏈中，每條數據記錄D作為一個區塊表示。為了更具體地描述這一過程，定義了區塊的結構及其哈希計算方法。具體地說，每個區塊都由其ID、時間戳、數據、當前數據的哈希值和前一個區塊的哈希值組成，可以表示為：

D=（ID，Timestamp，Data，Hash（D），PrevHash）（3）

當前數據的哈希值Hash（D）是通過哈希函數H對區塊的各個部分進行加密得到的，其計算公式為：

Hash（D）=H（ID，Timestamp，Data，PrevHash）（4）

此外，為了評估平臺的數據存儲能力，還引入了數據存儲容量模型，通過這個模型可以計算平臺上存儲的總數據量為Stotal=∑ni=1S（Di）。

2.3"數據驗證

為了確保智慧物流平臺上的數據完整性和真實性，本文還設計了一個高效的數據驗證函數，該函數能夠快速核實每一個物流記錄的不可篡改性和連貫性。這個驗證機制是基于區塊鏈技術的核心優勢，即數據一旦被驗證并加入區塊鏈中，就無法被更改或刪除。

具體來說，該數據驗證函數V（Di）采用加密哈希算法，對每一個區塊內的數據元素，包括唯一標識符IDi、時間戳Timestampi、數據內容Datai以及前一區塊的哈希值PrevHashi進行計算。函數比對當前區塊的哈希值Hashi與獨立計算的哈希值是否一致：

V（D）=Hash（IDi‖Timestampi‖Datai‖PrevHashi）=Hashi（5）

如果兩者匹配，則驗證成功，表明數據未被篡改，維持了區塊之間的完整鏈條；如果不匹配，則表明數據可能遭到了未授權的修改，需進一步調查。

這種驗證函數的實現，確保了智慧物流平臺從農產品原產地到加工，再到最終分銷的整個鏈條上的信息透明度和可追溯性，為各方參與者提供了一個可信賴的數據環境。通過確保數據的完整性和真實性，該平臺能夠有效地降低欺詐風險，提升供應鏈管理的效率，最終為消費者提供安全、可靠的農產品。

3"完善區塊鏈智慧物流標準和監管體系

構建黔東南州特色農產品的智慧物流平臺時，確保平臺的規范化運作是至關重要的。為此，本文制定了一套綜合性的標準和規范體系，這些規范覆蓋了數據的整個生命周期，包括數據的生成、存儲、傳輸、共享和使用等各個環節。

數據標準化：標準化的數據格式確保了信息的互操作性和一致性，同時簡化了數據處理流程。對于黔東南州的特色農產品，這意味著從種植、收獲、加工到物流和銷售的每一個環節都遵循統一的數據記錄標準。

數據質量保證：本平臺引入了數據質量評估函數Q（Datai），該函數通過評估數據的完整性、準確性、及時性和一致性等維度，量化每條數據的質量，這為所有利益相關者提供了對數據可靠性的信心。

數據安全性：在區塊鏈平臺上，數據安全性是核心關注點。加密算法和訪問控制機制確保了數據在存儲及傳輸過程中的保密性和不可篡改性。

數據共享與使用：為了促進合作和效率，數據共享機制必須確保數據的正確使用和合法傳輸，同時保護數據所有者的權利。

法律法規遵從：所有標準和規范都與國家和行業法律法規保持一致，確保平臺在合法合規的基礎上運行?；趨^塊鏈技術的黔東南州特色農產品智慧物流框架如圖1所示。

為了確保黔東南州特色農產品智慧物流平臺的規范運行和高效協作，本文提出一系列詳細的標準與規范。這些規范旨在遵循國家及行業相關法律法規，并兼顧地方農產品的特色和多樣性。同時，制定了一套監督和評估機制，以定期檢查和審核平臺數據及其參與者的合規性。數據格式應該包含特色農產品的基本信息、物流信息、交易信息和評價信息等，如表1所示。

整個智慧物流解決方案的設計，不僅為黔東南州特色農產品提供了一個安全、透明、高效的物流管理平臺，還通過數據和人才管理的創新方法，為區塊鏈技術在傳統農業領域的應用樹立了一個新的標桿。

4"實證研究與數據分析

為了驗證本文提出的基于區塊鏈的智能物流模式優化方案的可行性與有效性，本文進行了實證研究與數據分析。本文選擇了黔東南州的4種特色農產品茶葉、蜂蜜、竹筍和香菇作為研究對象，分別對其進行了數據采集、模擬和評估。本文的實證研究與數據分析主要包括以下幾個步驟。

第一步：數據采集，通過實地調研和網絡調查，收集了黔東南州4種特色農產品的相關數據，包括生產、加工、運輸、倉儲、銷售和消費等各個環節的數據。本文將這些數據整理為標準化的數據格式，存儲在區塊鏈平臺上。

第二步：數據模擬，在這個過程中使用Python編程語言，模擬了基于區塊鏈的智能物流平臺的運行過程，包括數據的生成、存儲、傳輸、共享、驗證和使用等。在實驗論證中使用了一些常用的庫和模塊，如pandas、numpy、matplotlib、seaborn等，以實現數據的處理和可視化。

第三步：數據評估，本文通過使用一些評價指標，如數據質量、數據安全、數據效率、數據價值等，對基于區塊鏈的智能物流平臺的性能進行了評估，并與傳統的物流模式進行了對比。數據評估過程使用了一些統計方法和分析工具，如t檢驗、方差分析、回歸分析、SPSS等，以檢驗數據的顯著性和相關性。

數據采集與分析過程中，注重了數據的多樣性和全面性，覆蓋了從生產到消費的整個鏈條。在數據模擬方面，利用Python的多個高效庫進行了復雜的數據處理優化和可視化分析，確保了分析的準確性和直觀性。通過對比分析，區塊鏈智能物流平臺在數據質量、安全性、效率和價值方面均顯著優于傳統物流模式。這一結果不僅證明了區塊鏈在農產品物流領域的應用潛力，也為未來該技術在農業供應鏈管理中的進一步探索提供了寶貴的實踐經驗和理論支持。

5"結語

本文通過深入研究區塊鏈技術在智慧物流領域的應用，成功構建了一個全面覆蓋黔東南州特色農產品供應鏈的智慧物流平臺。該平臺不僅實現了從生產、加工到銷售每個環節的信息全程記錄和共享，還通過高效的數據驗證機制，確保了數據的完整性和真實性，從而提高了農產品的質量和安全，增強了品牌價值，促進了可持續發展。

參考文獻

［1］王喆，汪霞，王瑋.貴州民族地區物流經濟對城鎮化的影響機制分析——以黔東南州16縣市為例［J］.物流科技，2020（5）：119-122.

［2］韋昌玉.黔東南州油茶種植技術要點［J］.南方農業，2023（8）：5-7.

［3］徐燕.黔東南州特色農產品品牌培育對策［J］.南方農業，2014（18）：139-140.

［4］陳浪，陸建彬，姜軍，等.黔東南州重點特色農產品生產機械化發展現狀、問題及建議［J］.農技服務，2020（5）：122-124.

［5］韋信祥.黔東南特色生態農業產業發展現狀及對策研究——以雷山、榕江、三穗三縣為例［J］.產業與科技論壇，2016（22）：26-28.

［6］王秋梅.黔東南苗族侗族自治州特色農產品物流金融PPP模式研究［D］.貴陽：貴州民族大學，2018.

［7］張永建，劉寧，楊建華.建立和完善我國食品安全保障體系研究［J］.中國工業經濟，2005（2）：14-20.

［8］李欣.快速檢測技術在食品安全監管中的應用分析［J］.食品安全導刊，2015（6）：119-120.

［9］楊繼海，何配中.2016年食品安全宣傳周黔東南州啟動儀式在凱里舉行［J］.食品安全導刊，2016（17）：67.

［10］馬士華，孟慶鑫.供應鏈物流能力的研究現狀及發展趨勢［J］.計算機集成制造系統，2005（3）：301-307.

［11］袁勇，王飛躍.區塊鏈技術發展現狀與展望［J］.自動化學報，2016（4）：481-494.

［12］佚名.區塊鏈物流業發展新引擎［J］.中國物流與采購，2017（15）：30.

［13］趙鵬，劉佳寶，梁晉銘.共識算法RPbft在區塊鏈物流平臺的應用［J］.電腦與電信，2022（12）：62-66.

［14］吳平，王麗麗.基于Petri網的區塊鏈物流派送模型建構［J］.牡丹江師范學院學報（自然科學版），2023（3）：15-18.

［15］FRANCISCONI M.An explorative study on blockchain technology in application to port logistics［D］.Delft：Delft University of Technology，2017.

（編輯"何"琳編輯）

Research on optimization of intelligent logistics mode of characteristic agricultural products

in Qiandongnan prefecture based on blockchain

Li "Qiuxian， Zhou "Quanxing*

（College of Big Data Engineering， Kaili University， Kaili 556011， China）

Abstract： Qiandongnan prefecture is a minority autonomous prefecture in southwestern China， with rich resources of characteristic agricultural products such as fragrant pigs， Sansui ducks， honey， bamboo shoots， etc.， which are of great significance for local economic and social development and people’s livelihood guarantee. However， due to its remote geographical location， transportation difficulties， and information flow restrictions， the circulation efficiency of products is low and safety risks are high， which in turn affects market competitiveness and consumer satisfaction. Therefore， the article proposes an optimization scheme for the smart logistics model of characteristic agricultural products in Qiandongnan prefecture based on blockchain. By utilizing the decentralized， tamper proof， and traceable characteristics of blockchain， it achieves the sharing of agricultural product information， transparent transactions， trust building， and quality assurance. Through comparative analysis， this design is superior to traditional models in terms of performance， efficiency， and safety， providing an innovative solution for the smart logistics of characteristic agricultural products in Qiandongnan prefecture， with significant theoretical and practical value.

Key words： blockchain; agricultural product; intelligence logistics; information sharing; pattern optimization

基金項目：凱里學院2023年校級專項課題；項目編號：2023XJZX0203。扶持市（州）高校質量提升工程項目；項目編號：院辦發〔2022〕10號-32。貴州省科技計劃項目；項目編號：黔科合基礎-ZK［2023］一般440）。

作者簡介：李秋賢（1992—），女，講師，碩士；研究方向：密碼學與博弈論。

*通信作者：周全興（1987—），男，副教授，學士；研究方向：數據分析，區塊鏈技術。