基于區(qū)塊鏈的農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)AI大數(shù)據(jù)平臺

摘 要：以人力為主的現(xiàn)有生產(chǎn)模式和新農(nóng)民年輕化是導(dǎo)致農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率低的主要原因，傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)還存在食品安全問題。本文將物聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈、大數(shù)據(jù)等新一代信息技術(shù)與傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)相結(jié)合，打造集農(nóng)業(yè)環(huán)境感知化、農(nóng)業(yè)過程優(yōu)質(zhì)化、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化、農(nóng)業(yè)服務(wù)智能化于一體的智慧農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)云平臺，幫助農(nóng)業(yè)從業(yè)者構(gòu)建起“從生產(chǎn)到銷售，從農(nóng)田到餐桌”的農(nóng)業(yè)智能化服務(wù)體系。通過分析平臺技術(shù)原理和創(chuàng)新點，得出農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的未來研究重點與發(fā)展方向，進(jìn)一步促進(jìn)農(nóng)業(yè)增產(chǎn)增收，更好更快實現(xiàn)綠色智慧農(nóng)田建設(shè)。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；大數(shù)據(jù)；區(qū)塊鏈；AI；數(shù)據(jù)加密；智慧農(nóng)業(yè)

中圖分類號：TP39；F304 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-1302（2024）02-0-02

0 引 言

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)[1-3]在我國已發(fā)展近10年，是通過互聯(lián)網(wǎng)連接智能設(shè)備、傳感器和其他物理設(shè)備，實現(xiàn)設(shè)備之間互聯(lián)互通，從而實現(xiàn)智能化、自動化和信息化的技術(shù)。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，智能設(shè)備和傳感器被廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域，如智能家居、智能交通、智能醫(yī)療等，為人們的生活和工作帶來了巨大的便利和效益。同時，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)也成為了未來智慧農(nóng)業(yè)的重要支撐。

人工智能技術(shù)[4]是一種基于計算機(jī)和算法的智能化技術(shù)，可以實現(xiàn)像人類一樣的思維和決策過程。隨著計算機(jī)算力、數(shù)據(jù)量和算法的不斷提升，人工智能技術(shù)成為智慧農(nóng)業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型和智能化升級的重要支撐。

大數(shù)據(jù)技術(shù)[5]是一種基于分布式計算、云計算和人工智能等技術(shù)的數(shù)據(jù)處理和分析方法，可以幫助企業(yè)高效分析數(shù)據(jù)，從中發(fā)現(xiàn)新的業(yè)務(wù)機(jī)會，并做出更科學(xué)的決策。大數(shù)據(jù)技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于金融、醫(yī)療、制造業(yè)等，成為行業(yè)數(shù)字化和智能化轉(zhuǎn)型的重要支撐。

區(qū)塊鏈技術(shù)[6-8]是一種去中心化、安全可靠的信息存儲和傳輸技術(shù)，它通過密碼學(xué)、分布式共識和去信任化等技術(shù)手段，實現(xiàn)了信息的不可篡改、去中心化和公開透明。區(qū)塊鏈技術(shù)最初應(yīng)用于比特幣等數(shù)字貨幣的交易，但隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，其應(yīng)用范圍已經(jīng)擴(kuò)展到金融、物流、醫(yī)療、版權(quán)保護(hù)等領(lǐng)域。區(qū)塊鏈技術(shù)可以有效解決傳統(tǒng)中心化系統(tǒng)中存在的信任、安全和效率等問題。

1 平臺簡介

該平臺由臨沂城投思索信息技術(shù)有限公司和臨沂大學(xué)聯(lián)合支持研發(fā)。該項目依據(jù)物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算等新一代信息技術(shù)，立足于傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)痛點，采用“1+2+1+8+N”架構(gòu)邏輯設(shè)計了8大系統(tǒng)。該平臺以國家、省、市政府關(guān)于“智慧農(nóng)業(yè)”“產(chǎn)業(yè)園區(qū)”等相關(guān)要求為依據(jù)，以“云上園區(qū)”“物聯(lián)園區(qū)”“數(shù)據(jù)園區(qū)”“應(yīng)用園區(qū)”為理念，以萬物互聯(lián)、數(shù)聚賦能、品牌農(nóng)業(yè)、農(nóng)業(yè)生態(tài)為亮點，涵蓋物聯(lián)管控、園區(qū)管理、農(nóng)資配送、防偽溯源、產(chǎn)品交易、品牌營銷等功能。圖1所示為平臺的8大系統(tǒng)，涉及產(chǎn)前、生產(chǎn)和銷售三個階段。

2 技術(shù)原理

平臺采用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算等新一代信息技術(shù)，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)園區(qū)的數(shù)據(jù)信息采集，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)精準(zhǔn)調(diào)控提供科學(xué)依據(jù)，達(dá)到增產(chǎn)、增效、改質(zhì)、調(diào)節(jié)生長周期等目的。

2.1 物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)——巡檢車

物聯(lián)網(wǎng)是推動農(nóng)業(yè)信息化與現(xiàn)代化轉(zhuǎn)型的首要切入點，通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，可以彌補傳統(tǒng)手工農(nóng)業(yè)的劣勢，實現(xiàn)科學(xué)培養(yǎng)、精準(zhǔn)控制、綠色農(nóng)業(yè)等發(fā)展目標(biāo)。巡檢車采用藍(lán)牙和NB-IoT雙通道通信方式，通過自主研發(fā)微信小程序?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程控制，設(shè)置固定路線巡檢實現(xiàn)農(nóng)作物圖像信息采集。

自主設(shè)計的電路板擁有多拓展接口；四驅(qū)驅(qū)動可實現(xiàn)巡檢車原地掉頭；巡檢車通過攝像頭進(jìn)行信息交換和通信，以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理。

2.2 大數(shù)據(jù)技術(shù)

通過物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備獲取農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)中臺進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，進(jìn)一步指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，提高生產(chǎn)效率，為企業(yè)帶來更多的商業(yè)價值，為農(nóng)業(yè)行業(yè)帶來創(chuàng)新和改變。

將農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)和不同主管部門之間的數(shù)據(jù)合理有序地存儲在一個公共開放的數(shù)據(jù)云空間，進(jìn)一步打通不同區(qū)域、不同部門之間的數(shù)據(jù)通道，解決區(qū)域、部門之間信息不匹配等問題，促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)要素的流動，以大數(shù)據(jù)手段合理優(yōu)化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)要素的配置方式。

2.3 區(qū)塊鏈技術(shù)

區(qū)塊鏈作為一個去中心化的分布式共享賬本和數(shù)據(jù)庫，綜合其優(yōu)勢形成了一個分布式新型應(yīng)用模式。采用IPFS+以太坊的分布式存儲結(jié)構(gòu)，構(gòu)建基于交易體的智能合約以保證數(shù)據(jù)存儲安全，進(jìn)而提升食品安全，解決消費者對于產(chǎn)品的信任危機(jī)。交易體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

2.4 數(shù)據(jù)加密技術(shù)及身份認(rèn)證

通過數(shù)據(jù)加密[9-10]、數(shù)據(jù)聚合，實現(xiàn)對用戶信息的加密保護(hù)，提高用戶信息安全程度以及用戶對平臺的滿意度。采用獨特的三因子加密技術(shù)流程，確保數(shù)據(jù)安全。三因子加密技術(shù)流程如圖3所示。

首先通過AES算法生成密鑰對，通過私鑰和橢圓曲線算法ECC對數(shù)據(jù)明文（Data Plain Text， DPT）進(jìn)行加密，生成數(shù)據(jù)密文（Data Cipher Text， DCT）。

通過MD5哈希算法密文記錄數(shù)據(jù)校驗生成數(shù)據(jù)校驗值（Check Value， CK），之后將密文上傳星際文件系統(tǒng)IPFS。

數(shù)據(jù)交易完成后得到公鑰、校驗值CK并更新授權(quán)清單（Authorization List， AL），進(jìn)入數(shù)據(jù)解密流程。

通過MD5哈希算法對數(shù)據(jù)密文DCT進(jìn)行數(shù)據(jù)校驗和校驗值比對，若一致，則說明數(shù)據(jù)密文DCT未被修改。

通過公鑰PK和橢圓曲線算法ECC對數(shù)據(jù)密文DCT進(jìn)行解密生成數(shù)據(jù)明文（DPT）。

3 項目創(chuàng)新點及市場

3.1 智慧物聯(lián)

利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)改造傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)要素進(jìn)行數(shù)字化設(shè)計、智能化控制、精準(zhǔn)化運行、科學(xué)化管理。通過物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備對苗情、蟲情、土壤墑情、氣候等進(jìn)行數(shù)據(jù)采集并在云平臺進(jìn)行分析。通過水肥一體機(jī)、卷簾機(jī)、風(fēng)機(jī)等自動化設(shè)備進(jìn)行水分、肥料的補充和溫濕度調(diào)節(jié)，實現(xiàn)農(nóng)作物產(chǎn)量的提升，加快智慧農(nóng)業(yè)建設(shè)，推進(jìn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展。

3.2 數(shù)聚賦能

引領(lǐng)數(shù)字技術(shù)創(chuàng)新，數(shù)聚賦能實現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化。通過多途徑匯集歷史氣象、土壤、產(chǎn)量、價格、質(zhì)量等信息，利用計算機(jī)視覺、圖像識別以及智能分析等人工智能技術(shù)訓(xùn)練農(nóng)業(yè)大腦，建立氣象預(yù)測、病蟲害預(yù)測等模型，通過模型訓(xùn)練控制農(nóng)作物生產(chǎn)過程智能化；實現(xiàn)作物生產(chǎn)灌溉、施肥、植保等作業(yè)過程精準(zhǔn)化，從而達(dá)到精耕細(xì)作的目的。

3.3 品牌農(nóng)業(yè)

基于區(qū)塊鏈的全流程安全溯源營銷，打造優(yōu)質(zhì)品牌農(nóng)業(yè)。完善培育和保護(hù)機(jī)制，提升品牌知名度、影響力，打造出在全國叫得響、消費者信得過、輻射帶動力強的農(nóng)產(chǎn)品品牌。

3.4 行業(yè)生態(tài)

圍繞農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)中心建立農(nóng)業(yè)綜合服務(wù)生態(tài)圈，形成農(nóng)產(chǎn)品價值鏈、要素鏈和供應(yīng)鏈。探索以種子鏈為核心引領(lǐng)、以種植鏈為關(guān)聯(lián)中樞、以加工流通鏈為有力增值、以服務(wù)鏈為協(xié)同增效的農(nóng)業(yè)全產(chǎn)業(yè)鏈融合發(fā)展模式，打造一批現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)集群。

4 結(jié) 語

農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)正在經(jīng)歷著數(shù)字化和智能化的轉(zhuǎn)型升級。基于區(qū)塊鏈的農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)AI大數(shù)據(jù)平臺正是這一趨勢的體現(xiàn)，它可以實現(xiàn)從農(nóng)業(yè)生產(chǎn)到產(chǎn)品流通全過程的數(shù)字化和智能化管理，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率、保障產(chǎn)品質(zhì)量和安全，同時還可以實現(xiàn)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈的全面升級和轉(zhuǎn)型。這一技術(shù)的發(fā)展將為我們創(chuàng)造更加安全、高效和可持續(xù)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境，為美好未來賦能。

注：本文通訊作者為趙斌。

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