基于區塊鏈的冷鏈運輸溯源系統的研究

摘 要：隨著全球貿易的不斷發展，冷鏈運輸在食品、藥品等物品的運輸中起著至關重要的作用。傳統的冷鏈運輸溯源系統存在著信息不透明、數據易篡改等問題。為解決這些問題，提出了一種基于區塊鏈技術的冷鏈運輸溯源系統。該系統利用區塊鏈的不可篡改性和分布式特點，確保了運輸信息的可靠性和透明度。通過條形碼、RFID等多種物聯網技術，對冷凍產品運輸過程中的各種環節進行信息化處理。運輸過程中的溫濕度、位置等關鍵參數可以被實時記錄和追蹤。通過系統可查詢相應數據，能夠較好地滿足人們對食品安全可溯性的需求。

關鍵詞：RFID；物聯網；區塊鏈；溯源系統；冷鏈運輸；可塑性

中圖分類號：TP391.44 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2024）09-0-03

DOI：10.16667/j.issn.2095-1302.2024.09.029

0 引 言

隨著人們在食品、藥品等方面需求的增加，冷鏈運輸在全球范圍內得到了應用。傳統的冷鏈運輸溯源系統存在著一些問題，如信息不透明、數據易篡改、安全性差及信息孤島等。一旦出現數據泄露、篡改等問題，由于缺乏足夠的信息支持，無法確認責任主體，對于行業管理十分不利，食品安全難以得到保障。這些問題嚴重影響了冷鏈運輸的發展。因此，研究一種能夠解決這些問題的溯源系統具有重要意義。

1 區塊鏈技術

1.1 區塊鏈技術概述

區塊鏈是一種分布式地記錄和存儲數據的技術。其核心思想是通過將數據分散地存儲在不同的計算機節點上，使用密碼學技術保證數據的安全性和真實性。區塊鏈中的數據按照時間順序連接在一起，形成一個不可篡改的數據鏈，每個數據塊都包含了前一個數據塊的哈希值[1-2]。

1.2 區塊鏈技術特點

（1）去中心化：沒有中心節點，任意一個節點都可以保障系統的正常運行和安全。

（2）不可篡改性：一旦數據被寫入區塊鏈，就很難修改或刪除，確保了數據的可信度和防止數據被篡改。

（3）透明度：區塊鏈中的數據對所有參與者都是可見的，提高了數據的透明度和公正性。

（4）安全性：使用密碼學算法和分布式存儲保證了數據的安全性。

1.3 區塊鏈在冷鏈運輸中的應用

（1）傳統模式下的應用

在傳統模式下，冷藏運輸車中內置的傳感器采集溫度、車速、實時位置信息、行駛路線等數據，并通過網絡上傳到監測云平臺，再進行相關數據的應用，如圖1所示。

（2）加入區塊鏈技術后的應用

區塊鏈應用模式可以采用BaaS（Blockchain as a Service， 區塊鏈即服務）應用模式，該方式可以解決中小設備企業部署區塊鏈能力不足的問題[3]。使用“區塊鏈即服務”應用

模式，更加方便地進行數據傳輸與存儲。使用數據時會進行比對驗證以確保數據的真實性。應用BaaS模式，既能夠滿足可信存證要求，又能減少企業開發成本和周期，使區塊鏈簡便易用，如圖2所示。

2 物聯網技術

2.1 條形碼技術

條形碼是一種用于識別和追蹤商品、包裹和其他物品的圖像標識符。它是由一系列寬度不等的黑色條和間隙組成的圖案，可以通過光學掃描器或相機進行讀取[4]。通常由數字和字母組成，可以包含產品的有關信息，如生產商、產品類型、價格等。它可以應用于各個領域，如零售業、物流和供應鏈管理等。

在冷鏈運輸溯源系統中，通過在冷鏈運輸過程中的每個環節為產品打上條形碼標簽，實現對溫度、濕度、運輸時間等關鍵信息的記錄和追蹤，可以提高冷鏈運輸的可靠性和效率，并確保產品的質量和安全性。通過掃描條形碼，冷鏈運輸溯源系統可以實時獲取物品的位置和狀態信息，進而對異常情況進行及時處理?？傊?，條形碼是冷鏈物流可視化和智能化的重要工具之一。

2.2 RFID技術

RFID（Radio Frequency Identification）技術是一種利用無線電波進行自動識別的技術。它通過在物體上植入或附著一個小型電子標簽（RFID標簽），并通過無線信號傳輸數據，實現對物體的識別和跟蹤。RFID系統由三部分組成：RFID標簽、讀寫器和后臺軟件系統[5-6]。

RFID標簽：是一個被動設備，包含一個芯片和一個天線。它可以附著在物體上，用于存儲和傳輸數據。標簽內的芯片存儲著與物體相關的數據，并且能夠與讀寫器進行通信。

讀寫器：是一個主動設備，通過無線電信號與標簽進行通信，并讀取或寫入數據。讀寫器發射無線電頻率的電磁波，當RFID標簽進入讀寫器的通信范圍內時，標簽的天線接收并解碼讀寫器發送的信號。

后臺軟件系統：用來管理和處理從RFID系統中讀取的數據，可以對物體進行追蹤、記錄、分析和管理，并與其他系統進行數據交互。

RFID技術具有以下優點：

（1）無需視線接觸：相比于條形碼，RFID標簽無需直接對準讀寫器，可以在沒有視線接觸的情況下進行讀取，提高了自動識別的效率。

（2）高速讀寫：RFID技術可以同時讀取多個標簽，且讀取速度較快，適用于高速自動識別的場景。

（3）容量大：RFID標簽內部的芯片存儲容量較大，能夠存儲更多的數據信息。

（4）長壽命：RFID標簽通常具有較長的使用壽命，耐用性強。

在冷鏈運輸溯源系統中，RFID標簽可以附在貨物的包裝上，通過RFID讀寫器讀取貨物的信息，例如貨物的種類、生產日期、保質期等。這些信息可以實時傳輸到后臺系統，運輸公司和相關部門可以通過后臺系統進行實時監控和管理。

2.3 GPS定位技術

GPS（全球定位系統）是一種基于衛星導航的定位技術。其基本原理是接收并解析衛星回傳電波中的軌道信息和時刻信息，計算出GPS接收器所在位置的經度、緯度、水平高度及移動速度[7]。

GPS定位技術具有高精度、全球覆蓋和實時性強的特點，在冷鏈運輸溯源系統中被廣泛應用。它可以實時監測冷藏貨物的位置，提高運輸的可追溯性和安全性，幫助解決運輸過程中的問題，例如貨物丟失、偏離路線或突發事件。

3 系統架構

如圖3所示，溯源系統分為6層，即用戶層、表示層、共識及網絡層、數據層、數據采集層、作業層[8]。

（1）用戶層：面向溯源系統的參與對象，可通過微信的掃碼識別功能輕松實現冷凍產品的溯源。

（2）表示層：采用B/S架構+SSM框架，前端采用HTML5、CSS、highcharts、ECharts等技術對溯源信息進行可視化處理。采用BaaS應用模式解決部署區塊鏈能力不足的問題。

（3）共識及網絡層：包含區塊鏈相關技術、數據通信網絡技術及食品安全相關規范[9-10]。

（4）數據層：相關數據信息采集完成后傳輸到數據層進行存儲。

（5）數據采集層：利用RFID、溫濕度傳感器、氣體傳感

器、加速度傳感器、GPS等模塊對信息進行自動采集和傳輸，并存儲到基于區塊鏈技術的數據庫中。

（6）作業層：記錄運輸過程中各個環節的工作信息。

4 結 語

本文設計的系統中利用RFID對冷鏈食品進行溯源，該技術使得系統能夠更加精準、無接觸地識別食品信息，以保證溯源信息的真實性；系統能夠更加快速、高效地讀取到溯源信息，且溯源信息存儲安全性高，難以篡改；另外RFID技術下的系統容量大，能夠在惡劣環境下長時間工作，使得它的適用性更強。同時設計了一系列實驗證明了基于區塊鏈的冷鏈運輸溯源系統的有效性。該系統能夠實時記錄和追蹤冷鏈運輸過程中的關鍵參數，并確保數據的可靠性和透明度。通過智能合約的應用，提高了系統應用于運輸過程的可信度，減少了運輸中的糾紛和風險。該系統能夠解決傳統溯源系統存在的問題，進一步提高冷鏈運輸的安全性和運輸效率。未來將進一步完善該系統，并在實際應用中進行驗證。

參考文獻

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[3]李冉，李思聰.區塊鏈技術在道路冷鏈運輸管理中的應用研究[J].綜合運輸，2022，44（6）：128-132.

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[7]陳磊，梁強. GPS原理及應用簡介[J].科技信息（學術研究），2008，26（22）：188.

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[9]章立宗，孫洲，王華慧，等.基于分布式區塊鏈的儲能數據交互處理模型設計[J].電子設計工程，2023，31（15）：70-74.

[10]劉澤坤，王峰.弱網絡下區塊鏈共識算法優化的研究[J].電子設計工程，2023，31（11）：30-35.

收稿日期：2023-09-11 修回日期：2023-10-12

基金項目：鄭州市地方高校急（特）需專業建設項目（zzlg201608）；大學生創新訓練計劃項目（202311834066）；教育部產學合作協同育人項目（220801221190717）

作者簡介：陳帥帥（2002—），男，研究方向為嵌入式系統。

李艷華（1980—），女，碩士，副教授，研究方向為無線傳感網絡通信、嵌入式系統。

趙 洋（2003—），男，研究方向為軟件系統。

閆樹恒（2000—），男，研究方向為物聯網技術。