李明智, 張光發(fā), 劉 鷹, 陳海泉, 張瑞瑾, 孫玉清

基于區(qū)塊鏈的貝類設施養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)資源共享平臺

李明智1, 2, 張光發(fā)3, 劉 鷹4, 陳海泉1, 張瑞瑾4, 孫玉清1

(1. 大連海事大學 輪機工程學院, 遼寧 大連 116026；2. 大連海洋大學 航海與船舶工程學院, 遼寧 大連 116023；3. 上海電機學院 機械學院, 上海 201306；4. 大連海洋大學 遼寧省水產(chǎn)設施養(yǎng)殖與裝備技術工程研究中心, 遼寧 大連 116023)

針對我國貝類設施養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的資源共享問題, 基于農(nóng)業(yè)農(nóng)村部關于開展貝類設施養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)基礎數(shù)據(jù)庫建設的相關任務, 開發(fā)了貝類設施養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)資源共享平臺。從軟件工程的角度, 詳細論述了貝類設施養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)資源共享平臺的設計與實現(xiàn), 包括平臺的需求分析、業(yè)務功能策劃、系統(tǒng)設計、基于區(qū)塊鏈的平臺架構及其實現(xiàn)方法等內(nèi)容, 以期構建穩(wěn)定可靠、高效實用的貝類設施養(yǎng)殖領域的專業(yè)技術服務與資源共享網(wǎng)絡平臺。

貝類設施養(yǎng)殖；資源共享平臺；區(qū)塊鏈；系統(tǒng)開發(fā)

近年來, 全球貝類養(yǎng)殖產(chǎn)量穩(wěn)定增長, 且在水產(chǎn)養(yǎng)殖中的產(chǎn)值逐年增加, 從2010年的1 272.83萬噸增長到2018年的1 751.09萬噸。貝類養(yǎng)殖已成為海水養(yǎng)殖業(yè)中的第二大養(yǎng)殖種類[1]。傳統(tǒng)養(yǎng)殖方式已不適應可持續(xù)發(fā)展的需求, 設施養(yǎng)殖的產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢逐漸凸顯, 設施養(yǎng)殖已得到大力發(fā)展[2-4]。

在養(yǎng)殖設施方面, 我國研制出一系列新型的養(yǎng)殖配套設施, 如精準投餌的自動投餌系統(tǒng)[5]、海水工廠化養(yǎng)殖系統(tǒng)[6-7]、貝類的分級與計數(shù)統(tǒng)計系列裝備[8]、多元生態(tài)新型筏式養(yǎng)殖系統(tǒng)與筏式采收作業(yè)裝備[9-11]、灘涂貝藻采收裝備[12-14]等, 這些設施為我國向遠岸深水水域進一步拓展, 開辟新的“戰(zhàn)場”提供了工程設施保障[15]。但是, 我國貝類設施養(yǎng)殖整體科技水平與發(fā)達國家差距較大, 其主要問題體現(xiàn)在[2-4]: 各家產(chǎn)品單一, 可復用性差。大多以項目為依托定制化開發(fā), 沒有形成規(guī)?；a(chǎn)業(yè)效應；標準化程度低, 成套的標準化設施設備研發(fā)較少, 市場上尚未有成熟的產(chǎn)品；產(chǎn)業(yè)化水平低, 產(chǎn)業(yè)鏈尚未形成。

隨著國家對貝類設施養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)投入的不斷增加, 各企業(yè)、高校以及科研院所研發(fā)了大量的規(guī)格和種類繁多的養(yǎng)殖設施與設備, 如何充分發(fā)揮這些設施設備的資源效能, 讓其更好地為產(chǎn)業(yè)服務, 并形成健康的可持續(xù)發(fā)展的產(chǎn)業(yè)鏈, 已經(jīng)成了貝類設施養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)面臨的重要問題。魏立斐等[16]采用區(qū)塊鏈技術和HACCP 管理相結(jié)合的方法, 設計并分析全新的智能化水產(chǎn)品質(zhì)量安全溯源系統(tǒng)；李妃養(yǎng)等[17]開展了區(qū)塊鏈技術在技術成果交易領域應用研究, 提出了建立技術成果交易聯(lián)盟鏈的設想、思路與重點；農(nóng)業(yè)農(nóng)村部漁業(yè)漁政局、全國水產(chǎn)技術推廣總站、中國水產(chǎn)學會聯(lián)合開展了水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)信息資源共享交換體系建設研究[18]。針對我國貝類設施養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)發(fā)展思路與方向, 有關專家指出, 要以促進我國貝類產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展為目標, 借鑒國外貝類設施養(yǎng)殖的先進經(jīng)驗, 依靠科技進步, 提高貝類設施養(yǎng)殖工程的開發(fā)水平, 建立高效、穩(wěn)產(chǎn)、安全的養(yǎng)殖設施, 增強科研實力, 促進成果的研發(fā)和轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化[2]。

為促進貝類設施養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)地健康發(fā)展, 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部從2017年開始, 開展了貝類設施養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)基礎數(shù)據(jù)庫建設。本文依托國家貝類產(chǎn)業(yè)技術體系崗位科學家任務, 通過調(diào)研全國貝類設施設備加工、生產(chǎn)企業(yè)分布、加工產(chǎn)品等情況, 構建貝類設施設備加工生產(chǎn)企業(yè)數(shù)據(jù)庫, 并基于區(qū)塊鏈技術, 構建了貝類設施養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)資源共享服務體系, 設計了去中心化共享平臺的系統(tǒng)架構, 開發(fā)了基于區(qū)塊鏈技術的產(chǎn)業(yè)資源共享平臺系統(tǒng), 實現(xiàn)了貝類設施養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)資源共享。

1 貝類設施養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)資源共享平臺需求分析

1.1 平臺建設目標

貝類設施養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)資源共享服務平臺通過合理整合和利用貝類設施養(yǎng)殖領域的設備資源、企業(yè)及研究機構的數(shù)據(jù)資源、專家資源、學術和創(chuàng)新成果資源以及政策信息等軟硬件資源, 為貝類設施養(yǎng)殖領域的產(chǎn)業(yè)研究提供資源支撐、理論資料索引和決策支持；并實時跟進貝類設施養(yǎng)殖領域的學術研究、設備研發(fā)及其應用的實際動態(tài), 實現(xiàn)資源共享, 提高產(chǎn)業(yè)服務水平和能力, 全面提升自主創(chuàng)新能力, 助力設施漁業(yè)產(chǎn)業(yè)上下游企業(yè)的發(fā)展, 促進以生產(chǎn)為重點的貝類設施養(yǎng)殖行業(yè)的技術進步與健康快速發(fā)展。

貝類設施養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)資源共享服務平臺將打造貝類設施養(yǎng)殖行業(yè)的綜合性門戶網(wǎng)站, 覆蓋行業(yè)相關企事業(yè)單位以及科研院所, 建設專業(yè)化、集約化的公共服務平臺, 利用互聯(lián)網(wǎng)整合關聯(lián)的各類優(yōu)勢資源與信息, 通過技術手段實現(xiàn)平臺內(nèi)外部信息互動與資源共享, 為貝類設施養(yǎng)殖相關機構提供全面優(yōu)質(zhì)的服務。

1.2 系統(tǒng)用戶與業(yè)務結(jié)構

平臺的用戶包括貝類設施養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)相關的貝類養(yǎng)殖企業(yè)(U1)、加工企業(yè)(U2)、餌料飼料供應商(U3)、設施設備供應商(U4)、儀器設備租賃商(U5)、專業(yè)技術培訓機構(U6)、專業(yè)技術服務公司(U7)、行業(yè)專家(U8)、科研院所(U9)政府機構(U10)以及行業(yè)協(xié)會(U11)等, 平臺用戶及其業(yè)務結(jié)構模型如圖1所示。

圖1 平臺用戶與業(yè)務結(jié)構

1.3 平臺服務與功能分析

根據(jù)系統(tǒng)業(yè)務結(jié)構, 分析了平臺的服務及其主要功能如表1所示。

1.4 系統(tǒng)用例分析

基于區(qū)塊鏈去中心化的思想構建共享平臺, 連接需求方與服務方。將用戶按照需求方與服務方, 對系統(tǒng)進行用例分析如表2所示。實現(xiàn)平臺用戶的知識產(chǎn)權保護以及交易過程的可追溯和不可篡改[16, 19]。

2 貝類設施養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)資源共享平臺架構

根據(jù)系統(tǒng)平臺的業(yè)務邏輯、平臺的總體性能以及區(qū)塊鏈的技術實現(xiàn), 將系統(tǒng)平臺分為4層: 數(shù)據(jù)層、服務層、應用層以及表現(xiàn)層, 其結(jié)構如圖2所示。

(1) 數(shù)據(jù)層

即基礎數(shù)據(jù)庫, 為系統(tǒng)平臺提供數(shù)據(jù)支撐, 包括業(yè)務數(shù)據(jù)和區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)。業(yè)務數(shù)據(jù)庫用于存儲平臺業(yè)務數(shù)據(jù), 主要包括: 各種資源庫、會員庫、訂單庫等。區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)保存以太坊區(qū)塊鏈平臺所需數(shù)據(jù), 主要包括: 智能合約、數(shù)字簽名、數(shù)據(jù)區(qū)塊、公鑰加密數(shù)據(jù)等[20-22]。

表1 平臺服務與功能

表2 系統(tǒng)用戶及其用例

注: 表中編號參考1.2節(jié)及表1

(2) 服務層

服務層即平臺服務端, 主要包括數(shù)據(jù)訪問服務、搜索引擎、移動支付服務、外部接口以及區(qū)塊鏈相關的服務。

(3) 應用層

應用層即平臺客戶端, 實現(xiàn)了平臺各項服務功能與數(shù)據(jù)維護管理；包括前端應用和后臺管理。前端應用主要包括需求方和供應方用戶前端的產(chǎn)業(yè)資源注冊與共享、需求發(fā)布以及行業(yè)資訊發(fā)布與瀏覽等功能子系統(tǒng), 后臺管理主要用于平臺的管理者進行會員管理以及數(shù)據(jù)維護。

圖2 系統(tǒng)平臺架構圖

3 基于區(qū)塊鏈的資源共享服務實現(xiàn)

3.1 基于區(qū)塊鏈的平臺業(yè)務邏輯設計

貝類設施養(yǎng)殖資源共享平臺是一個基于區(qū)塊鏈技術的去中心化服務平臺。本文基于共享經(jīng)濟的理念, 采用區(qū)塊鏈和信息技術構建資源共享平臺[20-21]。平臺一方面為參與方提供需求發(fā)現(xiàn)、資源整合、交易撮合、支付結(jié)算等功能, 另一方面連接政府、科研院所、保險、行業(yè)職能等部門, 為行業(yè)資源共享提供政策指導。根據(jù)平臺的業(yè)務流程, 從實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)資源共享的業(yè)務和去中心化支付過程面向的對象對平臺業(yè)務邏輯過程進行分析, 共享平臺業(yè)務邏輯流程如圖3所示。

與一般平臺不同的是, 用戶需要通過注冊以后才能進行資源共享服務[23-25]。每個用戶注冊后, 系統(tǒng)通過區(qū)塊鏈服務將為其生成區(qū)塊鏈賬戶[24, 26]。用戶通過訂單實現(xiàn)資源共享, 并通過區(qū)塊鏈平臺(即以太坊智能合約)實現(xiàn)訂單的支付與結(jié)算[27]。

3.2 以太坊智能合約設計

區(qū)塊鏈將參考文獻[28-30]按數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)絡層、共識層、智能合約層以及應用層等5層結(jié)構來實現(xiàn), 以太坊智能合約在設計思想上將共享信息平臺所涉及的不同對象通過結(jié)構體和映射的方式存儲在一個合約中, 提高參與用戶的交互程度。平臺將資源信息交互與服務過程中產(chǎn)生的訂單信息寫入?yún)^(qū)塊鏈中, 通過腳本語言設計智能合約, 使需求者與供應者進行交互, 實現(xiàn)共享資源交易過程中的去中心化。

圖3 基于區(qū)塊鏈的平臺業(yè)務邏輯示意圖

4 結(jié)論

針對我國貝類設施養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)發(fā)展方面的問題, 開發(fā)貝類設施養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)資源共享平臺, 通過合理整合和利用貝類設施養(yǎng)殖領域的設備資源、企業(yè)及研究機構的數(shù)據(jù)資源、專家資源、學術和創(chuàng)新成果資源以及政策信息等軟硬件資源, 建設貝類設施養(yǎng)殖領域的專業(yè)技術服務與資源共享網(wǎng)絡平臺, 為貝類設施養(yǎng)殖領域的產(chǎn)業(yè)研究與開發(fā)提供資源支撐、理論資料索引和決策支持, 助力貝類設施養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)上下游企業(yè)的發(fā)展, 推動設施養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)技術進步與轉(zhuǎn)型發(fā)展。

另外, 針對資源共享過程中致使產(chǎn)權以及交易信任問題, 基于共享經(jīng)濟的理念, 采用區(qū)塊鏈和信息技術構建去中心化的共享服務平臺和通過腳本語言設計智能合約, 使需求者與供應者進行交互, 實現(xiàn)平臺用戶的知識產(chǎn)權保護以及交易過程的可追溯和不可篡改。

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Resource sharing platform for the shellfish facility cultivation industry based on blockchain

LI Ming-zhi1, 2, ZHANG Guang-fa3, LIU Ying4, CHEN Hai-quan1, ZHANG Rui-jin4, SUN Yu-qing1

(1. Marine Engineering College, Dalian Maritime University, Dalian 116026, China; 2. College of Navigation and Shipbuilding Engineering, Dalian Ocean University, Dalian 116023, China; 3. School of Mechanical Engineering, Shanghai Dianji University, Shanghai 201306, China; 4. Aquaculture Engineering R&D Center of Liaoning Province, Dalian Ocean University, Dalian 116023, China)

In this study, a resource-sharing platform was developed in response to the need of the shellfish facility cultivation industry in China, and the request of the Ministry of Agriculture concerning the construction of a basic database for the shellfish facility cultivation industry. Using the software engineering method, the design and implementation of the resource sharing platform for the shellfish facility cultivation industry, including requirements analysis, platform business function planning, system design, and platform architecture based on blockchain and its implementation method, were discussed in detail to build a stable, reliable, efficient, and practical professional technical service and resource sharing network platform.

shellfish facility cultivation, resource sharing platform, blockchain, csoftware system development

Apr. 26, 2021

S951.2; S953.2; TP311.13

A

1000-3096(2022)1-0076-07

10.11759/hykx20210426001

2021-04-26;

2021-09-30

財政部和農(nóng)業(yè)農(nóng)村部: 國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術體系資助(CARS-49)

[Supported by China Agriculture Research System of MOF and MARA, No.CARS-49]

李明智(1984—), 男, 遼寧葫蘆島人, 副教授, 主要從事漁業(yè)裝備與工程、船舶機電一體化研究, 電話: 15841147810, E-mail: limingzhi@dlou.edu.cn；張光發(fā)(1970—),通信作者, 博士, 副教授, 主要從事漁業(yè)設備、CAD/CAE工程仿真、軟件工程等研究, 電話: 18742520320, E-mail: zhanggf@sdju.edu.cn

(本文編輯: 康亦兼)