楊靖峰　朱培培　蔡青

摘要：規(guī)范化的農(nóng)作物生產(chǎn)檔案是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，農(nóng)作物生產(chǎn)檔案管理系統(tǒng)是智能農(nóng)業(yè)、智慧農(nóng)場規(guī)范化管理的基礎(chǔ)。文章論述了農(nóng)作物田間生產(chǎn)檔案的重要性及其規(guī)范化過程，概要介紹了Hyperledger Fabric聯(lián)盟鏈這一系統(tǒng)開發(fā)過程中的關(guān)鍵技術(shù)，以及農(nóng)作物生產(chǎn)檔案管理系統(tǒng)的架構(gòu)和功能結(jié)構(gòu)。

關(guān)鍵詞：農(nóng)作物生產(chǎn)檔案；管理系統(tǒng)；生產(chǎn)檔案規(guī)范化；聯(lián)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(guān)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(chǎn)檔案等。農(nóng)作物田間生產(chǎn)檔案是專業(yè)檔案之一，是按照一定的要求和格式記錄各個田塊的生產(chǎn)情況、環(huán)境條件，系統(tǒng)記載生產(chǎn)過程中貫徹的技術(shù)措施情況、各類農(nóng)業(yè)投入品的使用情況、農(nóng)產(chǎn)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(nóng)作物田間生產(chǎn)檔案是推動農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理規(guī)范化的有效措施。

1? 農(nóng)作物田間生產(chǎn)檔案現(xiàn)狀及相關(guān)要求

1.1? ?農(nóng)作物田間生產(chǎn)檔案現(xiàn)狀

目前，中國農(nóng)作物田間生產(chǎn)檔案管理尚不規(guī)范，簡單記錄、當季記錄、紙質(zhì)記錄是田間生產(chǎn)檔案的現(xiàn)狀。雖然部分地區(qū)的蔬菜、果品生產(chǎn)檔案記錄較為詳細，但只是為了完成當季質(zhì)量的安全追溯，僅記錄施肥、植保用藥等消費者關(guān)注度高的信息，而對地力、種植密度（行距、株距）、灌溉、收獲、產(chǎn)量等與農(nóng)作物生產(chǎn)密切相關(guān)的信息缺乏規(guī)范的檔案記錄，僅有的檔案記錄也只在當季留存。田間生產(chǎn)檔案的不規(guī)范導致每年、每季、每茬作物的種植僅憑借傳統(tǒng)的生產(chǎn)經(jīng)驗，可比對的歷史檔案較少，這種情況不僅發(fā)生在實際農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，也發(fā)生在農(nóng)業(yè)科技工作者、農(nóng)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(chǎn)檔案的不規(guī)范而只能憑借經(jīng)驗來進行試驗研究。

1.2? ?農(nóng)作物田間生產(chǎn)檔案規(guī)范化要求

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

農(nóng)作物田間生產(chǎn)檔案是專業(yè)的生產(chǎn)檔案，目前還沒有相關(guān)的管理規(guī)定和編制標準，檔案的規(guī)范化無規(guī)則可循。在生產(chǎn)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(nóng)作物生長周期比較長，一個生長周期中有數(shù)個生長階段，每個階段都有相應的生產(chǎn)活動，所以田間生產(chǎn)檔案應把每個階段的生產(chǎn)活動和數(shù)據(jù)都記錄下來，不能遺漏。二是數(shù)據(jù)要真實。每次生產(chǎn)活動都會產(chǎn)生各種數(shù)據(jù)，要真實記錄相關(guān)數(shù)據(jù)，不能有估計值、估算值。三是記錄、編制要規(guī)范化。雖然目前沒有與農(nóng)作物生產(chǎn)檔案相關(guān)的管理規(guī)定和編制標準，但在記錄前也要編制相應規(guī)范，統(tǒng)一記錄內(nèi)容和單位。

2? 田間生產(chǎn)檔案的規(guī)范化

以玉米為例介紹田間生產(chǎn)檔案的規(guī)范化。玉米田間生產(chǎn)檔案是對玉米全生育期的生產(chǎn)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(chǎn)供應商、生產(chǎn)日期、播種時間與播種方式、播種面積；所使用的農(nóng)業(yè)投入品名稱、用量和日期；病蟲草害的發(fā)生和防治情況；收獲時間和產(chǎn)量等信息。玉米田間生產(chǎn)檔案規(guī)范化是對上述生產(chǎn)過程進行詳細、規(guī)范的記錄（表1）。

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

3? 農(nóng)作物生產(chǎn)檔案管理系統(tǒng)建立的關(guān)鍵技術(shù)

農(nóng)作物生產(chǎn)檔案管理系統(tǒng)使用聯(lián)盟鏈（私有鏈）Hyperledger Fabric框架技術(shù)實現(xiàn)生產(chǎn)檔案數(shù)據(jù)的不可篡改，保證了生產(chǎn)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(qū)塊鏈框架，它提供多種模塊插拔選項，分類數(shù)據(jù)賬本可以用多種格式存儲，各節(jié)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(chuàng)建功能，允許一組參與者創(chuàng)建單獨的交易分類數(shù)據(jù)賬本。與其他區(qū)塊鏈系統(tǒng)不同的是，Hyperledger Fabric是一個不允許無身份信息節(jié)點參與網(wǎng)絡(luò)的開放式無權(quán)限系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)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(jié)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(fā)送到區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)；節(jié)點（Peers）負責維護區(qū)塊鏈賬本，分為背書節(jié)點（Endorsing peers）和接收節(jié)點（Committing peers），其中背書節(jié)點為交易做驗證并對交易進行簽名，接收節(jié)點用于接收打包好的區(qū)塊，然后寫入?yún)^(qū)塊鏈中；接收交易信息（Ordering Service）是將交易信息排序后打包成區(qū)塊，放入?yún)^(qū)塊鏈，然后將結(jié)果返回給接收節(jié)點[3]。

Hyperledger Fabric的工作流程為：首先，客戶端通過SDK接口，向背書節(jié)點發(fā)送交易信息；其次，每個背書節(jié)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(fā)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(qū)塊；最后，排序服務集群將區(qū)塊以廣播方式發(fā)送給接收節(jié)點，由其做最后交易驗證，并寫入聯(lián)盟鏈[3]。

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

4? 農(nóng)作物生產(chǎn)檔案管理系統(tǒng)

農(nóng)作物田間生產(chǎn)檔案是推動農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理規(guī)范化的有效措施，農(nóng)作物生產(chǎn)檔案管理系統(tǒng)是管理農(nóng)作物田間生產(chǎn)檔案的有效手段，因此為規(guī)范化管理農(nóng)作物生產(chǎn)檔案，應進行農(nóng)作物生產(chǎn)檔案管理系統(tǒng)的研究與開發(fā)。

4.1? ?系統(tǒng)架構(gòu)

農(nóng)作物生產(chǎn)檔案管理系統(tǒng)采用數(shù)據(jù)、服務、業(yè)務和表現(xiàn)分離的多層設(shè)計理念，以安全可靠的數(shù)據(jù)倉庫和聯(lián)盟鏈為基礎(chǔ)，以專業(yè)的數(shù)據(jù)服務模塊為支撐，實現(xiàn)高效的業(yè)務處理能力，同時融合完備的安全、權(quán)限管理體系，保證了系統(tǒng)穩(wěn)定的安全運行。同時充分考慮系統(tǒng)的兼容性和可擴展性，該系統(tǒng)能夠在Web和移動設(shè)備上以多種形式展現(xiàn)。系統(tǒng)采用J2EE開發(fā)標準，應用異步任務技術(shù)、Ajax技術(shù)進行開發(fā)。系統(tǒng)由展現(xiàn)層、應用層、數(shù)據(jù)層和云層4個層次組成。在展現(xiàn)層，農(nóng)戶和農(nóng)場主可以應用手機或計算機2種方式進入系統(tǒng)管理生產(chǎn)檔案；應用層即為農(nóng)作物生產(chǎn)檔案管理系統(tǒng)；數(shù)據(jù)層包括空間數(shù)據(jù)、知識數(shù)據(jù)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)、檔案數(shù)據(jù)等各類基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和業(yè)務數(shù)據(jù)；該系統(tǒng)架設(shè)在公有云上，云層的應用、存儲和安全能保障系統(tǒng)正常運行（圖2）。

4.2? ?系統(tǒng)功能

農(nóng)作物生產(chǎn)檔案管理系統(tǒng)主要功能包括用戶管理、生產(chǎn)檔案增刪改、生產(chǎn)檔案分析、生產(chǎn)檔案入檔、生產(chǎn)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(chǎn)檔案的增刪改模塊是對各作物的生產(chǎn)檔案進行操作，主要針對小麥、玉米、水稻、蔬菜等多種主要農(nóng)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(chǎn)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(shù)據(jù)不可更改，此模塊應用了聯(lián)盟鏈Hyperledger Fabric的防篡改技術(shù)；生產(chǎn)檔案分析模塊是對種植結(jié)構(gòu)、作物產(chǎn)量、肥料使用情況、農(nóng)藥使用情況按每種作物的生長期進行數(shù)量分析；生產(chǎn)檔案共享功能實現(xiàn)了系統(tǒng)內(nèi)部不同用戶間生產(chǎn)檔案資料的共享（圖3）。

5? 結(jié) 論

規(guī)范化的田間生產(chǎn)檔案是將有形的生產(chǎn)經(jīng)驗為科學種田、科學試驗、科學研究提供依據(jù)，農(nóng)作物生產(chǎn)檔案管理系統(tǒng)是將規(guī)范化的田間生產(chǎn)檔案不可篡改地保存并進行整理、分析。應用分析結(jié)果可與近幾年的生產(chǎn)情況進行對比，估算出當年或第二年的生產(chǎn)情況，還可以通過對比，減少不必要的肥料、農(nóng)藥投入以節(jié)約成本。擁有大量的生產(chǎn)檔案后，可利用大數(shù)據(jù)、人工智能模型等估算農(nóng)作物最終產(chǎn)量，也可利用大數(shù)據(jù)、人工智能模型等采取相應的生產(chǎn)管理措施（施肥、施藥等），以實現(xiàn)農(nóng)作物節(jié)本、增效、高產(chǎn)的目的。這些應用的前提是要有完整、真實、豐富的田間生產(chǎn)檔案，因此開發(fā)建立農(nóng)作物生產(chǎn)檔案管理系統(tǒng)是提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)規(guī)范化管理的重要環(huán)節(jié)，具有廣闊的應用前景。

參考文獻

[1]易振國．農(nóng)業(yè)生產(chǎn)田間檔案制度的新形式[J]．新疆農(nóng)業(yè)科學，1959（3）：369-371.

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

[3]極簡主義．淺析Hyperledger Fabric架構(gòu)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(nóng)藝師，主要從事農(nóng)業(yè)農(nóng)村大數(shù)據(jù)研究工作。E-mail：yangjingfeng1@163.com