CN109358177A - 一种基于区块链的土壤改良跟踪检测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于区块链的土壤改良跟踪检测系统，涉及农业和土壤管理领域。为了解决现在污染土壤改良跟踪过程和改良后土壤生产农产品作物跟踪检测问题。本发明的技术方案为：基于数据感知层模块采集土壤成分信息和农作物生长信息并经过数据加密后上传到数据存储服务器模块；存储服务器模块对各种来源数据标准处理后上传到区块链基础设施模块；数据可视化模块提供土壤和农产品的信息查询。本发明利用区块链数据的不可篡改性和可追溯性为土壤改良跟踪检测数据和生产的农产品作物生长数据提供追本溯源、真伪验证等功能服务。
Description
技术领域
本发明涉及农业土壤领域，特别涉及一种基于区块链的土壤改良跟踪检测系统。
背景技术
随着经济的全球化的快速发展，人类面临生态环境遭到破坏，土壤成分发生改变。其中部分污染土壤土质经过改良恢复后缺乏检测数据，农作物生长详细数据以及后续恢复情况，为发展绿色农业和循环经济，持续跟踪检测必不可少。同时人们对食品质量问题的关注程度越来越高，食品质量安全问题关系到消费者的切身安全和利益。商品的购买者都希望知道自己购买的农产品产地等来源信息；当发生食品安全事故时，监管部门都希望发生食品问题时追溯到具体环节引起问题的负责人。
区块链技术是一个去中心化的分布式账本，区块链使用密码学算法产生数据块，每一个节点都持有一个账本，每个节点都可以对存储的信息进行验证，保证一旦存储便不容易篡改；而且任何拥有权限的人都可以查看数据，所有信息程度高度透明。区块链技术在信息追溯领域有着重大作用，使数据的真实性和完整性得到保证。
现实生活中，土壤改良跟踪检测过程中无法对土壤改良检测和农作物进行持续性的跟踪，而且数据收集方不会很大程度公布出原始检测数据，数据不透明，监管部门无法有效监管和事后追溯困难，消费者对农产品的来源无法追溯，这些都会增加百姓对食品安全的担忧。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于区块链的土壤改良跟踪检测系统，在利用了区块链技术具有不可篡改性的特点，结合数据可视化技术，为土壤改良跟踪检测长期过程中的数据以及生产的农作物数据的采集与保存提供了安全保护，包括防止数据被伪造以及提供追踪溯源，有效的实现土壤改良跟踪检测和农产品追踪溯源，保证食品安全。
实现本发明目的的具体技术方案是：
一种基于区块链的土壤改良跟踪检测系统，特点是该系统包括：
数据感知层模块，用于自动实时或者定期采集土壤土质信息和农产品作物生长信息，并通过无线网络传输数据到存储服务器模块；
存储服务器模块，用于接受来自数据感知层各个设备实时采集的数据信息，并存入到数据库中，处理采集到的数据经过数据处理和打包后通过数据上链把数据存到区块链中；
区块链基础设施模块，用于保存存储服务器模块数据处理、加密打包后的数据块，以区块的形式存储加密后的数据块，并同步到区块链上的其他节点；
数据可视化模块，用于用户查询土壤土质变化数据和土壤产出的农产品作物从播种到收获的生命周期数据，并使用图表等可视化方式展示数据信息。
所述数据感知层模块包括但不限于：土壤土质传感器采集节点、摄像头图像采集节点、温度传感器采集节点、湿度传感器采集节点、光学遥感设备及GPS定位设备；所述土壤土质传感器节点采集土壤土质成分信息；所述摄像头图像采集节点采集农产品作物生产信息；所述温度传感器采集节点采集温度信息；所述湿度传感器采集节点采集湿度信息；所述光学遥感设备采集环境光线变化信息；所述GPS定位设备采集地理信息位置；所述各采集节点及设备通过无线网络将采集到的信息发送到存储服务器模块中。
所述存储服务器模块包含但不限于：文件存储模块、数据库存储模块、数据处理模块及数据上链模块；所述文件存储模块通过无线网络接收并存储来自摄像头图像采集节点传输来的视频图像文件；所述数据库存储模块通过无线网络接收并存储土壤土质传感器、温度传感器、湿度传感器、光学遥感设备、定位设备采集节点上传的采集数据；所述数据处理模块读取并处理文件存储模块和数据库存储模块的数据，采用数据融合算法对冗余数据进行融合处理，降低冗余度；所述数据上链模块通过把数据处理模块处理后的数据进行摘要运算的方式将数据量压缩后，自动将数据打包到区块链基础设施模块上。
所述区块链基础设施模块包含但不限于：P2P网络模块，身份认证模块，加解密算法模块，区块数据库模块；所述P2P网络模块为分布在各个不同地理位置的服务器节点提供一个分布式网络；所述身份认证模块提供一个身份认证管理功能，通过授权的方式进行数据访问控制；所述加解密算法模块提供Hash算法与摘要算法、对称加密和非对称加密算法、数据签名功能对数据进行安全性管理；所述区块数据库模块提供一个读取区块和查询区块的数据库。
所述数据可视化模块包含但不限于：通过读取区块链存储的数据，转换处理为数据集合，以数据可视化提供的系统对土壤土质以地块编号为基础单位或者区块编号进行查询；提供按日期筛选详细信息和各类数据表格；对土壤产出的农产品提供条形码或者二维码查询方式，以网页方式提供农产品作物生长曲线，数据统计相关数据信息。
本发明的有益成果为：本发明提供了一种基于区块链技术的土壤改良跟踪检测系统，能够追踪土壤土质以及生产出来的农作物生长过程与流通过程中的信息，为消费者和监管者对食品生长流通过程更加透明了解。数据感知层模块使用数字签名能够保障节点采集得到的证据的真实性：通过对数字签名的校验以及授权签名者身份等的检查，可以确认数据是采用授权设备进行采集的，数据采集发生的时间、地点和采集的数据。故本发明能够保障各种传感器节点采集得到数据的真实性。通过将使用算法压缩处理后的真实的数据以及相关信息保存入区块链中，利用区块链具有的数据不可篡改的性质，将采集数据妥善保存，生成区块，分布同步区块链数据库里，后续通过区块查询进行确认，则从区块链中读取相关信息进行对比，从而确保采集数据未被人为修改。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案和有效成果更加清楚明白，下面结合以下具体实施例和附图，对本发明作进一步的详细阐述说明。
参阅图1，本发明包括数据感知层模块、存储服务器模块、区块链基础设施模块及数据可视化模块。
数据感知层模块用来采集土壤和农作物信息，通过安装土壤土质传感器采集节点，摄像头图像采集节点，温度传感器采集节点，湿度传感器采集节点、光学遥感设备，卫星定位设备等传感器设备，实时采集土壤土质信息和农产品作物生长信息以及环境信息。其中土壤土质传感器节点采集土壤土质成分信息，摄像头图像采集节点采集农产品作物生产过程中产生的视频图像信息，温度传感器采集节点采集环境中温度信息，湿度传感器采集节点采集环境中的湿度信息，光学遥感设备采集环境24小时光线变化信息。数据感知层模块由多种传感器采集节点构成整个系统的数据采集源，用于通过实时检测土壤土质成分和产出的农作物生长信息。传感器采集节点都具有数据采集和通过无线网络进行数据传输功能，通过设定的实时或者定时时间通过无线网络传输采集数据到存储服务器模块中的文件存储模块和数据库存储模块。
存储服务器模块存储部分由文件存储模块和数据库存储模块组成，负责接收并存储数据感知层传感器节点传输过来的数据。存储服务器处理部分由数据处理模块和数据上链模块组成，负责数据处理和添加处理后的数据到区块链；其中数据处理模块使用融合算法处理来降低传感器节点采集的原始数据冗余度，数据上链模块使用Hash算法对数据进行运算后打包成区块链并添加到区块链基础设施模块。
存储服务器模块用于接受并存储来自数据感知层各个设备实时采集的数据信息。存储服务器模块包括文件存储模块，数据库存储模块，数据处理模块，数据上链模块。其中文件存储模块存储来自摄像头图像采集节点传输来的视频图像文件，数据库模块存储土壤土质传感器、温度传感器、湿度传感器、光线遥感设备、GPS定位设备等数据感知层上传的采集数据。数据处理模块负责处理文件存储模块和数据库存储模块的数据，采用数据融合算法对冗余数据进行融合处理，降低冗余度。数据上链模块通过把数据处理模块处理后的数据进行摘要运算的方式并将数据量压缩后，自动将数据打包到区块链基础设施模块上。
区块链基础设施模块用于把存储服务器模块处理后的信息生成区块并保存在区块链上。区块链基础设施模块包含P2P网络模块，身份认证模块，加解密算法模块，区块数据库模块；P2P网络模块提供一个分布式网络并提供通讯服务；身份认证模块提供一个身份认证管理功能，可以进行密钥的生成和分发和访问权限管理控制，通过授权的方式进行数据访问控制，用户或者已经授权存储服务器模块中的数据上链模块通过授权的密钥进行数据的添加和查询操作；加解密算法模块提供Hash算法与摘要算法、对称加密和非对称加密算法、数据签名等功能对区块加密和签名；区块数据库模块存储生成的区块并提供插入和查询区块的数据接口。
数据可视化模块用于用户查询土壤土质变化数据和土壤产出的农产品作物从播种到收获的生命周期数据。通过区块数据库模块提供的数据接口提供给客户端进行操作，可以对土壤土质以地块编号为基础单位进行查询，查看详细信息和各类数据表格。数据可视化模块读取区块链基础设施模块中区块数据库接口提供给客户端的数据，生成图片和报表。数据可视化模块提供按日期筛选详细信息和各类数据表格和按区块查询区块信息；对土壤产出的农产品提供条形码或者二维码查询方式，以网页等方式提供农产品作物生长曲线，数据统计，详细查询，物流溯源信息，真伪验证等相关数据信息。
实施例
下面详细描述本实施例中的数据感知层模块：
本实施例中的数据感知层模块均匀布置在土壤改良后或者经过污染修复的土地，对土壤进行编号后，以编号为单位布置多种传感器设备，包括多个传感器节点；所述传感器节点分为土壤土质传感器采集节点，摄像头图像采集节点，温度传感器采集节点，湿度传感器采集节点、光学遥感设备，卫星定位设备。各类传感器节点由多个相同传感器设备组成一个监测无线传感器网络，完成土壤环境和室外环境的实时观测，在满足基本参数获取的基础上，为生产者和监督部门的监测等工作提供丰富可靠的数据支持。
下面详细描述本实施例中的存储服务器模块：
上述各类型采集节点分别通过无线网络将采集的数据传输送至服务器，服务器接收到数据后将实时采集的数据解析后存储到数据库存储模块进行数据保存，将摄像头图像采集节点采集到音视频保存的文件存储模块。
存储服务器模块的数据处理模块读取数据库存储模块存储的原始采集数据，采用信息融合算法对数据进行处理，可以有效的增强所采集数据的准确性和覆盖率，降低数据存储大小。可以采用如下常见信息融合算法：加权平均、聚类分析、经典推理、统计决策理论、模糊推理，遗传算法。
存储服务器模块的数据上链模块把融合算法处理得到的数据，当数据量达到一定的数量或者数据量没有达到一定数量而时间达到设定的值时候，数据上链模块把数据处理模块处理后的数据经过Hash摘要计算后将存储进区块链基础设施模块的区块数据库。每一个打包生成的区块都会被创建该节点广播给其他节点进行认证后存储到区块数据库。数据以区块为单元，将数据附加到每一个区块上，每个区块包含区块的Hash值，上一个区块的Hash值，时间戳，数据队列，区块创建者的公钥和签名。
下面详细描述本实施例中的区块链基础设施模块：
区块链基础设施模块的P2P网络用于维护系统的运行和信息交换，接受区块验证、生成区块和同步区块，同时构成P2P网络的节点也提供对区块数据库的查询。区块生成接受后，保存在区块数据库，区块数据库保存整个检测系统生成的所有的已经验证的区块数据。身份认证模块用于操作过程中权限的确认和生成查询区块的权限确认。加解密模块提供整个系统的加密和解密算法模块，包括对称加密和非对称加密算法，Hash算法与数字摘要，数字签名。可以采用如下常见算法:MD5、SHA-256、SHA-512、RSA、椭圆曲线算法、国家商用密码算法、DSA。
下面详细描述本实施例中的数据可视化模块：
数据可视化模块使用多种途径的可视化方式来对区块数据进行展示和验证。具体包括以地块为编号，按照日期生成的土质和农产品作物的表格数据和图形数据；根据区块编号查询区块链此编号区块保存的原始数据；根据农产品的二维码或者条形码进行查询种植日期，生长曲线，土质变化情况，温湿度范围，光照前度，产地相关的所有信息，并支持用户通过验证真假功能查询该记录的原始数据，进行对比判断是否有无篡改记录，实现数据完整性的验证。上述的相关表格和图形数据来源于区块链保存的数据，按照用户的输入查询条件，以网页的形式展现。
Claims (5)
1.一种基于区块链的土壤改良跟踪检测系统，其特征在于，该系统包括：
数据感知层模块，用于自动实时或者定期采集土壤土质信息和农产品作物生长信息，并通过无线网络传输数据到存储服务器模块；
存储服务器模块，用于接受来自数据感知层各个设备实时采集的数据信息，并存入到数据库中，处理采集到的数据经过数据处理和打包后通过数据上链把数据存到区块链中；
区块链基础设施模块，用于保存存储服务器模块数据处理、加密打包后的数据块，以区块的形式存储加密后的数据块，并同步到区块链上的其他节点；
数据可视化模块，用于用户查询土壤土质变化数据和土壤产出的农产品作物从播种到收获的生命周期数据，并使用图表可视化方式展示数据信息。
2.根据权利要求1所述的一种基于区块链的土壤改良跟踪检测系统，其特征在于，所述数据感知层模块包括但不限于：土壤土质传感器采集节点、摄像头图像采集节点、温度传感器采集节点、湿度传感器采集节点、光学遥感设备及GPS定位设备；所述土壤土质传感器节点采集土壤土质成分信息；所述摄像头图像采集节点采集农产品作物生产信息；所述温度传感器采集节点采集温度信息；所述湿度传感器采集节点采集湿度信息；所述光学遥感设备采集环境光线变化信息；所述GPS定位设备采集地理信息位置；所述各采集节点及设备通过无线网络将采集到的信息发送到存储服务器模块中。
3.根据权利要求1所述的一种基于区块链的土壤改良跟踪检测系统，其特征在于，存储服务器模块包含但不限于：文件存储模块、数据库存储模块、数据处理模块及数据上链模块；所述文件存储模块通过无线网络接收并存储来自摄像头图像采集节点传输来的视频图像文件；所述数据库存储模块通过无线网络接收并存储土壤土质传感器、温度传感器、湿度传感器、光学遥感设备、定位设备采集节点上传的采集数据；所述数据处理模块读取并处理文件存储模块和数据库存储模块的数据，采用数据融合算法对冗余数据进行融合处理，降低冗余度；所述数据上链模块通过把数据处理模块处理后的数据进行摘要运算的方式将数据量压缩后，自动将数据打包到区块链基础设施模块上。
4.根据权利要求1所述的一种基于区块链的土壤改良跟踪检测系统，其特征在于，区块链基础设施模块包含但不限于：P2P网络模块，身份认证模块，加解密算法模块，区块数据库模块；所述P2P网络模块为分布在各个不同地理位置的服务器节点提供一个分布式网络；所述身份认证模块提供一个身份认证管理功能，通过授权的方式进行数据访问控制；所述加解密算法模块提供Hash算法与摘要算法、对称加密和非对称加密算法、数据签名功能对数据进行安全性管理；所述区块数据库模块提供一个读取区块和查询区块的数据库。
5.根据权利要求1所述的一种基于区块链的土壤改良跟踪检测系统，其特征在于，数据可视化模块包含但不限于：通过读取区块链存储的数据，转换处理为数据集合，以数据可视化提供的系统对土壤土质以地块编号为基础单位或者区块编号进行查询；提供按日期筛选详细信息和各类数据表格；对土壤产出的农产品提供条形码或者二维码查询方式，以网页方式提供农产品作物生长曲线，数据统计相关数据信息。
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