CN109408753A - 一种基于区块链溯源系统的农场数据展示平台 - Google Patents
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- G06Q50/00—Systems or methods specially adapted for specific business sectors, e.g. utilities or tourism
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Abstract
本发明公开了一种基于区块链溯源系统的农场数据展示平台，整个系统架构由四个部分组成：区块链后端服务器、生产管理采集手机前端、传感器农场采集网络以及数据可视化网页。生产管理采集手机前端与传感器农场采集网络分别负责对成熟农产品包装数据以及未成熟的农产品的生产过程的数据进行采集，数据采集完毕后直接上传到区块链后端服务器当中。区块链后端服务器在接收到数据上传之后会将数据分类存储并将上传数据的地理位置、数据类型、区块链运行状态等信息数据转发给数据可视化网页。本发明将区块链作为农业数据存储的主要形式，同时引入网页地图使传感器和手机等数据采集设备能够在地图中更加直观的显示。
Description
技术领域
本发明属于区块链技术领域、计算机网络通信领域、手机APP软件开发领域等，系统技术应用于农业领域、农产品溯源领域以及食品安全领域。
背景技术
随着经济的高速发展和生活质量的不断提高，食品安全问题尤其是农产品的安全问题引起了社会的广泛关注。农产品是人们日常生活消费的必需品，其质量安全关系到消费者的身体健康及生命安全。在农业技术不断改革创新的环境下，农产品的产量已经不再是困扰农业发展的主要问题，农产品的安全质量保证及其口碑是产品销量提高的重要前提。即，消费者希望购买具有安全质量保障的农产品，而生产者也希望通过渠道证明自己农产品的安全可靠性以打造产业品牌和获取更大收益。
目前，现代农业和经济的发展促进使得农产品的质量与安全受到生产、加工、物流等多重因素的影响，因此，建立全面的农产品溯源系统是保障农产品安全的有效手段。大部分溯源系统缺乏详细的消费者所关注的生产信息及产地环境信息的可视化展现。根据国内目前的技术现状，农产品溯源系统仍处于试点阶段，系统体制各不相同，通常也只普及到各试点的超市范围。
发明内容
本发明设计并实现了一个基于区块链溯源系统的农场数据展示平台。通过该平台能够直观地展示农场传感器以及农场生产管理采集终端以及农产品区块链存储系统的协同工作情况。
为了实现上述目标，本发明采用的技术方案为一种将区块链与B/S和C/S架构结合的基于区块链溯源系统的农产数据展示平台。
整个系统架构由四个部分组成：区块链后端服务器、生产管理采集手机前端、传感器农场采集网络以及数据可视化网页。其中，生产管理采集手机前端与传感器农场采集网络分别负责对成熟农产品包装数据以及未成熟的农产品的生产过程的数据进行采集，数据采集完毕后直接上传到区块链后端服务器当中。区块链后端服务器在接收到数据上传之后会将数据分类存储并将上传数据的地理位置、数据类型、区块链运行状态等信息数据转发给数据可视化网页，可视化网页根据数据情况结合相应的布局方式实现实时的采集数据的上传地理位置标注、数据摘要的展示以及区块链运行状态的监控。
区块链可视化平台设计并实现了对数据接入层数据上链过程的展示。当区块链服务器后端收到数据上链的请求时，可视化系统将对获取农场数据的来源进行地理位置信息的展示，同时展示当前区块链的运行状态以及数据上链的状态。其中，对于数据上链过程，可视化系统将在地图中标识出商品上链请求发出的地理位置以及相应数据记录在区块链中存储的地址。同时，系统将展示当前系统状态下的区块高度、最新区块的产生时间等等。
区块链可视化系统使用浏览器/服务器(B/S架构)实现。前端浏览器负责对实时上传至区块链的信息和数据进行地理位置以及区块链信息数据的展示，区块链服务器除了将手机APP以及传感器网络上传的数据转存至区块链以外，还需要在转存完成的第一时间将部分溯源数据和区块链数据推送到浏览器前端。
如图1所示，区块链可视化系统框架可以理解为基于溯源系统的一种延伸的应用，不同之处在于其关注点不再是商品本身而是数据接入的过程以及区块链的运行状态。就软件架构而言，区块链可视化系统被看作是原有的客户端/服务器架构下加入了Web浏览器前端。在农场数据采集上传客户端将数据上传的同时，服务器端将数据存储至区块链中，同时区块链服务器向采集客户端返回数据上链成功消息的同时，将数据转发到Web浏览器前端进行数据可视化展示。
区块链可视化平台的核心是区块链服务器。区块链服务器一方面作为后端数据接口，与数据采集手机前端以及数据采集传感器网络前端构成客户端/服务器架构；另方面也需要作为可视化网页的数据后端，与浏览器构成浏览器/服务器架构。在此，区块链服务器在处理手机传感器网络数据采集前端与处理浏览器前端的不同点在于，采集客户端数据的上传采用的是基于TCP/IP协议的Http请求来完成，而网站浏览器前端使用的是Socket推送的方法。Http请求是前端主动向服务器端进行数据请求，获取服务器的响应；为了保证数据展示的实时性，Socket请求在本系统中是服务器主动与前端建立连接并主动向前端推送信息。
由于本系统中区块链的开发使用的是Node.js语言，对于Node.js语言来说其自身支持在本地直接建立Web服务器后端，因此数据可视化的浏览器服务器与区块链服务器使用同一个硬件服务器地址，并在不同端口下建立各自的Web服务器，两个Web端的数据的交互即可在服务器本地实现。
区块链可视化系统完全集成在区块链溯源系统框架之中。溯源框架下，区块链服务器建立web后端使用Node.js语言，其建立服务器后端的方式是将服务器所在的IP地址中的端口作为Http协议的服务器端，对该端口进行数据的监听，以异步的方式接收前端所上传的数据。区块链可视化系统采用B/S架构，使用Node.js选择与接收数据不同的端口作为可视化系统服务器的后端，结合以太坊私有链的客户端，将区块链的运行情况以及数据上传的情况通过可视化系统的端口利用Socket方式推送到前端浏览器页面中进行处理。区块链可视化系统运行逻辑框图如图2所示。
服务器首先需要建立端口7001和端口7002并进行监听，作为采集数据上传的接收后端，与此同时端口7005也建立一个Web后端，作为可视化浏览器前端所对应的推送服务器端口。
区块链接口的Node.js程序通过Web3.js与以太坊进行交互。Web3.js是以太坊官方进行所提供的对客户端命令封装至node.js语言的一个外部操作接口。通过Web3.js能够适用node.js语言获取整个区块链的运行信息、账户信息、账户余额、交易消息等等。
服务器推送端口对接收存储采集数据的事件进行监听，设置事件监听触发函数。当区块链将数据打包存储至区块成功的事件触发的时候，数据接收端口(7001或7005)接收的数据与区块链运行情况的数据将集体打包成一个JSON格式的数据，并转发至端口7005通过Socket推送到浏览器的前端。具体的推送字段由表1与表2所示。
表1APP扫码数据可视化字段
表2传感器数据可视化字段
浏览器端使用基础的JavaScript/HTML/CSS的开发框架进行实现。页面布局中，分别显示区块链累计运行信息、传感器数据上传信息以及扫码上传信息。页面的背景使用地图的背景。每当服务器端接收数据并成功存储的时候都会推送数据到浏览器前端，前端会根据数据类型在不同的显示表格中进行数据的显示，然后通过经纬度数据在背景地图中标注出采集数据上传的位置，标注点会跳动50秒后自动消失。当接收到多条数据的推送的时候，页面的表格中会显示最新接收到的数据，但地图中标注点设置了鼠标点击事件，通过点击地图中的点查看其详细的数据信息。
本发明的创新点在于，区块链可视化系统能够一方面将农场的各类数据在区块链中存储，同时另一方面能够实现对与区块链相连接的全部采集终端(传感器、手机终端)的运行状态以及区块链自身运行状态的可视化。相比于传统的农业数据可视化平台，本发明将区块链作为农业数据存储的主要形式，同时引入网页地图使传感器和手机等数据采集设备能够在地图中更加直观的显示。
其意义在于通过对数据源的展示能够清晰的监控到每个农场节点的运行状态以及各传感器的运行状态，从而在系统出现故障的第一时间能够准确地定位出故障地理坐标并以最快的时间解决问题。
附图说明
图1为区块链可视化系统框图。
图2为区块链可视化系统运行逻辑。
图3为服务端启动成功截图。
图4为传感器数据上链过程。
图5为交易区块的结构。
图6为APP数据上链过程。
图7为区块链可视化平台布局。
图8为手机APP上链过程展示。
具体实施方式
首先，服务器端进启动，在服务器的日志中显示三个开启监听的端口，开启成功的结果如图3所示：
传感器数据为自动上传，时至本文完成之前，系统在三个地区布置了传感器网络监测节点，所有的传感器节点以每5分钟上传一次频率不断运行。图4中所示为传感器节点进行数据上传的时候，区块链后端在日志中的输出。
传感器数据使用7002端口进行接收，图中第一个和第三个大括号中是接收传感器上传的JSON数据，下面一长串的16进制数为对接收数据JSON进行的16进制转码，第二个大括号中是通过Web3.js输出在日志控制台中显示的区块链交易信息JSON数据，其中input字段就是该条交易记录中所存储的采集数据[40]。第四个大括号是当交易确认之后，将交易地址和传感器ID以及后台管理系统的数据表的名称打包转发至后台管理服务器的JSON数据。
除此之外，使用Web3.js查询每个区块的结构信息如图5所示。能够从这一项JSON数据中看到某个区块中的所有信息，包括当前区块的哈希值、生成时间、上一区块哈希值、挖矿确认随机数等等。
手机APP数据采集的上传是通过人为手工操作来完成。此类数据使用7001端口进行接收，区块链服务器接收手机APP数据上传控制台的日志输出如图6所示。其主要内容与传感器输出日志类似，第一个和第三个大括号JSON数据展示了已接收的部分上传数据，下面一长串的16进制数为对接收数据JSON进行的16进制转码，第二个大括号中是通过Web3.js输出在日志控制台中显示的区块链交易信息JSON数据，其中input字段是该条交易记录中所存储的APP扫码所采集的数据信息，第四个JSON是要转存至后台服务器的区块链存储地址。
前端可视化浏览器的布局如7所示：
左侧两个表格分别为区块链累计信息以及传感器采集数据上链情况。上图中为当服务器后端收到传感器采集上传的数据推送时候在地图中进行定位并显示传感器以及区块链的信息。图中地图的标注有多个位置点，张家口有3个重合的标注点，四川也有3个重合的标注点，而左侧表格中所显示的是最新推送的数据。
手机APP采集上传数据的可视化显示如图8所示：
图8中所有传感器节点都刚刚完成数据上传，因此背景地图中有多个跳动的标注点。而右侧信息中显示的则是最新完成采集的APP上传数据，其定位位置为四川省自贡市。浏览器中APP的数据显示与传感器的数据显示之间没有冲突，能够同时存在。
Claims (8)
1.一种基于区块链溯源系统的农场数据展示平台，其特征在于：该平台是一种将区块链与B/S和C/S架构结合的基于区块链溯源系统的农产数据展示平台；
整个平台架构由四个部分组成：区块链后端服务器、生产管理采集手机前端、传感器农场采集网络以及数据可视化网页；其中，生产管理采集手机前端与传感器农场采集网络分别负责对成熟农产品包装数据以及未成熟的农产品的生产过程的数据进行采集，数据采集完毕后直接上传到区块链后端服务器中；区块链后端服务器在接收到数据上传之后会将数据分类存储并将上传数据的地理位置、数据类型、区块链运行状态信息数据转发给数据可视化网页，可视化网页根据数据情况结合相应的布局方式实现实时的采集数据的上传地理位置标注、数据摘要的展示以及区块链运行状态的监控；
当区块链服务器后端收到数据上链的请求时，可视化网页将对获取农场数据的来源进行地理位置信息的展示，同时展示当前区块链的运行状态以及数据上链的状态；其中，对于数据上链过程，可视化网页将在地图中标识出商品上链请求发出的地理位置以及相应数据记录在区块链中存储的地址；同时，将展示当前状态下的区块高度、最新区块的产生时间。
2.根据权利要求1所述的一种基于区块链溯源系统的农场数据展示平台，其特征在于：区块链可视化网页使用浏览器/服务器即B/S架构实现；前端浏览器负责对实时上传至区块链的信息和数据进行地理位置以及区块链信息数据的展示，区块链服务器除了将手机APP以及传感器网络上传的数据转存至区块链以外，还需要在转存完成的第一时间将部分溯源数据和区块链数据推送到浏览器前端。
3.根据权利要求1所述的一种基于区块链溯源系统的农场数据展示平台，其特征在于：区块链可视化网页框架为基于溯源系统的一种延伸的应用，不同之处在于其关注点不再是商品本身而是数据接入的过程以及区块链的运行状态；就软件架构而言，区块链可视化系统被看作是原有的客户端/服务器架构下加入了Web浏览器前端；在农场数据采集上传客户端将数据上传的同时，服务器端将数据存储至区块链中，同时区块链服务器向采集客户端返回数据上链成功消息的同时，将数据转发到Web浏览器前端进行数据可视化展示。
4.根据权利要求1所述的一种基于区块链溯源系统的农场数据展示平台，其特征在于：区块链可视化平台的核心是区块链服务器；区块链服务器一方面作为后端数据接口，与数据采集手机前端以及数据采集传感器网络前端构成客户端/服务器架构；另方面也需要作为可视化网页的数据后端，与浏览器构成浏览器/服务器架构；在此，区块链服务器在处理手机传感器网络数据采集前端与处理浏览器前端的不同点在于，采集客户端数据的上传采用的是基于TCP/IP协议的Http请求来完成，而网站浏览器前端使用的是Socket推送的方法；Http请求是前端主动向服务器端进行数据请求，获取服务器的响应；为了保证数据展示的实时性，Socket请求在本系统中是服务器主动与前端建立连接并主动向前端推送信息。
5.根据权利要求1所述的一种基于区块链溯源系统的农场数据展示平台，其特征在于：由于区块链的开发使用的是Node.js语言，对于Node.js语言来说其自身支持在本地直接建立Web服务器后端，因此数据可视化的浏览器服务器与区块链服务器使用同一个硬件服务器地址，并在不同端口下建立各自的Web服务器，两个Web端的数据的交互即可在服务器本地实现。
6.根据权利要求1所述的一种基于区块链溯源系统的农场数据展示平台，其特征在于：区块链可视化系统完全集成在区块链溯源系统框架之中；溯源框架下，区块链服务器建立web后端使用Node.js语言，建立服务器后端的方式是将服务器所在的IP地址中的端口作为Http协议的服务器端，对该端口进行数据的监听，以异步的方式接收前端所上传的数据；区块链可视化系统采用B/S架构，使用Node.js选择与接收数据不同的端口作为可视化系统服务器的后端，结合以太坊私有链的客户端，将区块链的运行情况以及数据上传的情况通过可视化系统的端口利用Socket方式推送到前端浏览器页面中进行处理。
7.根据权利要求1所述的一种基于区块链溯源系统的农场数据展示平台，其特征在于：服务器首先需要建立端口7001和端口7002并进行监听，作为采集数据上传的接收后端，与此同时端口7005也建立一个Web后端，作为可视化浏览器前端所对应的推送服务器端口；
区块链接口的Node.js程序通过Web3.js与以太坊进行交互；Web3.js是以太坊官方进行所提供的对客户端命令封装至node.js语言的一个外部操作接口；通过Web3.js能够适用node.js语言获取整个区块链的运行信息、账户信息、账户余额、交易消息。
8.根据权利要求1所述的一种基于区块链溯源系统的农场数据展示平台，其特征在于：服务器推送端口对接收存储采集数据的事件进行监听，设置事件监听触发函数；当区块链将数据打包存储至区块成功的事件触发的时候，数据接收端口7001或7005接收的数据与区块链运行情况的数据将集体打包成一个JSON格式的数据，并转发至端口7005通过Socket推送到浏览器的前端；具体的推送字段由表1与表2所示；
表1 APP扫码数据可视化字段
表2传感器数据可视化字段
浏览器端使用基础的JavaScript/HTML/CSS的开发框架进行实现；页面布局中，分别显示区块链累计运行信息、传感器数据上传信息以及扫码上传信息；页面的背景使用地图的背景；每当服务器端接收数据并成功存储的时候都会推送数据到浏览器前端，前端会根据数据类型在不同的显示表格中进行数据的显示，然后通过经纬度数据在背景地图中标注出采集数据上传的位置，标注点会跳动50秒后自动消失；当接收到多条数据的推送的时候，页面的表格中会显示最新接收到的数据，但地图中标注点设置了鼠标点击事件，通过点击地图中的点查看其详细的数据信息。
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