基于区块链的冷链货物空陆联运跟踪系统设计
文/姜瑶  2020年第10期第152页  2020-09-24

  摘要:针对冷链物流运输时限高、运输条件严苛的特点,本文拟通过构建基于区块链的空陆联运跟踪系统,利用物联网底层技术实时收集冷链货物的状态信息,建立可多方分享的分布式账本,可有效实现运输过程全程监管,提高运输透明度和客户信任度,节约运输成本,明确责任归属,能为区块链技术在冷链物流空陆联运关键环节上的应用提供借鉴。

  关键词:冷链物流; 空陆联运; 区块链技术, 物联网

  1.研究背景

  近年来,由于消费者对生鲜产品需求的日益提高,冷链运输的市场也逐步扩大。政府部门对冷链物流的发展高度重视,支持力度不断加大。在国务院办公厅2017印发的《关于加快发展冷链物流保障食品安全促进消费升级的意见》中指出[1],冷链物流行业存在标准体系不完善、基础设施相对落后、专业化水平不高等问题,提出到2020年基本建立“全程温控、标准健全、绿色安全、应用广泛”的冷链物流服务体系,冷链物流信息化、标准化水平大幅提升的发展目标。冷链物流行业已进入高速发展阶段,蕴藏着巨大的潜在价值。

  目前,由于长途运输采用航空运输速度快、破损率低,中短途运输采用公路运输成本低、定点准,我国的大部分冷链运输从发送至收货包含航空运输和公路运输两个部分,常因监管不善,发生“断链”现象,冷链物流整体的服务质量仍有待提高。

  针对解决冷链空陆联运的监管问题,目前已设计有通过MultiSS系统构建的冷链物流监控系统、基于微信公众平台的冷链配送测控系统、基于双模定位的冷链物流实时监测系统等的开发方向,整体效果显著,但由于大多数系统均采用中心化的系统采集、存储、传递数据,一旦中心化存储的数据库状态异常,相关各主体均有一定程度的不良影响,甚至导致系统功能短暂失效。其次,中心化的系统还可能存在信息被篡改、私密性不佳、真实性存疑等信任问题。因而本文提出基于区块链技术的冷链货物空陆联运跟踪系统,其分布式存储账本能有效避免中心化管理机构的弊端,系统中的数据块由整个系统中具有维护功能的节点来共同维护,且一旦信息经过验证并添加至区块链就会永久储存,对单个节点的修改无效,因而区块链系统的数据稳定性和可靠性极高。

  2.系统功能

  2.1系统整体功能概述

  基于区块链的冷链货物空陆联运跟踪系统针对有一定价值、需要全程制冷进行空陆联运的生鲜货物、时限药品等,采用区块链技术建立分布式账本,将货物的实时温湿度、定位信息上传至区块链,实现联盟链内各主体(托运人、陆运承运人、空运承运人、收货人、监管部门)共享货物状态信息,共同监控冷链运输是否全程“不断链”,跟踪货物是否按照订单要求运输,并对运输途中温度、定位、运输震动异常的货物进行应急处理,运输过程结束后根据区块链上的实时记录公示进行费用清算和责任追究。该系统的建成可规范化监管冷链物流,提高冷链运输质量,增加消费者对冷链运输的信任值和满意度。

  2.2系统模块功能分述

  2.2.1陆运跟踪

  冷链货物由始发地通过公路运输到达机场的运输过程是冷链物流的最先一公里,跟踪系统在此期间对货物的预冷等保障措施进行跟踪监控。冷藏货车上配有车载冷藏箱,货物放置于冷藏箱内,且货物包装上设置有RFID温度检测电子标签、GPS定位标签、通过测量货物加速度值判定异常震动的WISP标签。货物从放入冷藏箱开始,每隔五分钟被检测一次温度,并将获取到的温度数据、定位信息、加速度值(震动强度)通过网关OS进行协议转换和数据处理后上传至区块链网络,在共识认证处理之后,将新的区块加在合法的链上,并给节点返回相应的区块信息。托运人、陆运承运人、空运承运人、收货人均可在联盟链内共享冷链货物的温度、定位、异常震动信息,使“最先一公里”陆运过程公开透明,不可篡改[2]。

  2.2.2航空运输冷链货物跟踪

  (1)冷链货物运送到指定机场,RFID定位标签将当前定位信息上传至区块链,各主体均可查看并核对到达机场正误。货物从冷藏箱内取出进行安检,随后暂时转存放入机场冷库相应的温度存储区等待装机,此时在合理范围内温度波动不会引发温度异常警报。

  (2)对于疫苗、生物制品等时间温度极度敏感的冷链货物,包装上另设有时间温度敏感货物标签,从定位到达机场开始计时,超过预期时限未装机运输,则通过区块链发送预警,公示货物状态,使托运人获知货物存在失效风险,当前节点需及时采取优先装机、加急运输、更改运输方式等应急措施。

  (3)候机时如遇航班延误或其他偶然事件,航空承运人所在节点从航空公司或机场获取信息,随即向区块链上传延误信息并链内广播,陆运承运人及收货人可据此调整后续的接收货行程[3]。

  2.2.3异常警报

  货物包装上设有RFID温度检测电子标签、GPS定位标签测量货物以及用来判定异常震动的WISP标签,用来定时测定数据并上传数据到区块链。当上传的温度记录值超出订单设定的正常范围,或加速度骤变出现异常震动时,系统将数据分析的结果反馈至冷链跟踪主体,全网公示异常温度警报或异常震动警报,时间戳记录时间,随后区块链通报该节点或相邻节点责任人采取相应措施。该环节的承运人根据警报信息查看货物状态,调节适宜温度,使其适合后续运输。且该温度或震动异常及警报信息已被记录在区块链的分布式账本上,以便在运输结束后根据货物的变质程度追究责任。

  3.系统架构

  系统组成如图1所示:

  图1 系统框架形成

  用户层是冷链物流的参与者,主要包括:托运人、陆运承运人、空运承运人、收货人和监管部门。

  应用层是系统通过客户端向用户层提供的服务,主要包括:订单提交与公示、定位跟踪和温度监控、异常警报、运费结算和责任追究。

  区块链网络包括了共识机制、智能合约、加密算法等,其中共识机制是区块链部分的核心。系统采用DPOS作为共识机制, 感知层是系统的基础数据源,包括物联网网关和智能数据采集设备。将货物贴上温度和定位标签,相应的智能数据设备将实时采集温度、位置、震动强度等原始数据。物联网网关将感知层和区块链网络联系在一起,网关将智能设备的原始数据进行封装、转发,并将区块链网络下发的数据包解析成智能设备能实现的命令。

  4.系统加密体系

  该系统的区块链采用非对称加密算法RSA,相对于传统的对称加密算法更加安全。每个链上的用户都拥有公钥和私钥共两个密钥,两个密钥互相匹配,但只有公钥对外开放而私钥仅本人拥有。该算法能够同时用于加密和数字签名,易于理解和操作,可广泛运用。信息的传输加密流程如图2示。

  图2 系统加密体系构建

  6.结语

  本文针对冷链空陆联运全程的跟踪监控问题,分析了现阶段冷链运输现状及关于透明度、成本控制、责任追究的需求,提出了基于区块链技术的冷链货物空陆联运系统,该系统通过物联网智能设备采集实时物流数据,利用区块链建立分布式账本,经过共识与验证上传存储于区块链,在确保数据的真实客观且无法篡改的同时,多方共享链内的物流信息使冷链运输过程透明化,利于跟踪监控,便于应对调整,易于责任追究。对区块链技术和冷链物流领域的进一步结合提供了参考和借鉴。相信在先进科学设备与区块链跟踪系统的共同完善下,冷链物流能给越来越多的地方送去新鲜与放心。C

  (作者单位:昆明理工大学)

  参考文献

  [1]国务院办公厅. 国务院办公厅关于加快发展冷链物流保障食品安全促进消费升级的意见[Z]. 2017-04-21.

  [2]高琰晨.基于区块链技术的物流信息追溯机制研究[C].浙江工业大学,2019.

  [3]刘昱刚;王添碧;王海玥;莫文.基于区块链技术的多式联运电子提单研究[J].交通运输系统工程与信息,2018,v.18,78-83.


【编辑:editor】
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