一种基于区块链的农产品产量估算方法和系统

技术领域

本发明涉及农产品预测技术领域，具体而言，涉及一种基于区块链的农产品产量估算方法和系统。

背景技术

农产品价格波动对于市场参与者来说是一个受多种因素影响的严重问题。主要原因在于对农业产量估算的不确定性。事实上，有效的产量估算方法可能有助于决策参与者制定有效且稳定的农业生产和价格政策。而传统和遥感的方法虽然可以得到的最终产量估算。但是，这些方法仅在产品播种季节之后才产生预测结果，带有主观性和滞后性。现有的产量估算系统通常是以中心化的经验统计模型为主，而农业气象数据与作物产量之间却存在多种隐变量，这导致传统模型在大范围内的适用性有限。因此，依靠传统的方法，决策者很难采取必要的预防措施来制定可持续的农业政策。

为了解决上述问题，本发明提供了一种基于区块链的农产品产量估算方法和系统，以用于解决传统和遥感观测的方法不能在播种季之前对农产品进行有效的产量估计以及适用性有限等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于区块链的农产品产量估算方法，包括：第一终端获取产量承诺声明；所述产量承诺声明包括第一终端用户种植的农作物类型和种植面积；第二终端获取审计产量声明；所述审计产量声明是指第二终端用户审查所述第一终端用户的履约情况得到的审查结果；第三终端将所述产量承诺声明和所述审计产量声明打包成区块并形成区块链进行数据存储；从存储的区块链数据中获取所述审计产量声明，并基于所述审计产量声明，确定所述第一终端用户的声誉值；从存储的区块链数据中获取所述产量承诺声明，所述第三终端基于所述声誉值和对应的产量承诺声明，估算收获的农产品的总量。

进一步的，所述第一终端获取产量承诺声明，包括：所述第一终端启动生产智能合约，判断所述第一终端是否在规定时隙内上传所述产量承诺声明；若是，则将该产量承诺声明公布在区块链网络中，等待审计；若否，则所述第三终端更新该第一终端用户的声誉值。

进一步的，所述更新该第一终端用户的声誉值，包括：判断所述第一终端用户是否为新注册用户；若是，则更新所述第一终端用户的声誉值为

进一步的，所述第二终端获取审计产量声明，包括：所述产量承诺声明公布，创建审计智能合约；对于每份所述产量承诺声明，选取多名第二终端用户进行审查；分别判断每个所述第二终端用户是否在规定时隙内提交审计报告；若是，则该第二终端创建一个审计报告事务，并将该产量承诺声明的履约情况公布在区块链网络；若否，则降低该第二终端用户的声誉值，并重新选取替代第二终端用户重新进行审查。

进一步的，所述第二终端用户从所述第一终端用户中选取，并在所述审查结果中附加位置证明；所述选取多名第二终端用户进行审查，包括：所述审计智能合约将区块链上最后一个区块的哈希值作为输入，并通过哈希函数将所述哈希值映射到生产区间中，得到审计整数；所述生产区间为[1,θ]，其中，θ为所述第一终端用户的总人数；基于所述第一终端用户的编号和所述审计整数，从已注册的第一终端用户中选择多名第二终端用户。

进一步的，还包括增加所述第一终端用户，包括：待定第一终端用户向农业机构请求授权证书；判断所述待定第一终端用户是否符合必要条件；若是，则签名授权，创建证书，并将所述待定第一终端用户新增为所述第一终端用户；若否，则拒绝将所述待定第一终端用户注册为所述第一终端用户。

进一步的，还包括增加所述第三终端用户，包括：待定第三终端用户发起注册请求；创世区块指定的第三终端用户初始化管理智能合约，并发起投票；被指定的第三终端用户通过区块链分别进行投票，并将投票结果存储在所述区块链中；基于所述区块链中记录的投票结果，判断所述管理智能合约是否通过；若是，则所述待定第三终端用户加入系统，并将其新增为所述第三终端用户；若否，则拒绝将所述待定第三终端用户注册为所述第三终端用户。

进一步的，所述确定所述第一终端用户的声誉值，包括：基于所述审计产量声明，确定所述第一终端用户的表现得分；将多个所述表现得分的平均值作为所述第一终端用户的最终表现得分；基于所述最终表现得分和当前声誉值，得到所述第一终端用户的更新后的声誉值。

进一步的，所述第三终端将所述产量承诺声明和所述审计产量声明打包成区块并形成区块链进行数据存储，包括：将时间分为多个时隙，并依照时序对所述多个时隙依次编号；每个所述时隙与一个区块相关联；每个区块接收并存储对应时隙内的操作；基于区块的编号和第三终端用户的编号，确定打包该区块的第三终端用户；区块的编号与时隙的编号相应；其中，对于区块B

本发明的目的在于提供一种基于区块链的农产品产量估算系统，包括应用层、接口层、服务层和存储层，所述应用层用于获取并处理用户数据，包括数据获取模块、可编程应用场景、用户应用模块和智能管理模块；所述数据获取模块用于数据输入；所述可编程应用场景用于种植数据分析；所述用户应用模块用于将第一终端用户、第二终端用户和企业用户接入该农业产量估算系统；所述智能管理模块用于第二终端用户协作验证；所述接口层用于模块之间的调用，包括应用程序编程接口API；所述服务层用于保证业务的安全和数据处理，包括产量数据分析模块、智能合约模块、安全模块和PBFT共识模块；所述产量数据分析模块用于分析收获的农产品的总量，并将估算得到的农产品的总量发送给第三终端；所述智能合约模块用于生成智能合约；所述安全模块用于密钥管理、隐私保护和密钥授权；所述PBFT共识模块用于在创建区块时实现拜占庭容错法；所述存储层用户存储数据，包括数据接收模块、溯源模块、区块链网络和数据库；所述数据接收模块用于接收注册信息、授权信息、产量承诺声明和审计产量声明；所述溯源模块用于数据收集、数据验证和数据处理，并基于需要溯源的信息的数据从区块链网络中获取信息的源头，基于信息的源头判断溯源的信息的真假；所述区块链网络用于接收所述产量承诺声明和所述审计产量声明，并进行智能合约和身份验证；所述数据库用于存储数据。

本发明实施例的技术方案至少具有如下优点和有益效果：

本发明基于区块链技术设计了智慧农业场景下的产量估算方法及系统，通过搭建联盟区块链为市场中的所有农业参与者提供了一个分布式、可扩展、抗审查、防篡改和强烈不可变的农业产量数据的公共账本。通过离散时隙约束结合信誉模型实现了对农户的种植过程与管理员审计行为的双向监督，保障产量承诺机制的顺利执行，并最终实现农业产量的估算。

主要解决了传统基于经验统计模型的产量估算方法对于农业产量预测的主观性与滞后性。允许在播种季前对农业产量进行有效预测，使农民能够与市场上其他参与者分享即将到来的收获季节的种植计划。该方法还使农民能够观察其他人的计划并调整他们自己的投资，有利于决策者制定有效且稳定的农业生产和价格政策，这对于解决农业市场价格波动和供需关系不平衡等问题将产生重大影响。

附图说明

图1为本发明一些实施例提供的一种基于区块链的农产品产量估算方法的示例性流程图；

图2为本发明一些实施例提供的一种基于区块链的农产品产量估算系统的示例性示意图；

图3为本发明一些实施例提供的应用农产品产量估算系统的示例性流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

图1为本发明一些实施例提供的一种基于区块链的农产品产量估算方法的示例性流程图。如图1所示，基于区块链的农产品产量估算方法的流程包括以下内容：

步骤110，第一终端获取产量承诺声明；所述产量承诺声明包括第一终端用户所要种植的农作物类型和种植面积。

第一终端用户是指从事农产品生产的人员。例如，第一终端用户可以是农民，农民是天然的农业参与者和系统用户，法律意义上拥有农田并根据土地所在的区域种植相应的农作物。他们可以在该系统中承担两种角色：第一终端用户和第二终端用户。即定期作为第一终端用户，在系统中宣布其农田中所种植作物的产量承诺。与此同时，还可以被指派为一名第二终端用户，对农业第一终端用户的履约情况进行观察，并报告一个审计结果，表示第一终端用户的履约率。第一终端是指第一终端用户使用的终端。例如，农民使用的智能电话、电脑等。

在一些实施例中，所述第一终端获取产量承诺声明，包括：所述第一终端启动生产智能合约，判断所述第一终端是否在规定时隙内上传所述产量承诺声明；若是，则将该产量承诺声明公布在区块链网络中，等待审计；若否，则所述第三终端更新该第一终端用户的声誉值。

智能合约是指区块链中的智能合约，智能合约是指一种包含自动执行代码的计算机协议，可以在不需要第三方的情况下进行交易和商业合作，从而实现合同自动执行和信任，避免了一些中间环节的干扰，提高了交易的效率，方便了交易的操作。生产智能合约是指与生产相关的智能合约。

在一些实施例中，所述更新该第一终端用户的声誉值，包括：判断所述第一终端用户是否为新注册用户；若是，则更新所述第一终端用户声誉值为

声誉值可以用于衡量第一终端用户的可靠性水平。例如，第一终端用户可以是农民，通过查看农民的声誉值，其他农民可以确定他们在投资即将到来的收成季节时是否应该考虑该第一终端用户的承诺。另一方面，有效的产量承诺，系统将激励农民根据平台上积累的承诺进行投资。由于声誉分数低于平均声誉值的农民的承诺不会包括在其他农民的投资计划中，因此该农民将无法获得所需的利润。因此，声誉值可以使系统能够激励第一终端用户履行他们的承诺。初始声誉值是指刚刚注册完成且尚未做出任何承诺的第一终端用户的声誉值，该初始声誉值是系统自动赋予的。当前声誉值是指第一终端用户最后一次更新声誉值后得到的声誉值。

步骤120，第二终端获取审计产量声明；所述审计产量声明是指第二终端用户审查所述第一终端用户的履约情况得到的审查结果。

第二终端用户是指对所述第一终端用户进行审查的人员。第二终端是指第二终端用户使用的设备。在一些实施例中，所述第二终端获取审计产量声明，包括：所述产量承诺声明公布，创建审计智能合约；对于每份所述产量承诺声明，选取多名第二终端用户进行审查；分别判断每个所述第二终端用户是否在规定时隙内提交审计报告；若是，则该第二终端用户创建一个审计报告事务，并将该产量承诺声明的履约情况公布在区块链网络；若否，则降低该第二终端用户的声誉，并重新选取替代第二终端用户重新进行审查。

审计智能合约是指与审查产量相关的智能合约。替代第二终端用户是指重新选取的第二终端用户。因此第二终端用户的选择将无法被第一终端用户干预。

在一些实施例中，所述第二终端用户从所述第一终端用户中选取，并在所述审查结果中附加位置证明；所述选取多名第二终端用户进行审查，包括：所述审计智能合约将区块链上最后一个区块的哈希值作为输入，并通过哈希函数将所述哈希值映射到生产区间中，得到审计整数；所述生产区间为[1,θ]，其中，θ为所述第一终端用户的总人数；基于所述第一终端用户的编号和所述审计整数，从已注册的第一终端用户中选择多名第二终端用户。

最后一个区块是指由审计智能合约在区块链中创建并添加的最后一个区块。审计整数是指用于选取第二终端用户的整数。在一些实施例中，可以通过任意一种字符串hash函数选择审计整数。例如，APHash或ELFHash等。在一些实施例中，第一终端用户的编号是1-θ；从已注册的第一终端用户中选择多名第二终端用户的编号为(j-1，1)，(j，2)和(j+1，3)，即，将与所述审计整数j相同编号的第一终端用户和与其相邻的两个编号为j-1和j+1的第一终端用户一起选中，共同作为第二终端用户。

步骤130，第三终端将所述产量承诺声明和所述审计产量声明打包成区块并形成区块链进行数据存储。

第三终端用户是代表不同地区或不同农产品类别的农业机构的官员，例如省级农业主管部门，市级农业协会或者地方农民组织。第三终端是指第三终端用户使用的设备。他们可以在该系统中承担两种角色：平台和注册机构。即他们负责向农民提供证书授权并维护系统平台。此外，他们还能部署和验证生产智能合约。

在一些实施例中，所述第三终端将所述产量承诺声明和所述审计产量声明打包成区块并形成区块链进行数据存储，包括：将时间分为多个时隙，并依照时序对所述多个时隙依次编号；每个所述时隙与一个区块相关联；每个区块接收并存储对应时隙内的操作；基于区块的编号和所述第三终端用户的编号，确定打包该区块的第三终端用户；区块的编号与时隙的编号相应；其中，对于区块B

区块的编号可以是区块对应的时隙的序号。第三终端用户的编号可以基于第三终端用户注册通过的先后顺序确定。

步骤140，从存储的区块链数据中获取所述审计产量声明，并基于所述审计产量声明，确定所述第一终端用户的声誉值。

在一些实施例中，所述确定所述第一终端用户的声誉值，包括：基于所述审计产量声明，确定所述第一终端用户的表现得分；将多个所述表现得分的平均值作为所述第一终端用户的最终表现得分；基于所述最终表现得分和当前声誉值，得到所述第一终端用户的更新后的声誉值。

表现得分可以基于第一终端用户完成其产量承诺声明的程度确定。例如，表现得分可以为第一终端用户的总种植量与其产量承诺声明中种植量的比值。每个第二终端用户可以根据自己的经验确定被审查的第一终端用户的种植量，并对其进行打分。然后基于每个第二终端用户的打分，得到最终表现得分。例如，最终表现得分可以为表现得分的均值。

在一些实施例中，得到所述第一终端用户的更新后的声誉值的表达式为：

R

其中，R

步骤150，从存储的区块链数据中获取所述产量承诺声明，所述第三终端基于所述声誉值和对应的产量承诺声明，估算收获的农产品的总量。

农产品的总量是指预测的在收获的季节能收获的农产品的量。在一些实施例中，估算收获的农产品的总量的表达式为：

其中，M

在一些实施例中，还包括增加所述第一终端用户，包括：待定第一终端用户向农业机构请求授权证书；判断所述待定第一终端用户是否符合必要条件；若是，则签名授权，创建证书，并将所述待定第一终端用户新增为所述第一终端用户；若否，则拒绝将所述待定第一终端用户注册为所述第一终端用户。

待定第一终端用户是指请求加入系统成为第一终端用户的用户。农业机构可以是指对请求加入系统成为第一终端用户的请求进行处理的机构。例如，农业机构可以为不同地区或不同农产品类别的农业机构的官员。必要条件可以是指与进行农业生产有关的条件。例如，必要条件可以为所述待定第一终端用户在相应地区拥有他/她所声称的农田。

在一些实施例中，还包括增加所述第三终端用户，包括：待定第三终端用户发起注册请求；创世区块指定的第三终端用户初始化管理智能合约，并发起投票；被指定的第三终端用户通过区块链分别进行投票，并将投票结果存储在所述区块链中；基于所述区块链中记录的投票结果，判断所述管理智能合约是否通过；若是，则所述待定第三终端用户加入系统，并将其新增为所述第三终端用户；若否，则拒绝将所述待定第三终端用户注册为所述第三终端用户。

待定第三终端用户可以是指请求加入系统成为第三终端用户的用户。管理智能合约可以是指用于管理的智能合约。

图2为本发明一些实施例提供的一种基于区块链的农产品产量估算系统的示例性示意图。如图2所示，基于区块链的农业产量估算系统包括应用层、接口层、服务层和存储层。

所述应用层用于获取并处理用户数据，主要承担数据输入、分析评估、管理第一终端用户及企业用户、政府官方授权等工作；包括数据获取模块、可编程应用场景、用户应用模块和智能管理模块。

所述数据获取模块用于数据输入；所述可编程应用场景用于种植数据分析；所述用户应用模块用于将第一终端用户、第二终端用户和企业用户接入该农业产量估算系统；所述智能管理模块用于第二终端用户协作验证。可编程应用场景是指可以通过编程方式自定义和扩展功能的农产品产量估算平台，其中，第三终端的用户可以对该可编程应用场景进行自定义和扩展。

所述接口层用于模块之间的调用，主要为上层应用程序提供可编程的AP I接口，包括应用程序编程接口AP I。

所述服务层用于保证业务的安全和数据处理，与联盟区块链网络中的共识节点相连接；包括产量数据分析模块、智能合约模块、安全模块和PBFT共识模块。所述产量数据分析模块用于分析收获的农产品的总量，并将估算得到的农产品的总量发送给第三终端；所述智能合约模块用于生成智能合约，包括创建生产智能合约、创建审计智能合约和创建管理智能合约；所述安全模块用于密钥管理、隐私保护和密钥授权；所述PBFT共识模块用于在创建区块时实现拜占庭容错法。

所述存储层用户存储数据，以区块链为核心，链上链下协同存储，用户的隐私信息经过加密后上链存储，而产量承诺、种植计划等公开透明信息存储在本地关系型数据库中，各个模块之间联系紧密，共同保护数据隐私；包括数据接收模块、溯源模块、区块链网络和数据库。所述数据接收模块用于接收注册信息、授权信息、产量承诺声明和审计产量声明；所述溯源模块用于数据收集、数据验证和数据处理，并基于需要溯源的信息的数据从区块链网络中获取信息的源头，基于信息的源头判断溯源的信息的真假；所述区块链网络用于接收所述产量承诺声明和所述审计产量声明，并进行智能合约和身份验证；所述数据库用于存储数据。

图3为本发明一些实施例提供的应用农产品产量估算系统的示例性流程图。

系统初始化，区块链网络初始化。

区块链网络，由一系列区块B

在块的创建过程中，第三终端用户遵循拜占庭容错算法，以达成执行智能合约和交易的完全顺序。即，对于时间段st

第一终端用户向第三终端用户发送注册请求，以加入系统获得合法身份。

系统中的通过第三终端用户授权的第一终端用户在播种季之前在区块链系统中公布其种植计划和产量承诺；随后根据产量承诺机制随机选派一组可信的第二终端用户定期对其种植过程进行评估分析，并经过签名验证后公布在区块链中。

另一方面，该系统还要求第二终端用户证明他们确实已经访问过相应的农田并进行了足够的观察。在这种情况下，第二终端用户可以将在其报告中附加位置证明，以验证他们在指定的时间段内在相应的农田中出现。

信守承诺的第一终端用户将被声誉模型赋予更高的分数，以便其在后续的农业种植过程中持续获得利益，评估的全过程将被记录在区块链系统中可追溯不可篡改。

在一些实施例中，第三终端用户可以通过广播一笔注册交易来宣布将一个新的第一终端用户作为合法参与者引入网络。每个注册交易都包括新第一终端用户F

系统根据注册的第一终端用户的声誉对所有第一终端用户声明的有效产量承诺进行数据统计，得出农产品的产量估算结果，在第三终端用户达成共识后生成最终的产量估算报告，公布在区块链网络中。

在一些实施例中，第一终端用户的具体注册过程如下：当第一终端用户F

在一些实施例中，第三终端用户的具体注册过程如下：在系统初始化阶段，将在创世区块B

在一些实施例中，产量承诺机制，是一个基于智能合约的产量声明，在播种季节之前就确定了第一终端用户的意图。即“在即将到来的收成季节，将在Z块耕地上种植X作物，面积为Y”。第一终端用户通过启动一个智能合约来进行这个声明。还可以附上对应第一终端用户的签名以确保数据的真实性。与此同时，产量承诺合约的完成情况将通过声誉机制进行评估，以此对第一终端用户的承诺以及第二终端用户产生双向约束。

在一些实施例中，审计产量声明包括：步骤1：审计智能合约C

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。