當區塊鏈遇上衛星遙感與人工智能，農業生產將迎來怎樣的變革？近日，中國熱帶農業科學院甘蔗研究中心聯合福建師范大學、中國科學院華南植物園、墨爾本皇家理工大學等國內外科研團隊在國際權威學術期刊Advanced Science發表題為Blockchain-empowered H-CPS architecture for smart agriculture研究論文，首次提出區塊鏈賦能的“人-機-物”三元融合智慧農業架構，為提升農業生產效率與破解數據安全難題提供了全新解決方案。

1、“三模塊架構”全面加持

研究團隊構建的智慧農業系統如同“數字神經網絡”（如圖1），包含三大核心模塊：物理層的物聯網傳感網絡，實時采集作物生長數據；網絡層的區塊鏈分布式賬本，保障數據安全；人機交互層的AI決策系統，提供精準農事建議。在甘蔗數字化示范基地的測試中，該系統使灌溉用水效率提升25%，病蟲害預警準確率提高30%。

圖1 區塊鏈驅動的智慧農業H-CPS架構

2、“區塊鏈+AI”雙引擎驅動

該研究團隊創新性地將語義區塊鏈技術與聯邦學習結合（圖2）。比如，當無人機掃描甘蔗田時，其搭載的多光譜相機數據，將通過5G網絡實時上鏈，AI模型則自動分析葉片病斑特征，而農戶的種植經驗，則通過智能合約，轉化為可執行的數字資產。如果將該系統應用到果蔗產業，在供應鏈追溯場景中，每一株甘蔗從種苗到加工的全流程數據，都會被加密存儲，消費者掃碼即可驗證產品真偽，獲得全面信息——測試數據顯示，基于區塊鏈的溯源系統，將使交易糾紛率下降68%。

圖2 區塊鏈在智慧農業中的應用

3、“語義分片技術”強力突破

研究中最具革命性的突破在于“語義分片技術”（如圖3所示）。通過將作物表型、基因型數據、氣象模型等海量信息，轉化為語義特征向量，系統可進一步將其自動劃分為不同的區塊鏈分片，使數據查詢效率提升45.88%，存儲空間降低95.76%。在模擬實驗中，該技術成功將10萬份水稻基因組數據檢索時間從12小時壓縮至9秒。

圖3 語義區塊鏈

4、“數字農田”的未來愿景

這套系統就像給農田裝上“數字大腦”，讓每一株作物都擁有可追溯的“數字身份證”（圖4）。在甘蔗主產區，區塊鏈賦能的智能合約，將能有效實現自動灌溉——當土壤濕度傳感器數值低于30%時，系統自動觸發水泵并在灌溉結束時實時結算水電費用，較傳統人工管理節約成本18%。更令人振奮的是，該架構在棉花、大豆等作物的測試中同樣表現優異，能夠在使農藥使用量減少20%的同時提升產量15%。

這項研究不僅為智慧農業提供了理論框架，更將催生多項落地應用：基于語義區塊鏈的農業保險系統，能自動核驗災害損失并秒級賠付；分布式機器學習平臺，將讓不同地區的農戶共享AI模型，卻不泄露隱私數據。正如闕友雄研究員所言：我們要讓技術成為農田里的“隱形管家”，而非替代農民的“冰冷機器”。

圖4 基于H-CPS、區塊鏈和人工智能的數字作物試點

中國熱科院特聘研究員/福建師范大學汪曉丁教授、中國熱科院生物所吳期濱副研究員為共同第一作者，中國熱科院生物所/甘蔗研究中心主任闕友雄研究員與中科院華南植物園羅鳴研究員擔任通訊作者。該研究獲得國家熱帶農業科學中心甘蔗科技創新團隊、熱帶作物生物育種全國重點實驗室科研專項、國家重點研發計劃、國家自然科學基金等項目的聯合支持，所研發的相關技術已申請發明專利15項。

https://doi.org/10.1002/advs.202503102