基于可见光和先进成像技术的粮食不完善粒快速检测研究进展 被引量：1

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作者 葛宏义 郭春燕 +7 位作者 蒋玉英 张元 孙振雨 季晓迪 吴旭阳 冯博 周文慧 王恒 《食品工业科技》 北大核心 2025年第6期30-42,共13页

粮食中不完善粒的存在会降低粮食质量,影响粮食加工产品的品质,并且不完善粒的含量会影响粮食在国家规定的收购标准中的质量等级评定,造成经济损失。传统的检测方法包括人工检测法和化学试剂法等,这些方法存在主观性强、耗时较长等问题... 粮食中不完善粒的存在会降低粮食质量,影响粮食加工产品的品质,并且不完善粒的含量会影响粮食在国家规定的收购标准中的质量等级评定,造成经济损失。传统的检测方法包括人工检测法和化学试剂法等,这些方法存在主观性强、耗时较长等问题,难以满足目前前沿研究向快速、准确检测发展的主要趋势。可见光成像技术操作简便且成像速度较快,但其无法识别粮食内部的特征信息。具有高分辨率和快速检测等优势的先进成像技术也成为粮食不完善粒检测领域的重要研究热点之一。本文综述了用于粮食不完善粒检测的成像技术,包括可见光成像、X射线、热成像、高光谱和多光谱成像以及太赫兹成像等,对这些技术的优缺点进行讨论和比较。分别从粮食的视觉外观和内部特征信息两方面进行介绍,总结了成像技术与机器学习方法结合在粮食不完善粒检测方面的研究进展。最后提出现阶段存在的问题并进行讨论,对未来改进方向进行展望,为粮食不完善粒检测的创新应用提供重要参考。 展开更多

关键词 不完善粒 可见光成像 X射线成像 热成像 高光谱和多光谱成像 太赫兹成像 机器学习

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一种基于ESP32-CSI的粮食水分检测方法 被引量：4

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作者 高向上 杨卫东 沈二波 《江苏大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2024年第4期426-433,共8页

为实现粮食水分的低成本快速准确测量,将小型化的信道状态信息(channel state information,CSI)采集设备用于粮食水分检测,采用随机森林和主成分分析两种特征选择算法对CSI的振幅指标进行特征子载波提取,基于选择的特征子载波对10种粮... 为实现粮食水分的低成本快速准确测量,将小型化的信道状态信息(channel state information,CSI)采集设备用于粮食水分检测,采用随机森林和主成分分析两种特征选择算法对CSI的振幅指标进行特征子载波提取,基于选择的特征子载波对10种粮食水分进行分类,考虑到之后其移动化场景中的应用受限于功耗以及算力,选取结构较为简洁、运算速度较快、算力要求不高的宽度学习系统(broad learning system,BLS)应用于CSI数据的处理,同时与传统的卷积神经网络(convolutional neural network,CNN)在精确度和训练时间两个方面进行对比,最后动态地增加宽度学习系统的增强节点.试验结果表明:主成分分析(principal component analysis,PCA)算法最大限度地消除了CSI数据中的冗余信息,BLS相较于卷积神经网络不仅获得了更快的速度而且在准确率方面也优于CNN算法,因此PCA-BLS组合获得了最佳的分类效果;增加增强节点的数量后,训练时间虽然有所延长,但在一定程度上提高了识别准确率. 展开更多

关键词 粮食水分 信道状态信息 小型化 振幅 宽度学习系统

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RIS辅助无人机通信系统波束赋形双重循环优化算法 被引量：2

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作者 郭歆莹 刘龙飞 朱春华 《郑州大学学报(工学版)》 北大核心 2025年第2期67-74,共8页

为提高复杂城市环境中无人机(UAV)集成可重构智能表面(RIS)构成的RIS-UAV中继通信系统的频谱效率,研究了定轨迹RIS-UAV中继通信系统的最大化系统下行和速率问题,构建了一个联合主被动波束赋形的多变量非凸优化问题。为了解决该问题,设... 为提高复杂城市环境中无人机(UAV)集成可重构智能表面(RIS)构成的RIS-UAV中继通信系统的频谱效率,研究了定轨迹RIS-UAV中继通信系统的最大化系统下行和速率问题,构建了一个联合主被动波束赋形的多变量非凸优化问题。为了解决该问题,设计了一种基于分式规划(FP)的流形优化的低复杂度交替优化双重循环算法。首先,通过FP算法将问题化简;其次,利用标准凸优化算法设计基站主动波束赋形,利用流形优化算法设计RIS被动波束赋形;最后,通过内外双重循环交替迭代优化直至收敛。仿真结果表明:所提算法与经典方案对比具有较好的收敛性和较低的复杂度,且在最大发射功率为20 dBm时,和速率比随机相位方案实现大约6 dB的增益。此外,RIS采用3 bit离散相移时系统和速率性能与连续相移近似。 展开更多

关键词 无人机 可重构智能表面 波束赋形 分式规划 流形优化

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基于太赫兹时域光谱的淀粉品种分类研究

4

作者 魏涛 王恒 +4 位作者 葛宏义 蒋玉英 张元 温茜茜 郭春燕 《光谱学与光谱分析》 北大核心 2025年第7期1866-1873,共8页

淀粉作为一种主要的储存碳水化合物,是人类饮食中的主要能量来源,提供了人体50%以上的能量需求。同时,淀粉及其深加工行业是关乎国计民生的基础产业。然而,鉴于淀粉种类的多样化,并且它们在外观上相似度较高,直接对它们进行区分比较困难... 淀粉作为一种主要的储存碳水化合物,是人类饮食中的主要能量来源,提供了人体50%以上的能量需求。同时,淀粉及其深加工行业是关乎国计民生的基础产业。然而,鉴于淀粉种类的多样化,并且它们在外观上相似度较高,直接对它们进行区分比较困难,一些不法商家往往会将价格较低的淀粉包装成价格较高的淀粉来抬高价格。因此,对淀粉品种进行分类对我国食品加工和工业生产具有重要的实际应用意义。太赫兹(Terahertz,THz)技术作为一种高效的非破坏性、非接触和无标签的光学方法,在与物质作用时不会发生有害的电离辐射,可同时获得样品的吸收系数等光学参数,具有较高的信噪比和检测灵敏度,已被众多学者应用于农产品品质检测方面。为实现对淀粉品种的快速无损鉴别,从禾谷类淀粉与根茎类淀粉中选取了五种最为常见的淀粉样品作为样本,利用太赫兹时域光谱(THz-TDS)技术获取其光谱信息,并根据实验数据计算了不同品种淀粉在0.2~1.2 THz波段的吸收系数;之后结合Savitzky-Golay(S-G)平滑、多元散射校正(MSC)、标准正态变换(SNV)三种预处理方法对原始光谱进行处理。采用主成分分析(PCA)根据累计贡献率超过95%提取特征数据,选取了前3个主成分,随后应用支持向量机(SVM)方法建立多分类模型。选取了三种核函数(linear,radial basis functions,polynomial)对不同品种淀粉类型进行了识别。结果显示:PCA-SVM-polynomial结合SG平滑对淀粉品种分类建模效果最好,其中测试集平均准确率为0.9419,Kappa系数为0.933,F1得分为0.9417。此外,还将该方法与逻辑回归(LR)、决策树(DT)、随机森林(RF)进行了比较,研究结果表明PCA-SVM优于其他方法,也证明了太赫兹技术对淀粉品种鉴别的可行性,对食品加工业的现代化及淀粉基产品的开发具有重要的实际应用价值。 展开更多

关键词 太赫兹时域光谱 淀粉 无损鉴别 多分类

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基于太赫兹成像技术的GFRP复合材料缺陷检测研究

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作者 张元 周文慧 +5 位作者 葛宏义 蒋玉英 郭春燕 王恒 温茜茜 王雨欣 《光谱学与光谱分析》 北大核心 2025年第7期1874-1881,共8页

玻璃纤维增强树脂基复合材料(GFRP)以其轻质、抗冲击且高强度的显著特性,在航空航天、汽车制造以及建筑结构等诸多领域得到广泛应用。然而,复合材料制造期间,气孔、裂纹等缺陷屡见不鲜,此类问题会对材料结构的力学强度造成严重影响,不... 玻璃纤维增强树脂基复合材料(GFRP)以其轻质、抗冲击且高强度的显著特性,在航空航天、汽车制造以及建筑结构等诸多领域得到广泛应用。然而,复合材料制造期间,气孔、裂纹等缺陷屡见不鲜,此类问题会对材料结构的力学强度造成严重影响,不但损害产品质量,甚至可能致使整个结构件报废,给企业带来巨额经济损失。为应对这一挑战,本研究运用先进的太赫兹成像技术对具有不同缺陷的环氧玻璃纤维复合材料展开检测。首先,依据太赫兹波在透射模式下的传播原理,采用基于时延差的测厚方法,对不同深度的缺陷进行精确检测计算,将误差成功控制在0.1 mm以下,取得了令人满意的检测成效。其次,针对不同大小缺陷面积的定量化检测问题,本研究把环氧玻璃纤维缺陷的原始彩色图像转换为相应的灰度图像,接着运用四种阈值分割方法对灰度图像进行二值化处理,最后通过区域标记能够算出缺陷部分的像素个数,再通过缺陷像素与总像素的比值确定缺陷的面积大小。结果表明,采用人工阈值分割法选取合适的阈值进行分割后,检测面积和实际面积均方根误差能达到1.368,检测面积与实际面积极为接近。该实验证实,太赫兹成像技术与图像处理方法相结合,能够对缺陷的位置和面积进行量化,为进一步推动复合材料缺陷检测技术的发展提供了重要的参考依据。这一研究成果为其他类型复合材料的缺陷检测和质量监督提供了新的方法与手段,具有重大的参考价值和启示意义,有助于提升复合材料制品的质量。本研究中太赫兹成像技术的应用,不但提升了GFRP缺陷检测的准确性与可靠性,还为复合材料行业提供了更为有效的质量监督方式。这些工作为未来复合材料制造与检测领域带来了新的思路和发展方向,有望推动该领域的科学进步与技术创新,为产业发展产生积极影响。 展开更多

关键词 太赫兹 复合材料 缺陷识别 无损检测 太赫兹成像

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超表面在太赫兹超分辨率成像中的应用研究进展

6

作者 李广明 葛宏义 +4 位作者 蒋玉英 张元 孙庆成 郑慧芳 李兴 《光谱学与光谱分析》 北大核心 2025年第8期2101-2109,共9页

太赫兹(Terahertz,THz)辐射具有高穿透性、低能量特性以及独特的指纹谱特性,在无损检测、生物医学成像、安全检查和通信等领域具有广泛应用前景。传统THz成像系统受限于较长的波长及波段内缺乏高透射率天然材料的限制,其在分辨率和灵敏... 太赫兹(Terahertz,THz)辐射具有高穿透性、低能量特性以及独特的指纹谱特性,在无损检测、生物医学成像、安全检查和通信等领域具有广泛应用前景。传统THz成像系统受限于较长的波长及波段内缺乏高透射率天然材料的限制,其在分辨率和灵敏度方面存在显著不足,难以满足高精度与痕量检测的技术需求。超表面由亚波长尺度的结构单元构成,可通过对电磁波相位、振幅及偏振的调控,实现对THz波传播的精确控制,突破传统光学系统的衍射极限,为THz超分辨率成像提供了解决思路。本文综述了超表面在THz超分辨率成像中的最新研究进展,重点阐述了多种超表面结构类型的设计原理及应用表现。共振结构通过在特定频率下的局域场增强实现高对比度成像;梯度相位结构通过相位渐变实现THz波的精确引导;多层超表面则依托叠层设计实现对相位与振幅的复杂调控;亚波长光栅凭借精细的波前控制能力在超分辨率成像中表现出优越性能;而超材料反射阵列则在无需透镜的条件下实现高分辨率的波前调制。探讨了实现高效THz超表面的关键设计要素,包括结构设计策略、材料选取及相位与振幅的精确调控方法,并分析了优化设计与新型材料在提升THz成像性能及拓展其应用范围方面的潜力。此外,针对当前THz成像中超表面技术面临的制造工艺复杂性、系统兼容性不足及材料响应限制等挑战,提出了未来的研究方向,主要包括:一是开发新型低损耗材料,以提升THz波的传输效率和相位控制能力;二是结合人工智能,优化超表面的设计和性能;三是推动系统集成与微型化,开发便携式THz成像设备,拓展其在高精度成像、医疗诊断和安全检查等领域的应用。随着新材料、智能设计和微型化技术的不断进步,THz超表面技术有望在未来实现更广泛的应用,推动高精度成像和便携式设备的普及,为科学探索和工业创新开辟新的可能性。 展开更多

关键词 太赫兹成像 超材料 超表面 超分辨率成像 波前调控

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基于遗传算法的多频段太赫兹类电磁诱导透明超材料传感器的优化设计

7

作者 葛宏义 贾志远 +5 位作者 蒋玉英 张元 吴旭阳 季晓迪 孙振雨 崔光远 《量子电子学报》 北大核心 2025年第3期369-380,共12页

超材料的类电磁诱导透明(EIT)效应提供了一种独特的方法来增强光与物质的相互作用,在高灵敏传感方面显示出巨大的应用潜力。然而,传统的太赫兹超材料优化方法主要依赖于研究者的经验,如何快速优化并实现多频段的高灵敏度仍然具有挑战性... 超材料的类电磁诱导透明(EIT)效应提供了一种独特的方法来增强光与物质的相互作用,在高灵敏传感方面显示出巨大的应用潜力。然而,传统的太赫兹超材料优化方法主要依赖于研究者的经验,如何快速优化并实现多频段的高灵敏度仍然具有挑战性。针对以上问题,本工作采用遗传算法,设计并优化了一种具有类EIT效应的超材料传感器,通过三维电磁场仿真计算与遗传算法的结合实现参数的自动优化。结果表明,使用遗传算法优化结构参数可以减少大量重复的人工操作,提高了设计效率。设计的传感器在0.3~1.5 THz频率范围内产生了三个类EIT透明窗口,通过衬底刻蚀的方法增强了电场与待测分析物的耦合,显著提高了传感器的灵敏度。此外,为验证所设计的EIT超材料作为生物传感器的潜力,还对农药分析物进行了模拟传感。结果表明该传感器能够通过共振频移辨别不同折射率的物质,并且具有多点特征匹配的优势,在传感检测领域具有广阔的发展前景。 展开更多

关键词 光电子学 太赫兹超材料 类电磁诱导透明 多频段 高灵敏度

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基于改进EfficientNet的轻量化小麦不完善粒识别模型

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作者 于锦龙 于俊伟 +2 位作者 张自豪 潘泉 母亚双 《中国粮油学报》 北大核心 2025年第2期192-202,共11页

针对现有基于卷积神经网络的小麦不完善粒识别模型复杂度高、难以部署等问题,提出了一种基于EfficientNet-B0改进的轻量化小麦不完善粒识别模型ML-EfficientNet。首先,对CBAM注意力模块进行改进,提出了一种轻量级的注意力模块LCSA并使用... 针对现有基于卷积神经网络的小麦不完善粒识别模型复杂度高、难以部署等问题,提出了一种基于EfficientNet-B0改进的轻量化小麦不完善粒识别模型ML-EfficientNet。首先,对CBAM注意力模块进行改进,提出了一种轻量级的注意力模块LCSA并使用LCSA模块替换原网络中的SE模块,使模型能同时捕获通道信息与空间信息,提升模型的识别能力。然后,借鉴CSPnet思想对MBConv的结构进行调整,在减少模型参数量的同时提升模型识别正确率。最后,在模型的首个卷积层后加入LCSA模块,进一步增强模型的特征提取能力。实验结果表明,ML-EfficientNet模型的识别准确率为95.71%,参数量为2.863 M、浮点计算量为0.376 G。较改进前识别精度提升了1.57%,参数量减少60%,浮点计算量减少9%,能够有效地进行小麦不完善粒的识别任务,为智慧农业提供有益支持。 展开更多

关键词 小麦不完善粒识别 EfficientNet-B0 轻量化 注意力机制

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太赫兹技术在复合材料缺陷检测中的研究进展 被引量：6

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作者 蒋玉英 温茜茜 +4 位作者 葛宏义 陈浩 江梦蝶 赵洋 王佳慧 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第10期2717-2726,共10页

复合材料制品因具有高强度、低重量、耐腐蚀性等优点,在航空航天、建筑、海洋等多个行业中广泛应用。然而在复合材料的生产或使用过程中,不可避免地会损伤和破坏材料,降低材料性能,带来无法预料的安全隐患。因此,如何对材料内部的损伤... 复合材料制品因具有高强度、低重量、耐腐蚀性等优点,在航空航天、建筑、海洋等多个行业中广泛应用。然而在复合材料的生产或使用过程中,不可避免地会损伤和破坏材料,降低材料性能,带来无法预料的安全隐患。因此,如何对材料内部的损伤类型和程度进行无损检测成为近年来的热点研究课题。常用无损检测技术在复合材料缺陷检测方面有一定的局限性,而太赫兹(Terahertz,THz)技术以其光子能量低、穿透性强的特点,能够实现高分辨率的无损探伤,不会对被测材料造成电离破坏,被广泛应用于复合材料的缺陷检测。THz技术的优势在于其对材料的化学成分和晶体结构的敏感性,通过分析THz波的频谱和相位信息,可获取有关材料内部的细节信息,如缺陷类型、大小和分布等,这对于复合材料的质量控制和性能评估非常重要。文章首先概述了复合材料、常用无损检测技术和THz技术的基本原理;其次对复合材料制造或使用中产生的分层、夹杂、孔隙、冲击损伤、热损伤等缺陷进行分类,并重点阐述了THz技术在不同类型缺陷检测中的应用;然后总结了THz技术在复合材料缺陷检测中面临的挑战,包括THz成像分辨率受限,难以提供足够的细节信息、复合材料结构的非均匀性,导致THz波在复合材料内部的传播复杂多样、现有缺陷识别技术和设备,限制了THz在复合材料缺陷检测中的应用;最后对未来发展方向进行了展望,其中包括改进成像系统,提高THz成像分辨率的同时减少检测时间、结合人工智能和深度学习技术,完善不同类型缺陷的快速精准识别、提高数据处理的实时性,实现复合材料的在线检测,并优化复合材料缺陷检测平台。这些发展方向将进一步推动THz技术在复合材料领域的应用,提高检测效率和准确性,促进复合材料制造和应用的发展。 展开更多

关键词 太赫兹 复合材料 缺陷识别 无损检测 太赫兹成像

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基于改进Oriented R-CNN的旋转框麦穗检测与计数模型 被引量：3

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作者 于俊伟 陈威威 +2 位作者 郭园森 母亚双 樊超 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期248-257,共10页

为对干扰、遮挡等复杂的田野环境中麦穗进行精准定位与计数,该研究提出了一种改进的Oriented R-CNN麦穗旋转框检测与计数方法,首先在主干网络中引入跨阶段局部空间金字塔(spatial pyramid pooling cross stage partial networks,SPPCSPC... 为对干扰、遮挡等复杂的田野环境中麦穗进行精准定位与计数,该研究提出了一种改进的Oriented R-CNN麦穗旋转框检测与计数方法,首先在主干网络中引入跨阶段局部空间金字塔(spatial pyramid pooling cross stage partial networks,SPPCSPC)模块扩大模型感受野,增强网络感知能力;其次,在颈网络中结合路径聚合网络(PANet,path aggregation network)和混合注意力机制(E2CBAM,efficient two convolutional block attention module),丰富特征图包含的特征信息;最后采用柔性非极大值抑制算法(Soft-NMS,soft-non maximum suppression)优化预测框筛选过程。试验结果显示,改进的模型对复杂环境中的麦穗检测效果良好。相较原模型,平均精确度均值mAP提高了2.02个百分点,与主流的旋转目标检测模型Gliding vertex、R3det、Rotated Faster R-CNN、S2anet和Rotated Retinanet相比,mAP分别提高了4.99、2.49、3.94、2.25和4.12个百分点。该研究方法利用旋转框准确定位麦穗位置,使得框内背景区域面积大幅度减少,为实际观察麦穗生长状况和统计数量提供了一种有效的方法。 展开更多

关键词 图像识别 作物 注意力机制 麦穗 Oriented R-CNN

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太赫兹图像超分辨率重建方法的研究进展

11

作者 蒋玉英 江梦蝶 +5 位作者 葛宏义 张元 李广明 陈心雨 温茜茜 陈浩 《计算机工程与应用》 CSCD 北大核心 2024年第18期1-16,共16页

图像超分辨率是近几十年来图像处理领域的一个重要研究课题,旨在从低分辨率图像中重建出高分辨率图像,其突破了传感器和光学器件制造工艺和成本的限制,从算法方面提高图像分辨率,是一种简单、高效、低成本的方法。太赫兹(Terahertz,THz... 图像超分辨率是近几十年来图像处理领域的一个重要研究课题,旨在从低分辨率图像中重建出高分辨率图像,其突破了传感器和光学器件制造工艺和成本的限制,从算法方面提高图像分辨率,是一种简单、高效、低成本的方法。太赫兹(Terahertz,THz)图像受到THz波衍射和散射的影响,会产生图像模糊、纹理细节不清晰等问题,越来越多的学者致力于开发THz图像的超分辨率重建方法。根据近年来THz技术与超分辨率重建技术相关文献的研究,对THz图像的三大重建方法进行了详细阐述,重点对基于深度学习的方法进行介绍,并对比了各类算法的重建效果与优缺点;回顾了THz图像质量评价指标和常用数据集,并总结THz图像超分辨率重建技术的相关应用。最后,探讨了THz图像超分辨率重建技术的未来发展趋势。 展开更多

关键词 超分辨率重建 太赫兹图像 深度学习 图像评价

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基于区块链技术的粮油食品溯源研究进展及展望 被引量：16

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作者 葛宏义 吴旭阳 +4 位作者 蒋玉英 张元 孙振雨 崔光远 贾志远 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第5期214-223,共10页

粮油食品供应链周期长、结构复杂、利益相关者众多,维护供应链的安全具有挑战性。近年来,特别是在粮食购销领域,存在“以陈顶新”、“转圈粮”、压级压价等现象,已严重威胁到粮食安全。追溯系统是一个能够对产品实施正向、反向和非定向... 粮油食品供应链周期长、结构复杂、利益相关者众多,维护供应链的安全具有挑战性。近年来,特别是在粮食购销领域,存在“以陈顶新”、“转圈粮”、压级压价等现象,已严重威胁到粮食安全。追溯系统是一个能够对产品实施正向、反向和非定向跟踪的产品管理系统,可以连接粮油食品供应链的各个环节,监控原料采集、加工、储运、分销与销售过程,对粮食质量安全有重要保障。传统的追溯体系面临数据中心化、信息不透明、数据容易伪造、极易形成信息孤岛等问题。区块链作为继网络之后的下一代颠覆性技术,具备去中心化、分布式存储、匿名性、数据公开透明、内容不易篡改等新特点,为粮油食品供应链中的产品可追溯性问题带来新的解决方案。该文首先介绍近年来区块链智能合约、共识机制等关键技术的发展和应用,其次,阐述区块链技术应用到粮油食品溯源等领域的研究进展;最后,探讨当前粮油食品区块链溯源在存储、跨域与跨链、系统互操作性和可移植性等方面所面临的挑战,对区块链技术在粮油食品溯源领域中提高存储性能、跨域跨链、可扩展性等方面进行展望,为区块链技术在粮油食品中的创新应用提供参考。 展开更多

关键词 农产品 溯源 区块链 追溯体系 粮油食品 供应链

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