16、物联网与区块链技术在医药供应链及道路检测中的应用

物联网与区块链技术在医药供应链及道路检测中的应用

医药供应链的区块链解决方案

在医药供应链中，存在诸多问题，如假药泛滥、药品过量销售以及供应链的非监管和复杂性等。为了解决这些问题，人们提出了基于区块链和智能合约的解决方案。

智能合约在医药供应链中发挥着关键作用。它可以帮助追踪药品从制造商到患者的整个流动过程。例如，通过智能合约，能够准确记录药品在各个环节的信息，从而有效避免假药混入市场。同时，为了防止患者过量购买药品，还开发了移动应用程序。该应用程序要求患者只能凭借医生的处方购买药品，并且可以通过附带的二维码扫描器验证处方的真实性。

研究指出，医药供应链问题的主要原因在于非监管和复杂性。确保药品质量和供应链的透明度能够加强整个医疗系统。在印度的药品供应链中，通过实施相关措施，大部分问题得到了解决。智能合约的使用为解决方案带来了信任、安全和自动化。

有人提出了一个基于以太坊区块链的分布式应用程序。他们建议将以太坊的工作量证明算法修改为权益证明共识算法，因为这种算法更具可扩展性，适合医药供应链系统。此外，还创建了一个“药品监控系统”的图形用户界面（GUI）门户，制药公司和消费者可以通过扫描药品的条形码来查询药品的来源。

具体的供应链流程如下：
1. 药品发现 ：制药公司发现一种新药，会对药品的所有信息进行审查，如药品成分和公司名称等，并生成通用产品代码。
2. 药品验证 ：药品验证组织根据通用产品代码批准该药品，并根据药品详细信息创建唯一的哈希值。
3. 大规模生产 ：制药公司将药品交给制造商进行大规模生产。
4. 批发环节 ：制药公司将药品发送给批发商，批发商购买药品后再卖给零售商。
5. 零售环节 ：药店购买药品并进行销售，消费者从药店购买药品。
6. 交易记录 ：整个交易过程将被跟踪并存储在网站上，供应链中的每个成员都可以查询交易详情。

这个过程将通过以太坊交易和智能合约来实现。药品在供应链中的状态包括：发现、批准、生产、批发、零售、待售和已售。智能合约将跟踪这些交易状态，确保药品供应链的透明度和可追溯性。

以下是药品供应链流程的 mermaid 流程图：

graph LR
    A[制药公司发现药品] --> B[药品验证组织批准]
    B --> C[大规模生产]
    C --> D[制药公司发送给批发商]
    D --> E[批发商卖给零售商]
    E --> F[药店销售]
    F --> G[消费者购买]
    G --> H[交易记录存储]

道路检测的卷积神经网络方法

在土地表面物体提取领域，虽然已经进行了大量研究，但利用物联网和区块链等新兴技术的智能数字表面模型仍是一个活跃的研究课题。这些技术对于量化土地表面的生态和地理属性具有重要作用。

从卫星图像中检测建筑物、道路和地形等技术，对于跟踪人口迁移和城市地理分析具有很大潜力。为了从卫星图像中提取土地表面物体，有人探索了一种基于卷积神经网络（CNN）和 U-Net 的方法。

传统的城市或偏远地区人口密集区域的映射过程非常繁琐。人口热点地区的变化不仅受到人口流动的影响，还受到自然环境变化（如天气变化）和人类活动（如石油开采导致的地下水污染）的影响。因此，映射工作在偏远地区尤其困难。

该研究通过对卫星图像进行像素级分类，判断像素是否属于道路。开发的模型旨在处理受灾地区的情况，找到最有效的救援路线。例如，在 2020 年的 COVID - 19 疫情中，如果能够通过类似的深度学习算法进行热点地区映射和检测试剂盒的合理分配，可能会减少疫情的影响。

相关工作中，有人在全球和局部模式下使用 U - Net 取得了最大的准确率。提取卫星图像中的物体并非新领域，支持向量机（SVM）算法曾被用于从高分辨率图像中提取建筑物，全卷积网络（FCN）也在图像分割项目中广泛应用。通过对 FCN 网络的扩展，得到了 U - Net 神经网络，它在生物医学研究中表现出色，即使在数据集较少的情况下也能工作。

数据集方面，模型使用了 1113 张卫星图像及其掩码。图像分辨率很高，掩码为黑白图像，白色像素表示道路，黑色像素表示其他区域。在预处理阶段，由于部分图像不完整，将数据集减少到 979 张图像。同时，为了增加训练数据集的大小，将图像尺寸从 (1500x1500) 减小到 (256x256)。

模型使用卷积神经网络和 U - Net 实现，并在 TensorFlow 中运行。CNN 可以自动从图像中提取有用特征，U - Net 则是 CNN 的一种特殊形式，同时使用卷积和反卷积，适合图像分割任务。TensorFlow 是开源软件，可与 GPU 交互，Keras 是基于 TensorFlow 的开源软件，便于进行深度神经网络的实验。

模型的架构基于 U - Net 的基本原理，包括下采样和上采样过程。在收缩路径中，通过下采样激活函数和最大池化提取图像特征；在对称的扩展路径中，对上一步的结果进行上采样，提高特征分辨率。同时，使用跳跃连接来提供上下文和定位信息。

模型的训练和测试数据按照 80% 和 20% 的比例进行分割。训练过程在第 48 个 epoch 停止，因为损失值不再改善。最终模型的损失率为 24.462%，准确率为 60.62%。预测结果表明，预测的准确性很大程度上取决于输入图像的分辨率。

以下是模型训练和测试数据分割的表格：
| 数据类型 | 占比 | 数量 |
| ---- | ---- | ---- |
| 训练数据 | 80% | 约 783 张 |
| 测试数据 | 20% | 约 196 张 |

综上所述，区块链技术在医药供应链中的应用提高了药品的可追溯性和安全性，而卷积神经网络和 U - Net 在道路检测中的应用为地理分析和救援行动提供了有效的方法。这些技术的发展将为相关领域带来更多的便利和价值。

物联网与区块链技术在医药供应链及道路检测中的应用（续）

医药供应链方案的优势与影响

基于区块链和智能合约的医药供应链解决方案具有多方面的优势。
- 提高透明度 ：整个药品供应链的信息都被准确记录在区块链上，从制药公司到消费者的每一个环节都清晰可查。例如，制药公司可以查看药品的生产进度和流向，消费者可以了解药品的来源和质量信息。
- 增强安全性 ：智能合约的使用确保了药品信息的不可篡改和交易的安全性。假药很难进入这个透明且安全的供应链体系，大大减少了假药对患者的危害。
- 控制药品销售 ：移动应用程序和智能合约的结合，有效防止了患者过量购买药品。医生的处方通过二维码扫描器验证，确保患者只能按照医嘱购买药品。

这种解决方案对医药行业产生了积极的影响：
- 规范市场秩序 ：减少了假药的流通，提高了整个医药市场的药品质量，保护了消费者的健康。
- 提高供应链效率 ：通过自动化的智能合约，减少了人工干预和繁琐的流程，提高了药品从生产到销售的效率。
- 增强信任 ：制药公司、批发商、零售商和消费者之间的信任得到增强，因为每个人都可以在区块链上查看真实的药品信息。

以下是医药供应链解决方案优势的列表：
1. 透明度高
2. 安全性强
3. 控制药品销售
4. 规范市场秩序
5. 提高供应链效率
6. 增强信任

道路检测模型的技术细节与展望

在道路检测模型中，U - Net 架构的具体技术细节值得深入探讨。
- 下采样过程 ：在收缩路径中，通过卷积和最大池化操作逐步减少特征图的尺寸，提取图像的高级特征。例如，输入的 (256, 256, 3) 图像经过一系列操作后，尺寸逐渐减小到 (128, 128, 32)、(64, 64, 64) 等。
- 上采样过程 ：在扩展路径中，通过反卷积操作逐步增加特征图的尺寸，恢复图像的细节信息。同时，跳跃连接将下采样过程中的特征图与上采样过程中的特征图进行拼接，提供更多的上下文信息。
- 损失函数和准确率指标 ：使用合适的损失函数和准确率指标来评估模型的性能。例如，在训练过程中，通过不断调整模型参数，使得损失函数的值逐渐减小，准确率逐渐提高。

以下是 U - Net 架构下采样和上采样过程的 mermaid 流程图：

graph LR
    A[输入图像 (256, 256, 3)] --> B[下采样 1 (128, 128, 32)]
    B --> C[下采样 2 (64, 64, 64)]
    C --> D[下采样 3 (32, 32, 128)]
    D --> E[下采样 4 (16, 16, 256)]
    E --> F[上采样 1 (32, 32, 128)]
    F --> G[上采样 2 (64, 64, 64)]
    G --> H[上采样 3 (128, 128, 32)]
    H --> I[输出图像 (256, 256, 1)]
    B -.-> F[跳跃连接]
    C -.-> G[跳跃连接]
    D -.-> H[跳跃连接]

展望未来，道路检测模型还有很大的发展空间：
- 提高准确率 ：通过优化模型架构、增加训练数据和调整超参数等方法，进一步提高模型的准确率。
- 应用拓展 ：将道路检测模型应用到更多领域，如智能交通、城市规划和灾害救援等。
- 与其他技术结合 ：与物联网、人工智能等技术结合，实现更智能的地理信息分析和决策。

以下是道路检测模型未来发展方向的列表：
1. 提高准确率
2. 应用拓展
3. 与其他技术结合

综上所述，物联网与区块链技术在医药供应链和道路检测领域都展现出了巨大的潜力。医药供应链的区块链解决方案提高了药品的安全性和透明度，道路检测的卷积神经网络模型为地理分析和救援行动提供了有效的工具。随着技术的不断发展，这些应用将在更多领域发挥重要作用，为社会带来更多的价值。