区块链在水资源监控能力建设中应用

区块链在水资源监控能力建设中应用

【摘要】当前,区块链技术应用已延伸到多个领域。本文对德州市水资源监控能力建设现状和不足进行分析,旨在为区块链技术在德州市水资源监控能力建设的应用前景提供理论依据。

【关键词】德州市;区块链;水资源;物联网

区块链是用分布式数据库识别、传播和记载信息的智能化对等网络,也称为价值互联网。包含分布式数据存储、点对点传输、共识机制、加密算法等技术的新型应用模式。区块链技术是互联网底层的分布式数据库技术,特点包括去中心化、点对点传输、透明、可追踪、不可篡改、数据安全及信用的自我建立等。区块链技术的应用,对提高德州市水资源管理效率,推动水资源信息化和取用水计量精准化,有着积极的作用。

1区块链技术

1.1区块链技术的核心。1)区块+链。区块链将数据库结构进行创新性分解,数据分块,每一个区块上记录上一个区块形成之后的、该区块被创建之前发生的所有交换活动和数据。每个区块通过特定的信息链接到上一区块后,前后顺序链接形成完整数据,绝大多数情况下,一旦新区块完成并被加入到区块链的最后,该区块的数据记录就不能被改变或删除,保证了数据库的严谨性。2)分布式结构。在中心化的体系中,数据集中记录并存储于服务器上。区块链结构设计采取完全不同的思路,让每一个参与节点都记录并存储所有的数据。区块链根据系统确定的开源的、去中心化的协议,构建了一个分布式结构。价值交换信息通过分布式传播发送给整个网络,通过分布式记账确定信息数据内容,盖上时间戳后生成区块数据,再传输至各个节点,实现分布式存储。3)非对称加密和授权技术。在传统数据存储方式中,每个访问用户的秘钥不一样,服务器需要保存大量秘钥,如果系统有上万用户和终端,则需要存储对应上万的秘钥,维护成本较大。在区块链技术中,系统只需要保存自己的私钥,用户可以随意下载系统公钥,从而减轻了系统压力。同时,存储在区块链上的数据信息是公开的,但是账户身份信息是高度加密的,只有在数据拥有者授权的情况下才能访问到,从而保证了数据的安全和个人的隐私。4)可编程的智能合约。区块链技术不仅可以支持可编程合约,而且具有去中心化、不可篡改、过程透明、可追踪等优点,在区块链上搭建可信的智能引擎、智能应用,为用户提供去中心化的数据处理能力,实时部署到数据端进行分析计算的能力,以及抽取必要数据到中心节点进行融合分析的能力,为区块链的发展开辟了广阔的空间。

1.2区块链技术的优势。区块链去中心化的分布式结构无需中介参与、不可篡改的时间戳特征保证数据传输高效透明且高度安全。在中心化体系中,数据集中记录并存储于服务器上。而区块链结构设计采取了完全不同的思路,让每个参与节点都记录并存储所有的数据,区块链根据系统确定的协议构建成一个分布式结构,交换信息通过分布式传播发送给整个网络,通过分布式记账确定信息数据内容 ,生成区块数据,实现分布式存储。区块链技术的应用,可以推动建立安全可靠的数字经济,可广泛应用于互联网业务、医疗、环保、水利、公共水务等各个领域。

2水资源监控能力建设现状

德州市高度重视水资源监控能力建设,根据相关技术标准和规程,完善水量监测计量管理办法,建立健全水资源监测计量工作机制。2014年,德州市水利局投资178万元,建设完成了市级水资源监控系统平台,并实现了市县水资源监控平台联网。为全面加强水资源监控能力建设,2017年,德州市水利局再次投资292.5万元,新装市级远程水量自动监控设备223套。同时,随着国家水资源远程监控能力建设的全面推进,德州市部分取用水户纳入国家水资源监控系统平台。截至目前,全市累计共安装远程水量自动监控设备511套,其中部级监控设备72套,市级监控设备256套,县级监控设备183套,实现了全市年取水3万m3以上取用水户远程监控全覆盖。以各级水资源信息管理系统为依托,德州市各级水资源管理部门加强取用水户的取水行为监督管理,强化取用水户信息管理和取水计量设施巡查工作,确保水资源税征收工作持续稳定开展。

3存在的问题

3.1现有水资源监控系统架构存在的不足。目前的水资源监控系统多采用中心化体系,即在机房架设服务器和数据库,由远程计量设备通过移动数据发送至服务器接收,数据集中记录并存储于数据库中。而传统中心化体系面对日益增多的远程终端的接入,是无法解决网络传输瓶颈、网络攻击、服务器和数据库故障、数据丢失等固有缺陷,随着水资源管理工作的深入推进,对取用水精准计量和优化则提出了更高的要求。

3.2水资源监控覆盖面不均衡。一是对用水量较小的取用水户(如洗车、餐饮)不适合安装现有远程计量设备,用水成本和安装成本矛盾突出。二是对偏远地区、乡镇地区的取用水户安装远程计量设备条件不充分,电力、移动信号不能够满足施工条件。

3.3远程计量设备维护压力日益增大。远程计量设备属于电子产品,与传统机械水表相比,元器件容易老化,正常使用寿命一般在5年左右。取用水户取水点的环境、水质、设备间温度湿度等因素,对远程计量设备的损伤有重要影响。运营单位维修和运维的周期长,故障问题得不到及时解决。

4对提升水资源监控能力建设的作用

4.1对数据及时性的提升。现有水资源远程监控系统核心在于信息的中心化处理,高度依赖远程计量设施、中心机房和系统终端的网络通畅程度。当因中间任一环节的网络故障导致数据传输延迟和丢失,水资源管理人员往往无法及时得到准确信息,耽误水量计量和核定。区块链技术则可以通过使用智能合约的远程计量设备间进行安全通信、确保信息可以及时传递到水资源管理人员的终端系统内。

4.2对远程监控覆盖面的提升。在即将全面铺开的5G时代和物联网技术的支持下,远程计量设备也将更加智能化,水量信息通过水量传感设备就能接入互联网,通过区块链技术实现设备和设备之间的智能通信,更快地更新水量实时数据和取水异常信息,有效降低了水资源监控系统的网络数据传输压力,降低了水资源监控能力建设成本,提高小微用水户远程和偏远地区用水户的远程计量设备安装率,有效扩大远程监控的覆盖面。

4.3降低系统和设备的维护压力。目前各级水资源远程监控系统由不同的软件公司开发,远程计量设备也分批采购不同厂家产品,因设备通用性问题,在后续开发和运维方面增加大量成本,而区块链和物联网的应用,将改变目前的状况。物联网使远程计量设备直接接入互联网,区块链技术实现远程计量设备、系统终端之间实现了互联互通,分布式存储,从而提高了远程计量设备的兼容性,降低了设备维护难度,甚至能和传统机械水表一样的取用水户自修自换,根据各级水资源监控系统定义的智能协议自动接入系统实现数据传输和数据存储,从而大大提高了水资源远程监控系统运行效率。

作者:边晓南 夏文君 张洪亮 单位:德州市水利局