CN110189072A - 基于区块链技术的无人机物流系统及其运行方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于区块链技术的无人机物流系统及其运行方法，所述系统包括：数据采集终端，设置于无人机上，用于采集无人机飞行的实时数据，并发送到所述客户端；客户端，用于录入物资信息以及进行各类型用户信息的过滤、录入、通信、显示，并进行任务操作或控制；系统综合管理模块，用于进行任务数据的综合查询，并根据不同客户端，控制客户端对应的权限，使之具备不同的操作、显示功能；云端，包括多个分布式区块链节点，每个区块链节点对应于不同的客户，用于存储所述客户端录入的各类型用户信息，并对所述各类型用户信息进行管理。

Description

基于区块链技术的无人机物流系统及其运行方法

技术领域

本发明涉及无人机物流领域，尤其涉及一种基于区块链技术的无人机物流系统及其运行方法。

背景技术

现代物流在国民经济的发展中具有重要的作用，但当前物流运输体系受条件限制较大，一方面，受制于当前的交通网络和气象条件，对于偏远或遭受自然灾害地区、交通拥塞城市物资无法及时到达，时效性延长；另一方面，在寄送、运输、交接时大部分依赖人工完成，成本不断增高。

随着无人机产业发展迅猛，特别在《轻小无人机运行规定(试行)》规定的出台后，很多物流企业计划构建无人运输投送体系以解决上述问题。但是相关的企业或组织只是利用无人机开展了研究性的物资运投试验，距离实用还有很长距离。并且由于无人机运输涉及公共安全，需要从技术上保证无人机物流体系的可控性和安全性。当前，在无人机物流系统的安全可控性方面，尤其是身份验证、权限管理等还没有成熟的解决方案。

由于无人机运输涉及空域申请、市场准入、交通管理等诸多因素，如有不慎会导致严重的公共安全问题。首先，接入系统的无人机服务运营商的身份资质的验证及授权，如市场准入资格、战时后勤物资运输资质等；其次，在跨多个空域的飞行中，各控制站点之间与无人机的指控权的顺利交接，以保障任务高效完成等；再次，在物资运输过程中，无人机与无人机物流系统之间的安全的信息传输，确保信息的保密性，并识别伪装无人机，或保证己方无人机不被劫持。

区块链技术作为当前国内外的焦点技术之一，具有保密性、匿名性、不可更改等特点，可加强物流体系的市场准入验证，提升无人机运输过程中可控性与安全性，在无人机物流体系的构建中将会有广阔的发展空间。

发明内容

本发明实施例提供一种基于区块链技术的无人机物流系统及其运行方法，用以解决现有技术中由于无人机运输安全可控性不足导致的公共安全问题。

本发明实施例提供一种基于区块链技术的无人机物流系统，包括：

数据采集终端，设置于无人机上，用于采集无人机飞行的实时数据，并发送到所述客户端；

客户端，用于录入物资信息以及进行各类型用户信息的过滤、录入、通信、显示，并进行任务操作或控制；

系统综合管理模块，用于进行任务数据的综合查询，并根据不同客户端，控制客户端对应的权限，使之具备不同的操作、显示功能；

云端，包括多个分布式区块链节点，每个区块链节点对应于不同的客户，用于存储所述客户端录入的各类型用户信息，并对所述各类型用户信息进行管理。

优选地，所述系统综合管理模块具体用于：进行数据的综合查询，具体包括：运投任务查询、任务执行状态查询、与任务对应的无人机飞行状态查询、运投物资查询和历史采集数据查询；并查询各接入的用户信息，具体包括：运投任务发起方及物资信息、运投任务承运商的身份及所属无人机信息；通过对应的客户端程序实现控制客户端对应的权限，使之具备不同的操作、显示功能；并管理所有运投任务、任务发送承接双方、无人机、运投物资、重要历史基础数据，通过客户端从无人机的数据采集终端获取重要的飞行数据，以及客户端的配置信息，向客户端推送信息显示；在运投任务开始执行前，将相关的任务数据发送到云端，根据云端的鉴权反馈确定是否启动无人机物流服务。

优选地，所述客户端具体包括：

读取模块，用于读物资的上二维码、条形码信息，进行运投物资的快速录入；读取无人机运输过程中数据采集终端采集的、通过移动无线网络(如4G)下传的飞行数据，对无人机飞行状态进行实时监控；

通信模块，用于进行客户端与云端的数据通信；

计算模块，用于处理无人机飞行过程中数据采集终端所采集的数据，交由云端进行身份鉴权服务完成身份识别，如身份识别通过，则激活对应的计算模块，启动对下传数据的分析，过滤冗余信息，反之，则返回客户端鉴权失败，丢弃数据；此外，还需要将必要数据通过通信模块上传到云端及系统综合管理模块；

显示模块，用于运投任务态势的显示，并提供无人机临机处置操作界面。

优选地，所述无人机飞行的实时数据具体包括：无人机飞行方向、飞行速度、余油、以及系统告警信息。

优选地，每一个区块链节点包括区块链数据鉴权模块、区块链数据存储模块和区块链应用管理模块：

区块链数据鉴权模块，用于对无人机、物资信息、无人机服务提供商身份信息的鉴权识别的服务；具体地，在运投任务开始执行前，接收系统综合管理模块发送的任务数据，并进行身份识别，如身份识别通过，则激活系统综合管理模块启动服务，同时启动对该任务、无人机、物资的主动数据采集及分析；反之，则返回鉴权失败；在运投任务执行时，对客户端发送的数据采集终端采集的数据进行鉴权；根据任务编号、无人机编号、任务承运商身份的映射信息，确定需要获取数据的区块链数据标识，再根据区块链节点的存储标识和区块链数据标识确定对应的区块链网络存储位置；

区块链数据存储模块，用于存储区块链节点的存储标识以及根据任务编号、无人机编号、任务承运商的映射关系确定的区块链数据标识，对运投任务、承运商、无人机信息数据进行封装存储；

区块链应用管理模块，用于进行数据访问管理以及数据安全管理；数据访问管理具体包括：将数据访问的请求进行解析，解析后的数据包括区块链网络节点的存储标识和区块链数据标识，并发送至区块链数据鉴权模块；数据安全管理包括：数字签名、数据保护和存储安全的管理。

本发明实施例还提供一种基于区块链技术的无人机物流系统的运行方法，用于上述系统，所述方法具体包括：

步骤1，根据区块链网络节点的接入要求，进行客户端信息注册；

步骤2，将任务、任务发送承接方、以及使用的无人机录入客户端，客户端将任务相关信息、以及无人机信息上送至云端的区块链中；

步骤3，通过数据采集终端采集无人机运投过程中的实时数据、物资数据，并通过客户端处理后，上送至云端的区块链中；

步骤4，将步骤2中采集到的任务相关基本数据和步骤3中采集到的运投任务实时数据在区块链网络节点中进行存储；

步骤5，接收区块链数据访问请求，解析数据访问请求，将所需要访问的数据提取返回到客户端。

优选地，所述步骤4具体包括：

根据区块链数据标识对数据进行身份鉴权，身份鉴权服务完成身份识别，身份识别通过，则激活系统综合管理模块，启动服务，同时启动对该任务、无人机等数据分析；反之，则返回数据发起端鉴权失败；

根据客户端传至云端的数据，以及根据无人机编号、任务编号信息、承运商形成的三者之间的映射关系形成在区块链数据标识；

在区块链存储模块中至少也包括区块链数据标识，所述区块链数据标识依据产生的时间及编号依次生产；

对上送的数据进行数字签名及安全检查后，进行数据存储。

优选地，步骤5具体包括：

接收区块链数据访问请求，解析数据访问请求，其中，所述数据访问请求中携带有身份信息、无人机信息、任务信息以及客户端ID，依据客户端ID识别区块链网络节点，再根据身份信息和无人机信息的映射关系确定区块链数据标识，将所需要访问的数据提取返回到客户端。

采用本发明实施例，针对当前物流行业人力成本高，受限因素多的痛点，构建平台，开放接入标准，建立合作机制，实现无人机服务提供商、无人机载具、运投任务发起方、等资源的快速接入和互联互通，实现物流资源和服务共享，形成多赢局面。针对无人机实时飞行数据进行处理过滤上传，减少了通信数据，提升了通信效率，将区块链系统部署于云端，有效提升了系统的可靠性。针对该无人机物流领域的安全性要求，结合区块链，解决了运投过程中鉴权的问题，为无人机物流的发展提供安全基石。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1是本发明实施例的基于区块链技术的无人机物流系统网络架构图；

图2是本发明实施例的基于区块链技术的无人机物流系统结构图；

图3是本发明实施例的基于区块链技术的无人机物流系统工作流程图。

具体实施方式

本发明的目的就是为了解决无人机运投过程中的安全授权问题，提出了一种基于区块链技术的增加安全性的方法及系统，通过对无人机物流系统关键环节、功能进行设计，根据系统运投任务汇总及承运商服务能力的分析，结合无人机实时飞行数据进行入网数据鉴权，实现无人机在整个物流系统中的安全可控，物资的及时运达。

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

本发明实施例在研究利用运投任务流程、区块链技术、网络通信技术的基础上，提出了一种基于区块链技术的无人机物流系统及其运行方法，提供了针对无人机运投任务利用块链式数据结构来验证与存储任务实时数据、利用分布式节点共识算法来生成和更新任务运行数据、利用密码学的方式保证无人机及物资数据传输和访问的安全、利用由程序代码组成的智能合约来操作数据的一种分布式架构。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于区块链技术的无人机物流系统，如图1和图2所示，包括：客户端、数据采集终端、云端、系统综合管理模块。

客户端，用于信息录入、数据处理以及态势显示，针对高级别用户(如任务筹划规划人员)，提供任务修改、临机规划甚至接管无人机的操作。各系统的物理节点安装该客户端程序，如运投任务发起方、承接方(即无人机服务提供商说物资承运商)、系统管理机构。

客户端程序主要包括读取模块、通信模块、计算模块以及显示模块。

读取模块，用于任务、物资等信息，以及数据采集终端进行实时的数据读取，以此查看该客户端用户所关心的任务、无人机以及物流状况。

通信模块，具备光纤和移动无线网络两种通信方式，客户端可以根据自身环境选择最佳通信方式，一般而言，移动客户端终端使用4G网络，固定终端(如承运商、相关的无人机控制站)使用光纤通信。该模块是客户端与云端的通信连接装置，用于发送或接收数据信息。

计算模块，用于计算数据采集终端所采集的飞行数据、任务数据。并将计算处理后的数据通过通信模块上传到物流平台。

显示模块，基于地图，提供任务执行、无人机飞行状况的态势显示，同时提供用户操作的工作界面，如选择性的定制显示。

另外，针对特定的用户，如任务管理、规划员、无人机操作员等，通过系统综合管理模块的权限控制下发，客户端可以提供特定的操作功能。

数据采集终端：无人机上的数据采集终端是基于移动无线网络的机载数据采集装置，将无人机的实时信息传输到客户端；其他数据采集终端在地面，与客户端程序利用通信接口传输物资、任务等信息，一般由操作人员输入。无人机机载采集终端采集的数据包括但不限于：航向、速度、高度、横滚角、翻滚角、余油、无人机各分系统系统运行状态、告警信息等。

所述云端是由多节点的区块链模块网络组成，如图2所示，每一个区块链节点一般包括区块链数据鉴权模块、区块链数据存储模块和区块链应用管理模块。

区块链数据鉴权模块，提供对承运商身份、无人机载具、驾驶员身份信息的鉴权识别的服务。

系统综合管理模块对系统中的所有信息，如运投任务、任务发送承接双方、物资及载机信息进行管理，从客户端获取数据，处理后推送到客户端。该模块是整个系统的后台处理程序，系统通过该程序控制不同客户端权限，并进行信息的分发。系统综合管理模块可部署于云端或本地。

系统在运行前，由系统综合管理模块将数据(任务、承运商身份信息、所用的无人机等)发送至云端，云端交由身份鉴权服务完成身份识别，如身份识别通过，则激活系统综合管理模块启动服务状态；反之，则返回对应的客户端通知鉴权失败。

系统运行时，运投任务发送方从客户端提交需求，由系统根据要求及规则，在承运商、无人机之间进行匹配，无人机开始执行任务。

在云端，区块链数据鉴权模块用于系统运行前的准入验证，即上述的鉴权；还用于提高区块链数据的存取效率，即根据已有的任务编号、无人机编号、任务承运商身份等映射信息，确定需要获取数据的区块链数据标识，再根据链上节点的存储标识和数据标识确定对应的存储位置，加快读取速度。

上述区块链数据存储模块包括物理层面的分布式网络节点存储设备，逻辑层面的网络节点存储标识、数据标识。该模块用于对运投任务、承运商、无人机信息数据的封装存储。

上述区块链应用管理模块包括数据访问管理以及数据安全管理。客户端提交数据访问时，该模块解析数据访问请求，解析后获取需要访问的节点存储标识和数据标识，并发送至区块链数据鉴权模块。数据安全管理包括数字签名、数据保护和存储安全，用来生成、分发数字签名，保证信息安全地推送给具有相应权限的客户端。

数据访问管理可由客户端直接发起，对于需要进一步操作的，一般有系统综合管理模块发起，经过数据管理模块，再传输到客户端显示或提供进一步的操作界面。

本发明实施例还提供了一种基于区块链技术的无人机物流系统的方法，如图3所示，包括以下步骤：

步骤一、安装客户端，用户如果想使用该系统，就必须要申请安装客户端。首先用户需要根据区块链网络节点的接入要求，提供相应的身份信息、资产信息，然后提交注册申请即可。每一个客户端都有唯一ID，用于识别区块链网络节点。

步骤二、安装数据采集终端，无人机服务运营商将数据采集终端安装在其运营的无人机上，采集无人机运投过程中的实时数据。该数据采集终端与地面客户端通过移动无线网络进行数据的实时传输，并通过客户端处理后将有用数据上送至云端的区块链中。其他数据采集终端，如采集物资二维码信息的扫描枪设备等，可以附属于对应的地面客户端。

步骤三、运投任务发起方提交任务需求，系统综合管理模块根据要求及匹配规则优选无人机服务运营商，提供服务的运营商角色转为物资的承运商；系统管理模块将任务信息传输至区块链的节点中存储。

步骤四、承运商的无人机开始执行任务，实时数据采集、下传；通过客户端处理将数据上送至云端的区块链中。

步骤五、任务信息在区块链中存储，在该步骤中，所有的任务相关信息，如任务双方、无人机载具信息、处理后的无人机飞行信息等都需要在区块链网络节点中进行存储，存储步骤如下：

1)发起数据请求，根据数据请求解析结果，得出区块链数据标识，进行数据鉴权。如完成身份鉴权，则开展对应的数据服务；否则返回鉴权失败信息。

2)依据客户端的数据，以及任务相关的无人机、物资、任务双方等信息，形成在区块链数据标识，该标识基于时间、任务编号等顺序产生。

3)区块链应用管理模块对上送的数据进行数字签名及安全检查。

4)数据保存到区块链节点。

步骤六、客户端或系统综合管理模块对与区块链数据访问，根据访问请求，进行解析，返回数据。访问请求包括客户端ID、任务信息、无人机信息、物资信息等形成的关系数据元组，根据客户端ID能够识别区块链网络节点，再根据数据元组来确定区块链数据标识，将客户端所需数据返回。

在本发明实施例的技术方案中：

(1)通过数据鉴权模块，对无人机物流系统中的不同用户的身份、权限进行验证，解决了信息的安全保密问题；

(2)利用无线通信模块实现无人机实时数据回传鉴权，解决了无人机与系统间的信任，避免了“伪装”与“被劫持”，并通过对数据的分析、处理与过滤，降低了系统数据传输量，有效提升了通信资源利用率；

(3)将区块链系统部署在云端，提升了系统的可靠性与可用性。

本发明实施例的有益效果如下：

(1)针对当前物流行业人力成本高，受限因素多的痛点，构建平台，开放接入标准，建立合作机制，实现无人机服务提供商、无人机载具、运投任务发起方、等资源的快速接入和互联互通，实现物流资源和服务共享，形成多赢局面。

(2)针对无人机实时飞行数据进行处理过滤上传，减少了通信数据，提升了通信效率，将区块链系统部署于云端，有效提升了系统的可靠性。

(3)针对该无人机物流领域的安全性要求，结合区块链，解决了运投过程中鉴权的问题，为无人机物流的发展提供安全基石。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述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。

Claims (8)

1.一种基于区块链技术的无人机物流系统，其特征在于，包括：

数据采集终端，设置于无人机上，用于采集无人机飞行的实时数据，并发送到客户端；

客户端，用于录入物资信息以及进行各类型用户信息的过滤、录入、通信、显示，并进行任务操作或控制；

系统综合管理模块，用于进行任务数据的综合查询，并根据不同客户端，控制客户端对应的权限，使之具备不同的操作、显示功能；

云端，包括多个分布式区块链节点，每个区块链节点对应于不同的客户，用于存储所述客户端录入的各类型用户信息，并对所述各类型用户信息进行管理。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统综合管理模块具体用于：进行数据的综合查询，具体包括：运投任务查询、任务执行状态查询、与任务对应的无人机飞行状态查询、运投物资查询和历史采集数据查询；并查询各接入的用户信息，具体包括：运投任务发起方及物资信息、运投任务承运商的身份及所属无人机信息；通过对应的客户端程序实现控制客户端对应的权限，使之具备不同的操作、显示功能；并管理所有运投任务、任务发送承接双方、无人机、运投物资、重要历史基础数据，通过客户端从无人机的数据采集终端获取重要的飞行数据，以及客户端的配置信息，向客户端推送；在运投任务开始执行前，将相关的任务数据发送到云端，根据云端的鉴权反馈确定是否启动无人机物流服务。

3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述客户端具体包括：

读取模块，用于读物资的上二维码、条形码信息，进行运投物资的快速录入；读取无人机运输过程中数据采集终端采集的、通过移动无线网络下传的飞行数据，对无人机飞行状态进行实时监控；

通信模块，用于进行客户端与无人机、云端的数据通信；

计算模块，用于处理无人机飞行过程中数据采集终端所采集的数据，交由云端进行身份鉴权服务完成身份识别，如身份识别通过，则激活对应的计算模块，启动对下传数据的分析，过滤冗余信息，反之，则返回客户端鉴权失败，丢弃数据；此外，还需要将必要数据通过通信模块上传到云端及系统综合管理模块；

显示模块，用于运投任务态势的显示，并提供无人机临机处置操作界面。

4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述无人机飞行的实时数据具体包括：无人机飞行方向、飞行速度、余油、以及系统告警信息。

5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，每一个区块链节点包括区块链数据鉴权模块、区块链数据存储模块和区块链应用管理模块：

区块链数据鉴权模块，用于对无人机、物资信息、无人机服务提供商身份信息的鉴权识别的服务；具体地，在运投任务开始执行前，接收系统综合管理模块发送的任务数据，并进行身份识别，如身份识别通过，则激活系统综合管理模块启动服务，同时启动对该任务、无人机、物资的主动数据采集及分析；反之，则返回鉴权失败；在运投任务执行时，对客户端发送的数据采集终端采集的数据进行鉴权；根据任务编号、无人机编号、任务承运商身份的映射信息，确定需要获取数据的区块链数据标识，再根据区块链节点的存储标识和区块链数据标识确定对应的区块链网络存储位置；

区块链数据存储模块，用于存储区块链节点的存储标识以及根据任务编号、无人机编号、任务承运商的映射关系确定的区块链数据标识，对运投任务、承运商、无人机信息数据进行封装存储；

区块链应用管理模块，用于进行数据访问管理以及数据安全管理；数据访问管理具体包括：将数据访问的请求进行解析，解析后的数据包括区块链网络节点的存储标识和区块链数据标识，并发送至区块链数据鉴权模块；数据安全管理包括：数字签名、数据保护和存储安全的管理。

6.一种基于区块链技术的无人机物流系统的运行方法，用于上述权利要求1至5中任一项所述的系统，其特征在于，所述方法具体包括：

步骤1，根据区块链网络节点的接入要求，进行客户端信息注册；

步骤2，将任务、任务发送承接方、以及使用的无人机录入客户端，客户端将任务相关信息、以及无人机信息上送至云端的区块链中；

步骤3，通过数据采集终端采集无人机运投过程中的实时数据、物资数据，并通过客户端处理后，上送至云端的区块链中；

步骤4，将步骤2中采集到的任务相关基本数据和步骤3中采集到的运投任务实时数据在区块链网络节点中进行存储；

步骤5，接收区块链数据访问请求，解析数据访问请求，将所需要访问的数据提取返回到客户端。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤4具体包括：

根据区块链数据标识对数据进行身份鉴权，身份鉴权服务完成身份识别，身份识别通过，则激活系统综合管理模块，启动服务，同时启动对该任务、无人机等数据分析；反之，则返回数据发起端鉴权失败；

根据客户端传至云端的数据，以及根据无人机编号、任务编号信息、承运商形成的三者之间的映射关系形成在区块链数据标识；

在区块链存储模块中至少也包括区块链数据标识，所述区块链数据标识依据产生的时间及编号依次生产；

对上送的数据进行数字签名及安全检查后，进行数据存储。

8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤5具体包括：

接收区块链数据访问请求，解析数据访问请求，其中，所述数据访问请求中携带有身份信息、无人机信息、任务信息以及客户端ID，依据客户端ID识别区块链网络节点，再根据身份信息和无人机信息的映射关系确定区块链数据标识，将所需要访问的数据提取返回到客户端。