CN111932132A - 基于区块链的预制t梁安全质量检查终端及施工辅助系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于区块链的预制T梁安全质量检查终端及施工辅助系统，属于桥梁施工技术领域，用于解决现有技术中T梁质量不能精准追溯和监控、施工高风险因子不能监督等问题。所述检查终端包括RFID读写器、定位芯片、区块链客户端模块、网络传输模块和人机交互模块，T梁检查数据作为交易数据传至区块链网络，网络内节点基于预设智能合约自动地对交易数据进行安全与质量验证；所述施工辅助系统包括RFID标签、手持终端、质量安全检查终端和区块链网络。本发明融合区块链互信和智能合约机制并运用RFID数据完成T梁制备过程质量信息及施工高风险因子信息的监督、验证及可溯源管控，实现信息实时动态互联和反馈，提高预制T梁施工安全性和质量检查效率。
Description
技术领域
本发明涉及桥梁施工技术领域，尤其是涉及一种基于区块链的预制T梁安全质量检查终端及施工辅助系统。
背景技术
T型梁是一种横截面形式为T型的梁，其相当于是将矩形梁中对抗弯强度不起作用的受拉区混凝土挖去后形成的，与原有矩形抗弯强度完全相同外，却既可以节约混凝土，又减轻构件的自重，提高了桥梁的跨越能力。预应力混凝土T梁因为其施工工艺成熟、工期短、造价低，因而广泛地应用于交通基础设施的重大桥梁工程建设中。
T梁预制是T梁施工中的一个关键环节，直接决定了T梁的质量和桥梁结构长期服役过程中的品质与安全。T梁的预制过程需要对每个工序的温度、湿度、强度、时间等信息进行安全和质量检查并记录。现有技术中，T梁预制时以上信息均采用人工记录和检查，非常繁琐，容易出错，部分安全和质量指标的记录容易遗漏，且记录数据往往备份少，甚至导致桥梁施工与运营过程安全事故。对于事故追责，由于安全记录可以篡改，很难找到明确、可信、可溯源的安全与质量内在原因，因此，迫切需要一种高效可靠的预制T梁安全与质量管理系统来解决问题。
发明内容
鉴于以上情形，为了解决上述技术存在的桥梁的核心构件在制备过程质量不能精准追溯和监控，施工安全高风险因子不能相互验证和监督等问题，本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种提高预制T梁施工安全性、检查效率高的基于区块链的预制T梁安全质量检查终端及施工辅助系统。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种基于区块链的预制T梁安全质量检查终端，包括RFID读写器、定位芯片、区块链客户端模块、网络传输模块和人机交互模块，其中，
所述RFID读写器用于在每个工序结束后对安装于T梁上的RFID标签进行读写操作；
所述定位芯片用于实时返回当前待检查的T梁所处的位置；
所述区块链客户端模块用于通过网络传输模块连接入区块链网络，上传T梁检查相关数据信息，并获取和反馈验证结果；
所述人机交互模块用于实现人机交互功能；
所述T梁检查相关数据作为交易数据上传到区块链网络，所述区块链网络内的节点基于预设的智能合约自动对所述交易数据进行安全与质量验证，返回所述验证结果，同时以验证结果更新所述交易数据，即执行产生的验证结果和原数据合并形成新的交易数据存储于区块链网络中，保证数据的不可篡改和可溯源。
进一步地，每个T梁片对应安装有一个RFID标签，可靠性高。
优选地，所述RFID标签采用反射调制式射频识别系统，且射频标签无源，可无线读写；射频标签与读写器支持多标签读写功能。
进一步地，所述定位芯片为北斗定位芯片。
优选地，所述北斗定位芯片为位置感知和导航定位需求的SoC芯片，能实现较短的定位时间，并提供优良的续航能力和存储空间。
进一步地，所述网络传输模块为4G网络传输模块或5G网络传输模块。
优选地，所述5G网络传输模块采用5G双频低功耗Wifi蓝牙模块并可实现无线通讯，支持AIRKISS智能联网。
进一步地，所述T梁检查相关数据包括T梁身份编号和当前工序检查数据。
进一步地，所述预设的智能合约具有在某一工序结束时，验收需具备的安全和质量数据检查条件。
进一步地，所述交易数据以区块形式存储于区块链网络中，所述区块包括区块头和区块主体，所述区块主体存储的信息包括T梁身份编号、定位位置、施工工序号、工序对应安全质量数据、验证结果和下一工序序号。
本发明所采用的存储数据全面可靠，保证了预制T梁安全与质量检查的可靠性。
进一步地，所述验证结果数包括时间戳、定位位置、T梁身份编号、施工工序号、是否通过验证、具体哪些条件未通过验证和下一工序序号，验证结果直观，更加方便地指导后续施工；在获得返回的验证结果后，由RFID读写器自动更新对应T梁RFID标签的下一道工序。
本发明还提供一种基于区块链的预制T梁施工辅助系统，包括RFID标签、操作人员手持终端、如权利要求1所述的质量安全检查终端和区块链网络，其中，
所述RFID标签安装于T梁上；
所述操作人员手持终端对RFID标签进行读写操作，在每个工序结束后更新对应T梁的工序信息；
所述质量安全检查终端对RFID标签进行读写操作，并基于区块链网络实现对T梁施工安全及质量的检查。
进一步地，所述操作人员手持终端包括依次连接的RFID阅读器、微处理器和显示屏，实现T梁施工数据信息的实时反馈。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、通过RFID数据信息融合并借助区块链互信和去中心化机制，发挥北斗系统的实时定位和网络传输功能，实现在T梁制备与施工全过程中数据信息的实时动态互联和反馈，具有提高预制T梁施工安全性、质量检查效率高和数据信息相互监督、验证及可溯源等优点。有效地解决了现有桥梁T梁施工技术中流程繁琐、容易出错、记录易篡改、无法溯源的问题，从而从本源上可运用信息技术对T梁预制安全和质量进行实时、精准化动态管理。
2、本发明基于区块链网络实现数据检查，确保桥梁T梁预制施工作业全过程核心数据的不可篡改性和可靠性，从而从本源提升T梁预制安全和质量管理水平。
3、本发明通过应用于T梁施工工程实践，对于每道工序的质量安全验证，能在3秒钟内得到快速的验证结果，能使质量漏洞的风险降低90％，对于任意一个按照本流程的T梁，能对安全检查以及历史参数达到99％以上的可追溯。本发明对于T梁的安全施工具有直接的作用，而且可基于信息化技术从全过程对混凝土的技术参数进行动态监测和管控，保障预制的每一片T梁施工安全与质量可控。
附图说明
为了更清楚地说明本说明书实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本说明书实施例中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明T梁的外形结构截面图；
图2为本发明安全质量检查智能终端的框架示意图；
图3为本发明操作人员终端的框架示意图；
图4为本发明一个梁预制工序的验收流程图；
图5为本发明通过智能合约验收并写入RFID标签的流程。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
如图1所示，预应力混凝土预制T梁是桥梁施工中的重要组成部分，因主梁的截面形状如英文字母T而得名，预制T梁施工过程中严格的安全和质量管理尤为重要。
上世纪80、90年代，20m和30m等小跨径T梁的应用非常普遍，而本世纪以来，50m大跨径T梁的应用已经成熟并普及开来。T梁预制的施工包括如下工序：底模安装、钢筋绑扎、吊底腹板钢筋、穿管、安装模板、绑扎桥面钢筋、浇筑混凝土、养生、拔橡胶管、模板拆除、梁体美容、穿钢绞线、张拉、压浆、封端、涂防水圈、防水层、保护层、运梁等，每道工序都有具体的安全和质量要求，如浆的温度、混凝土强度、浆的流动度、真空度、接头封装长度、养生时长等，前后工序的质量要求环环相扣，一道工序的偷工减料可能会导致整个桥梁或者高速公路的安全隐患。50mT梁各个工序的质量检查规格如表1所示。T梁预制的施工工序比较复杂和繁琐，且需要对每个工序的温度、湿度、强度、时间等信息进行安全和质量检查并记录。
表1T梁施工核心工序与质量检查技术标准
随着大数据挖掘技术、人工智能、智能感知技术和互联网通信技术、5G与北斗系统的迅速发展，重大交通设施建设与运营管理过程不仅要继承传统、规范流程，还要转变思路、创新发展，实现智能化、人性化、灵活有效的多元化管理模式，区块链技术以其去中心化、数据无篡改性和数据公开透明的特质脱颖而出，在“新基建”背景下工程建设的全过程中可得以创新与深化应用。
区块链是由一串使用密码学产生的数据块组成的，每个区块都包含了上一个区块的哈希(Hash)值，其本质是由节点参与的分布式数据库系统，记载了所有的交易记录，节点信任度高，链接速度快，数据不会轻易地被拥有网络连接的任何人获得，可以更好地保障数据隐私。区块链是一个分布式的存储结构，区块链中每一个节点平等，无中央管理者，任一用户可以通过共识过程为下一个节点上传数据信息。区块链的最大特点是，去中心化、平等公开，一旦链接成功，数据难以篡改且所有节点的数据保持一致，其中任何一个节点发起的交易行为都需要将相关信息传递到区块网络中的每一个节点，从而可实现信息的相互备份，同时，由于区块链的数据层封装了底层数据区块数据以及相关的数据加密和时间戳等技术，从而保障数据信息的不可篡改性和可靠性。智能合约存储并运行于区块链上，是一套以数字形式定义的承诺，智能合约允许在没有第三方的情况下进行可信交易，这些交易可追踪且不可逆转，而采用计算快速的信息安全技术可保证网络中用户信息的安全性和有效性。
利用区块链的共识过程、封装块来传输密钥，然后在相同的安全域内对对象进行重新编码，从而充分利用区块链中数据无法篡改这一特性，保证数据的安全。此外，选择动态方案可以进一步减少对象交接期间的密钥传输时间，适应不同水平下的通信场景。
本发明对区块链在T梁预制及追溯中的应用进行创造性设计，以解决现有T梁施工技术中存在的技术问题，形成整套T梁安全和质量可监控和可追溯的系统。
参考图2所示，本发明提供一种基于区块链的预制T梁安全质量检查终端2，包括RFID读写器201、定位芯片202、区块链客户端模块203、网络传输模块204和人机交互模块205，其中，RFID读写器201用于在每个工序结束后对安装于T梁上的RFID标签1进行读写操作；定位芯片202用于实时返回当前T梁所处位置；区块链客户端模块203用于通过网络传输模块204连接入区块链网络，获取并上传T梁检查相关数据，进行触发交易、智能合约、上链等交互；人机交互模块205用于实现人机交互，允许用户查看RFID读取的标签信息，以及输入其他安全和质量检查数据。
RFID(Radio Frequency Identification，无线射频识别)是一种通信技术，可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需与特定目标之间建立机械或光学接触。RFID标签由耦合元件及芯片组成，每个RFID标签具有唯一的电子编码，附着在物体上标识目标对象。本发明为每个T梁片配一个相对应的RFID标签，RFID标签是T梁的身份标识，自T梁的底模安装开始，就固定于该T梁片的支撑钢架上。该RFID标签是可读写的，其中包含了该T梁片的编号和已经完成的工序号以及下一步要进行的工序号。
质量安全检查终端2(即检查人员手持智能终端)可通过扫描RFID标签以及获取其他必要的辅助测量设备对应T梁片的施工检查数据，通过区块链客户端模块将施工检查数据作为交易数据上传到区块链网络，区块链网络中的节点通过智能合约对上传的交易数据进行验证，判断是否符合T梁施工的安全和质量要求，检查终端接收验证结果完成检查。
实施例2
本实施例提供一种基于区块链的预制T梁施工辅助系统，包括RFID标签1、操作人员手持终端、如实施例1的质量安全检查终端2和区块链网络，其中，RFID标签安装于T梁上；操作人员手持终端对RFID标签进行读写操作，在每个工序结束后更新对应T梁的工序信息；质量安全检查终端对RFID标签进行读写操作，基于区块链网络实现对T梁施工安全及质量的检查。
如图3所示，操作人员手持终端包括有微处理器302、RFID阅读器301和显示屏303，通过RFID阅读器扫描T梁片的RFID标签1，操作人员可以从显示屏上获得该T梁的身份标识以及已经完成的工序和下一步要进行的工序。具体地，微处理器可以是STM32，连接到RFID阅读器，RFID阅读器的输出传入STM32，经过STM32进行格式转换后输出到显示屏上，显示内容为T梁编号、下一步工序。
T梁预制过程中大约包含近20道工序，从底模安装到最终的防水层施工和保护层施工，再运输至成品区。如图4所示，基于上述基于区块链的预制T梁施工方法包括以下步骤：
1)RFID标签的安装：首先，根据施工计划，为每一片将要施工的T梁准备好一个可视化身份标识牌，其内置RFID卡并且外贴有信息标签，RFID卡已经预先写入了该T梁片的身份编号。底模安装好后将可视化身份标识牌固定在钢架上，随着施工工序的进行，如果底模钢架被拆除，则将该标识牌固定到T梁的混凝土表面，最终随着T梁成品进入成品区，既不影响T梁的施工，但是又终身保留T梁的身份信息。
2)T梁预制施工每道工序前：每道工序施工前，操作人员通过内置RFID阅读器的手持设备，接近该T梁片的RFID标签，读取该T梁片的编号、已经完成的工序和下一步将要进行的工序，确保对该T梁进行正确的施工工序。
特别地，对于底模安装工序，若RFID标签尚未安装，先安装固定RFID标签，此步操作跳过。
3)T梁预制施工工序：对于具体的工序(如钢筋绑扎、浇筑混凝土、养生、压浆等)，每道工序都有明确的安全和质量要求(如时间、温度、强度、流动度等)，操作工人应按照工序要求严格执行。
4)T梁预制施工每道工序的验收和记录：在每道工序结束时，检查人员通过手持智能终端以及其他必要的辅助测量设备来进行验收和记录。具体地，辅助测量可能包括的温度、混凝土强度、浆的流动度、真空度、接头封装长度、养生时长等的检测、计算与评估等。检查人员将手持智能终端接近RFID标签，以接近扫描的方式，建立和T梁RFID标签的连接，首先读取该T梁的身份编号数据和下一施工工序号，从智能终端弹出一个新的交互窗口，允许检查人员输入施工工序的安全和质量检查数据，该数据包含从辅助测量和计算得到的数据。此检查数据会和智能终端检测得到的时间戳、北斗定位位置、T梁身份编号、施工工序号合并成一个数据集，在检查人员点击提交后，由区块链客户端引发区块链网络的对应的操作，如图5所示。
4a)自动地，通过区块链客户端构建该笔安全质量数据的发布交易，并向区块链网络广播该安全质量数据发布交易。
4b)作为先决条件，智能合约生成模块预先构建了T梁质量数据发布交易验证的智能合约，合约规定了在具体的工序结束时，验收需要具备的安全和质量数据检查条件；所属智能合约包括根据所述交易验证合约的条款生成的计算机执行代码，即返回该T梁的工序验证结果以及下一步的工序，如果检验失败，则下一步工序停留在当前工序，区块链将该结果同步至各个节点。
具体地，智能合约规定了如下的验证条件(以模板拆除为例)：
工序：模板拆除
条件：梁体混凝土强度>25Mpa；芯部与表层温差不大于15摄氏度；表层与环境温差不大于15摄氏度；混凝土棱角完整；实验室出具拆模通知单。
对于每一道工序，都规定明确的检查条件，可以通过是否值或者具体数值作为输入。
优选地，输出结果如果是未通过验证，还会返回具体的未通过验证的数据，如梁体混凝土强度不符合要求等。
本实施例基于Solidity开发环境，将表1的50mT梁质量规格检查表写入智能合约，伪代码如下：
4c)区块链网络包括如T梁安全质量平台、道路安全质量平台和隧道安全平台等多个节点，区块链上的每个节点都会存储运行区块链上的智能合约，所以，对于4a)发布的交易，会触发4b)所定义的智能合约，进行数据验证。
4d)智能合约执行后，执行产生的结果和原数据合并，作为交易数据存储至区块链网络中。
具体地，区块是一种记录交易的数据结构，每个区块由区块头和区块主体组成：
区块头存储：(1)版本号，标示软件及协议的相关版本信息。(2)父区块哈希值，引用的区块链中父区块头的哈希值，通过这个值每个区块才首尾相连组成了区块链。(3)默克尔树，默克尔树的顶部哈希值是由区块主体中所有交易的哈希值再逐级两两哈希计算出来的一个数值，主要用于检验一笔交易是否在这个区块中存在。(4)时间戳，记录该区块产生的时间，精确到秒。(5)随机数，记录解密该区块相关答案的值。
区块主体存储交易信息，交易信息包括：(1)T梁的编号：此编号从RFID读取而来，是T梁的唯一可追踪标识。(2)北斗定位位置：该T梁的检查位置，因为T梁预制会有运输到指定工场的要求，质量检查的发生位置会帮助追踪该工序具体发生地点。(2)施工工序号：如表1对应的当前交易的工序号。(3)工序的对应的安全质量数据：每道不同的工序会有不同的质量检查数据，该数据可以选用json格式来保存，易于保存和解析。(4)验证结果：该数据即智能合约运行的验证结果，包括温度是否符合要求、强度是否符合要求等。(5)下一道工序：该数据从智能合约运行的结果而来，指示下一步应该执行的工序。
4e)检查人员的手持智能终端及时通过区块链客户端获取该T梁的当前工序的验证结果，该结果包含通过或者不通过以及下一步的工序。
具体地，验证结果数据包含时间戳、北斗定位位置、T梁身份编号、施工工序号、是否通过验证、具体哪些条件未通过验证、下一步工序等。
4f)手持智能终端将验证结果中的下一步工序通过RFID读写器写入RFID标签，于是T梁的RFID标签就更新了当前工序和下一步工序。
以上将下一步工序编号写入RFID标签的过程由手持智能终端自动由程序触发，即便是检查人员也无法修改。
5)重复以上步骤2)、3)、4)，如果某一道工序没有完成安全和质量验证，除了记录会记入区块链无法篡改外，下一步工序也将继续保留在当前工序，促使施工操作人员返工，直至达到所有安全和质量要求。
该施工辅助系统通过将RFID与智能终端以及区块链结合，融合到T梁预制施工的工序检查中，对于检查结果的交易数据上链，而且对于验证失败的，强制进行安全和质量的返工，确保了数据的不可篡改和可溯源。
通过应用于T梁施工工程实践，对于每道工序的质量安全验证，能在3秒钟内得到快速的验证结果，能使质量漏洞的风险降低90％，对于任意一个按照本流程的T梁，能对安全检查以及历史参数达到99％以上的可追溯。
上述施工辅助系统针对桥梁工程T梁预制施工作业过程融入区块链新技术，运用区块链作为点对点网络、密码学、共识机制、智能合约等多项技术的集成效应，提供了一种在不可信网络中进行信息与价值交换的可信通道，达到最小化数字隐私和最大化数据一致性的效果，从而发挥其独有的信任建立桥梁T梁预制关键参数和指标的安全与质量控制机制，有效地解决了现有技术中流程繁琐、容易出错、记录易篡改、无法溯源的问题，从而从本源上可运用信息技术对T梁预制安全和质量进行实时、精准化动态管理。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (10)
1.一种基于区块链的预制T梁安全质量检查终端，其特征在于，包括RFID读写器、定位芯片、区块链客户端模块、网络传输模块和人机交互模块，其中，
所述RFID读写器用于在每个工序结束后对安装于T梁上的RFID标签进行读写操作；
所述定位芯片用于实时返回当前待检查的T梁所处的位置；
所述区块链客户端模块用于通过网络传输模块连接入区块链网络，上传T梁检查相关数据信息，并获取和反馈验证结果；
所述人机交互模块用于实现人机交互功能；
所述T梁检查相关数据作为交易数据上传到区块链网络，所述区块链网络内的节点基于预设的智能合约自动对所述交易数据进行安全与质量验证，返回所述验证结果，同时以验证结果更新所述交易数据存储于区块链网络中。
2.根据权利要求1所述的基于区块链的预制T梁安全质量检查终端，其特征在于，每个T梁片对应安装有一个RFID标签。
3.根据权利要求1所述的基于区块链的预制T梁安全质量检查终端，其特征在于，所述定位芯片为北斗定位芯片。
4.根据权利要求1所述的基于区块链的预制T梁安全质量检查终端，其特征在于，所述网络传输模块为4G网络传输模块或5G网络传输模块。
5.根据权利要求1所述的基于区块链的预制T梁安全质量检查终端，其特征在于，所述T梁检查相关数据包括T梁身份编号和当前工序检查数据。
6.根据权利要求1所述的基于区块链的预制T梁安全质量检查终端，其特征在于，所述预设的智能合约具有在某一工序结束时，验收需具备的安全和质量数据检查条件。
7.根据权利要求1所述的基于区块链的预制T梁安全质量检查终端，其特征在于，所述交易数据以区块形式存储于区块链网络中，所述区块包括区块头和区块主体，所述区块主体存储的信息包括T梁身份编号、定位位置、施工工序号、工序对应安全质量数据、验证结果和下一工序序号。
8.根据权利要求1所述的基于区块链的预制T梁安全质量检查终端，其特征在于，所述验证结果数包括时间戳、定位位置、T梁身份编号、施工工序号、是否通过验证、具体哪些条件未通过验证和下一工序序号。
9.一种基于区块链的预制T梁施工辅助系统，其特征在于，包括RFID标签、操作人员手持终端、如权利要求1所述的质量安全检查终端和区块链网络，其中，
所述RFID标签安装于T梁上；
所述操作人员手持终端对RFID标签进行读写操作，在每个工序结束后更新对应T梁的工序信息；
所述质量安全检查终端对RFID标签进行读写操作，并基于区块链网络实现对T梁施工安全及质量的检查。
10.根据权利要求9所述的基于区块链的预制T梁施工辅助系统，其特征在于，所述操作人员手持终端包括依次连接的RFID阅读器、微处理器和显示屏，实现T梁施工数据信息的实时反馈。
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