CN113177730A - 一种水资源溯源管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水资源溯源管理系统，包括：水资源数据管理模块，用于对供水、用水、耗水和排水环节的水资源数据进行采集，并通过区块链平台实现水资源数据的存储与管理；水资源溯源应用模块：用于通过智能合约对上链后的各环节的水资源数据进行分析，确定水质污染和水量漏损等水资源问题，并对其进行识别与诊断，以及用于对水资源数据进行溯源，通过对水资源数据的溯源，确定水资源问题的责任方。本系统以分布式账本的形式对各环节的水资源数据进行存储与管理，数据记录过程公开透明，通过智能合约对水量、水质问题进行识别与诊断，发现问题后通过溯源直接明确产生问题的节点，无需考虑数据真伪，降低了追责成本并提高了追责效率。

Description

一种水资源溯源管理系统

技术领域

本发明涉及计算机技术领域，具体涉及区块链技术，尤其涉及一种水资源溯源管理系统。

背景技术

现有水资源管理系统中的信息溯源一般以中心数据库为基础。在水量、水质信息流通过程中，自来水公司会监测存储供水量、供水水质和用户用水量信息，污水处理厂会监测存储污水收集量和排水水质信息，并且自来水公司和污水处理厂都会把数据上报给水管理部门；同时，相关政府部门也会对各环节水量水质进行监测，将水资源信息上传至中心数据库。

在这种管理方式中，水资源管理各环节主体只记录存储自身的水资源信息，形成″信息孤岛″，比如自来水公司只记录自身每天的供水量和供水水质，而不会有其他供水公司的数据和水源地的相关数据。而且对于用水户，用水量信息通过智能水表都上传至自来水公司的数据库平台，无法确定数据是否准确安全，容易对自来水公司记录的水量数据产生不信任。同时，用户在用水过程中无法自行验证用水是否来自于对应水厂，可能出现其他水厂伪装成对应水厂进行供水，造成水源不明的情况。

由于现有的水资源管理系统不能精确确认水质在各个节点的状态，出现水质问题时，无法迅速而准确确定责任主体，并需额外承担确认成本，更不利于政府联动监管、快速响应。而且各环节信息传递的可靠性较低，存在某环节的水质信息丢失、信息丢失后难以找回的情况，一旦出现水质污染问题，无法快速准确定位责任主体。

再有，溯源体系覆盖面广，参与的主体众多，由于采取分段、分环节的监管制度，各水务公司、各部门依据自身需求，自建数据库进行信息存储，造成极大的资源浪费；同时由于技术标准不兼容，溯源链条对接困难，溯源信息无法共享，容易产生信息不对称，难以实现对信息完整的跟踪与溯源。此外，对于用水户，用水前后阶段的数据并不公开透明，容易导致用户对供水水厂缺乏信任，容易产生信任危机问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种水资源溯源管理系统，以克服现有技术中水资源数据的信息孤岛、数据不够公开透明、溯源信息无法共享的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种水资源溯源管理系统，包括：

水资源数据管理模块和水资源溯源应用模块；

所述水资源数据管理模块用于对供水、用水、耗水和排水环节上的水资源数据进行采集，并通过区块链平台实现水资源数据的存储与管理；

所述水资源溯源应用模块包括水资源问题检测模块和水资源数据溯源模块；

所述水资源问题检测模块用于通过智能合约对上链后的各环节的水资源数据进行分析，识别出水资源问题，并对水资源问题进行诊断与分析；

所述水资源数据溯源模块用于对水资源数据进行溯源，当存在水资源问题时，还用于通过对各环节的水资源数据的溯源，确定所述水资源问题产生的根源节点和相应的责任方。

优选地，所述水资源问题检测模块包括水量问题检测模块和水质问题检测模块；

所述水量问题检测模块用于通过智能合约对上链后的各环节的水资源数据进行分析，以检测是否存在水量问题，当存在水量问题时，还用于对水量问题的严重程度进行评价，以及对供水管网中的水量漏损率和漏损节点进行诊断及定位；

所述水质问题检测模块用于通过智能合约对上链后的各环节的水资源数据进行分析，以检测水质是否合格，当存在水质问题时，还用于对水质污染程度进行评价，并通过机器学习确定导致水质问题的原因。

优选地，所述水量问题检测模块包括水量判别模块、水量问题评价模块和管网漏损检测模块；

所述水量判别模块用于采用阈值法与水量平衡理论对各环节的水量进行判别，以检测是否存在水量问题；

所述水量问题评价模块用于根据上链后的水资源数据中的水量数据和预设阈值的差额，对水量问题的严重程度进行评价；

所述管网漏损检测模块用于对供水管网中的漏损信息进行诊断及分析。

优选地，所述预设阈值根据政府规划文件中的供水、排水方案，以及水厂、污水处理厂的年度供水、排水计划来确定，或者，所述预设阈值通过机器学习的方式根据历史水量数据来确定；

所述漏损信息包括供水管网的漏损水量、漏损率和漏损点。

优选地，所述管网漏损检测模块包括管网漏损量检测模块和管网漏损点检测模块；

所述管网漏损量检测模块用于根据水资源数据计算出各片区的管网的漏损水量和漏损率；

所述管网漏损点检测模块用于根据水资源数据定位管网漏损点。

优选地，所述水质问题检测模块包括水质检测模块和水质问题分析模块；

所述水质检测模块用于根据上链后的水资源数据中的水质信息与预设的水质标准对水质是否合格进行判断；

所述水质问题分析模块用于对水质问题进行评价，并通过机器学习确定导致水质问题的原因。

优选地，所述水资源数据溯源模块包括用水户溯源模块和水管理溯源模块；

所述用水户溯源模块用于对用水户自身的用水信息进行溯源查询；

所述水管理溯源模块用于对供水、用水、耗水和排水各环节上的水量、水质信息进行溯源查询。

优选地，所述水资源溯源应用模块还包括决策模块、责任奖惩模块、供水方资讯查询模块和评价建议模块；

所述决策模块用于通过对各环节的水资源数据进行分析，为各环节的优化运行提供决策；

所述责任奖惩模块用于通过智能合约对水资源问题的责任方执行奖惩操作；

所述供水方资讯查询模块用于提供用水来源和各环节的水质信息的查询服务；

所述评价建议模块用于为用户提供对于供水服务的投诉和评价反馈功能。

优选地，所述水资源数据管理模块包括数据采集传输层、区块链数据层和区块链网络层；

所述数据采集传输层用于采集水资源信息的实时数据，并将所述数据发送给所述区块链数据层；

所述区块链数据层用于存储记载有水资源信息的区块，并将所述区块发送到所述区块链网络层以实现区块上链；

所述区块链网络层用于通过共识机制、非对称加密技术和点对点网络实现节点间的信息交互、区块的上链以及对水资源账本的维护。

优选地，还包括用户交互模块，用于通过UI界面实现与用户的交互。

优选地，区块链平台上的各节点包括水源地节点、水厂节点、用水户节点、污水处理厂节点和水管理部门节点；

所述水源地节点用于对水信息进行采集，并将所述采集到的水信息数据、水源地的溯源码以及水源地的基本信息记录上链；

所述水厂节点用于对供水信息数据进行采集，并将所述采集到的供水信息数据、水厂的基本信息、水源地的溯源码记录上链；

所述用水户节点用于对用水信息数据进行采集，并将所述采集到的用水信息数据、用水户的基本信息、水厂的溯源码记录上链；

所述污水处理厂节点用于对污水处理信息数据进行采集，并将所述采集到的污水处理信息数据、污水处理厂的基本信息、用水户的溯源码记录上链；

所述水管理部门节点用于对水源地、水厂和污水处理厂的基本信息进行背书认证，并将认证通过的水源地、水厂和污水处理厂所对应的终端作为节点加入区块链中，并将监管信息记录上链。

优选地，所述水信息包括水源地水源的水量、水质；

所述水源地的基本信息包括水源地所对应河流的归属地、流域面积、现状流量、水质信息中的一种或多种；

所述供水信息包括取水量、供水量和供水水质信息中的一种或多种；

所述污水处理信息包括污水收集量、污水处理量和出水水质信息中的一种或多种。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开了一种水资源溯源管理系统。本系统以分布式账本的形式对各环节的水资源数据进行存储与管理，数据记录过程公开透明，通过智能合约对水量、水质问题进行识别与诊断，发现问题后通过溯源直接明确产生问题的节点，无需考虑数据真伪，降低了追责成本并提高了追责效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例公开的一种水资源溯源管理系统的示意图；

图2为本发明实施例公开的水资源数据管理模块的示意图；

图3为本发明实施例公开的节点布置示意图；

图4为本发明实施例公开的水资源问题识别与诊断的示意图；

图5为本发明实施例公开的溯源与追责示意图；

图6为本发明实施例公开的通过智能合约进行奖惩的示意图；

图7为本发明实施例公开的系统网络架构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明公开了一种水资源溯源管理系统，如图1所述，本发明一实施例公开的水资源溯源管理系统可以包括水资源数据管理模块10和水资源溯源应用模块20。

具体地，所述水资源数据管理模块10用于对供水、用水、耗水和排水环节上的水资源数据进行采集，并通过区块链平台实现水资源数据的存储与管理。

所述水资源溯源应用模块20包括水资源问题检测模块21和水资源数据溯源模块22。

其中，所述水资源问题检测模块21用于通过智能合约对上链后的各环节的水资源数据进行分析，识别出水资源问题，并对水资源问题进行诊断与分析；所述水资源数据溯源模块22用于对水资源数据提供溯源查询服务，当存在水资源问题时，还用于通过对各环节的水资源数据进行溯源，确定所述水资源问题产生的根源节点和相应的责任方。

本发明所提供的水资源溯源管理系统以分布式账本的形式对各环节的水资源数据进行存储与管理，数据记录过程公开透明，通过智能合约对水量、水质问题进行识别与诊断，发现问题后通过溯源直接明确产生问题的节点，无需考虑数据真伪，降低了追责成本并提高了追责效率。

在上述本发明实施例公开的技术方案的基础上，在一个可选的实施例中，请参阅图2，所述水资源数据管理模块10可以包括数据采集传输层11、区块链数据层12和区块链网络层13。

其中，所述数据采集传输层11用于采集水资源信息的实时数据，并将所述数据发送给所述区块链数据层。

具体地，数据采集传输层11可以包含物联网传感器和感知、处理和传输模块等，承担数据自动采集与物联网远程控制等功能，通过5G、WLAN、NBIoT等无线传输方式，或485串行总线、光纤等有线传输方式对数据进行传输，用于提供各种实时水资源信息。其中，该水资源信息可以包括水量、水质等信息。采集到的数据通过上链前处理工具转换成区块链可读的方式，同时通过签名将数据发送者的身份(或传感器编号)和发送信息绑定，最后再将处理好的信息发送到区块链网络层通过广播和共识机制上链至区块链数据层中。

进一步地，为实现智能化水质监测识别，可以建立包括多个传感器的无线传感网进行水质自动监测，从而获得连续的水质信息数据；再结合遥感信息和图像识别技术，通过数据融合将不同来源的水质信息数据加以处理、融合，从而得到该水域更为精确的水质情况，然后经验证加密后进行上链记录。

所述区块链数据层12用于存储记载有水资源信息的区块，并将所述区块发送到所述区块链网络层以实现区块上链。

具体地，区块链数据层12主要由存储水资源信息数据的区块构成，处理完成的数据发送到区块链网络层后经过共识阶段最后记录上链。区块主要包含区块头和区块主体，其中区块头包括版本号、时间戳、前一区块hash值、本区块数据的hash值(即Merkle树根)等。通过前一区块的哈希值和自身的哈希值相连形成链条，修改链上的任何一个区块的内容，会导致后面区块的前一区块哈希值和修改后的哈希值不同。因此区块链具有防篡改的特性，进入上链阶段后的数据将无法篡改。共识阶段完成后，各节点的账本保持一致，此时数据被每个节点承认且可通过每个节点进行追溯。

所述区块链网络层13用于通过共识机制、非对称加密技术和点对点网络实现节点间的信息交互、区块的上链以及对水资源信息账本的维护。

具体地，在区块链网络层13中，包括多个节点，并由这些节点构成一个点对点网络，每一个节点既能够接受信息，也能够发布信息，节点之间共同维护一个水资源信息账本，维护过程中主要利用到共识机制、非对称加密技术和节点管理功能。

共识机制的主要目的是以某种约定的方式生成能够被大部分节点认可的区块，尽可能保证数据的一致性。在一个可选的实施例中，本发明的水资源溯源管理系统采用联盟链技术，区块的上链记录由主节点选定的预选节点完成，其他节点只具有数据查询和验证的权利，避免了过多节点争抢记账权而造成效率低下、以及恶意节点干扰的问题。

非对称加密技术主要用于身份验证和数据校验。每个节点都拥有一对公钥和私钥，私钥用于签名，公钥用于标识身份。通常发送方利用接收方的公钥对明文数据进行加密，然后将加密后的数据发送给接收方，接收方利用自己的私钥解密密文，其他人不能解密。在一个可选的实施例中，本发明的水资源溯源管理系统主要通过非对称加密技术对水资源数据进行确权，明确水资源数据的来源设备和对应环节，以及保障数据的安全交换。

对于水资源系统，区块链平台上的节点组成可以有多种方式。在上述本发明实施例公开的技术方案的基础上，在一个可选的实施例中，请参阅图3，区块链平台上的各节点可以包括水源地节点、水厂节点、用水户节点、污水处理厂节点和水管理部门节点。

其中，所述水源地节点用于对水信息进行采集，并将所述采集到的水信息数据、水源地的溯源码以及水源地的基本信息记录上链。

其中，水信息可以包括水源的水量和/或水质信息。水源地的基本信息可以包括水源所对应河流的归属地、流域面积、现状流量、水质中的一种或多种信息。

具体地，水源地节点在获得相应的权限后，对水量、水质信息进行采集，并标识唯一溯源码，并将水源基本信息、溯源码和水量、水质采集数据记录上链。

在一个可选的实施例中，水源地节点还用于对水源地信息进行备案，以及将所述备案信息记录上链。

例如，对于水源地的突发事件，水源地节点可以向水管理部门节点或其他关联节点上报备案，同时将此次备案的信息进行记录上链。

所述水厂节点用于对供水信息数据进行采集，并将所述采集到的供水信息数据、水厂的基本信息、水源地的溯源码记录上链。

其中，供水信息可以包括水厂的取水量、供水量和供水水质的一种或多种信息。

具体地，水厂节点在获得相应的供水许可后，从水源地取水并进行制水，再通过输水管网供给负责片区。在此过程中，水厂节点对水厂的取水量、供水量和供水水质等数据进行采集，将水厂基本信息、供水信息备案、水源的溯源码和采集的数据记录上链。

在一个可选的实施例中，水厂节点还用于对水厂的供水信息进行备案，以及将所述备案信息记录上链。

例如，对于水厂的突发事件，水源地节点可以向水管理部门节点或其他关联节点上报备案，同时将此次备案的信息进行记录上链。

所述用水户节点用于对用水信息数据进行采集，并将所述采集到的用水信息数据、用水户的基本信息、水厂的溯源码记录上链。

其中，用水信息可以包括用水量信息。

具体地，用水户节点在消费水资源之后，对用水量数据进行采集，将用水户基本信息、水厂的溯源码和采集的数据记录上链。用水户节点在获得相应权限后，可通过交互平台溯源查询用水的来源和各环节的水质信息，同时可以通过该交互平台对水厂服务进行反馈。例如，对水厂进行投诉、对水厂提出建议或对水商品进行评价。在一个可选的实施例中，用水户节点还用于将所述反馈的信息进行记录上链。

所述污水处理厂节点用于对污水处理信息数据进行采集，并将所述采集到的污水处理信息数据、污水处理厂的基本信息、用水户的溯源码记录上链。

其中，所述污水处理信息可以包括污水收集量、处理量和出水水质中的一种或多种信息。

具体地，污水处理厂节点在获得相应的水处理许可后，通过污水管网收集污水进行水质净化，再排入规定河流。对污水处理信息数据进行采集，将污水处理厂基本信息、用水户的溯源码和采集的数据记录上链。

在一个可选的实施例中，污水处理厂节点还用于对污水收集信息和排水信息进行备案，以及将所述备案信息记录上链。

所述水管理部门节点用于对水源地、水厂和污水处理厂的准入资格进行认证，并将认证通过的水源地、水厂和污水处理厂所对应的终端作为节点加入区块链中，对各环节的水量、水质数据进行监管，并将监管信息记录上链。其中，该准入资格所需的信息包含在水源地、水厂和污水处理厂的基本信息中。

其中，所述准入资格可以通过水源地、水厂和污水处理厂的电子证照信息来表述。具体地，例如，如果水厂获得准入资格，则从水管理部门处获得相应的准入电子证照；水厂节点请求加入区块链时提交该电子证照，水管理部门节点对该电子证照进行认证，对于认证通过的水厂节点，将其作为有效节点加入区块链中。

具体地，水资源溯源体系的建设离不开水管理部门的监督管理，政府监督管理职能贯穿水资源溯源的整个流程。此外，所述水管理部门节点可通过节点管理对区块链中每个节点设置不同的访问权限，具体地，根据实际需求来决定水厂、污水处理厂、工业用水户和居民用水户等节点对于区块链信息的查询权限。

水管理部门对对水源地、水厂和污水处理厂进行监管，尤其是对各环节的水量、水质信息的监督，并将监管信息上链。

在一个可选的实施例中，水管理部门还可以根据监管信息，对水资源风险进行监测，并根据水资源的“供-用-耗-排”各环节的信息和用水户的反馈信息对水厂、污水处理厂和用水户执行相应的方案调整或奖惩措施。

溯源管理的前提是及时有效的对问题进行识别与诊断。在水资源的″供-用-耗-排″过程中，一方面，由于检测设备损坏或者人为操作错误等原因，可能出现输水过程水量漏损、污水收集未完成、违规取用水等水量问题；另一方面，可能会出现水源地水质受污染、供水水质不合格等水质问题。

请参阅图4，水源地、水厂、用水户和污水处理厂的水资源信息通过物联网传输到相应的节点，各环节的节点对水资源信息经过处理之后，进行哈希计算和非对称加密，记录上链至区块链平台，形成水资源数据账本。然后，水资源问题检测模块再通过智能合约自动对各环节的上链信息进行分析，从而实现问题的及时识别与诊断。基于此，在一个可选的实施例中，请参阅图4，所述水资源问题检测模块21可以包括水量问题检测模块211和水质问题检测模块212。

具体地，所述水量问题检测模块211用于通过智能合约对上链后的各环节的水资源数据进行分析，以检测是否存在水量问题，当存在水量问题时，还用于对水量问题的严重程度进行评价，以及对供水管网中的水量漏损率和漏损节点进行诊断及定位。

所述水质问题检测模块212用于通过智能合约对上链后的各环节的水资源数据进行分析，以检测水质是否合格，当存在水质问题时，还用于对水质污染程度进行评价，并通过机器学习确定导致水质问题的原因。

水量检测可以有多种实施方式，在上述本发明实施例公开的技术方案的基础上，在一个可选的实施例中，所述水量问题检测模块211可以包括水量判别模块、水量问题评价模块和管网漏损检测模块。

具体地，所述水量判别模块用于采用阈值法与水量平衡理论对各环节的水量进行判别，以检测是否存在水量问题；所述水量问题评价模块用于根据上链后的水资源数据中的水量数据和预设阈值的差额，对水量问题的严重程度进行评价；所述管网漏损检测模块用于对供水管网中的漏损信息进行诊断及分析。

在一个可选的实施例中，所述预设阈值可以根据政府规划文件中的供水、排水方案，以及水厂、污水处理厂的年度供水、排水计划来确定，或者，对于不存在规划目标的环节节点，所述预设阈值通过机器学习的方式根据历史水量数据来确定；所述漏损信息包括供水管网的漏损水量、漏损率和漏损点。

推动城镇节水降损是节水工作的重要内容，其中，降损的重用手段之一就是检测输水管网的漏损水量，并通过定位输水管网的漏损点来对管网进行修复。基于此，在上述本发明实施例公开的技术方案的基础上，在一个可选的实施例中，所述管网漏损检测模块可以包括管网漏损量检测模块和管网漏损点检测模块。

具体地，所述管网漏损量检测模块用于根据水资源数据计算出各片区的管网的漏损水量和漏损率，此处主要用到水资源数据中的水量监测数据；所述管网漏损点检测模块用于根据水资源数据定位管网漏损点，此处主要用到水资源数据中的管网节点的流量、水压数据。

通过上述方案，一方面，通过区块链平台中的水资源数据，获取水厂向各片区的供水量数据和用户用水量数据，据此可计算出各片区管网的漏损水量和漏损率，对照管网漏损率的历史数据和控制目标，可以判断管网漏损量是否合理、是否出现了大规模漏损问题；另一方面，通过区块链平台中的水资源数据，获取管网中各监测点监测到的实时水压数据，及时发现供水管网供水异常情况，利用管网水力模型，定位管网漏损点，实现供水管网智能故障诊断。

水质检测可以有多种实施方式，在上述本发明实施例公开的技术方案的基础上，在一个可选的实施例中，所述水质问题检测模块212可以包括水质检测模块和水质问题分析模块。

其中，所述水质检测模块用于根据上链后的水资源数据中的水质信息与预设的水质标准对水质是否合格进行判断；所述水质问题分析模块用于对水质问题进行评价，并通过机器学习确定导致水质问题的原因。

具体地，预设的水质标准可以是《地表水环境质量标准》和《生活饮用水水质标准》等相关标准。当通过机器学习对导致水质问题的原因进行推测时，可以按照各条原因的概率大小进行排序，最后得出一个原因列表以供水管理部门参考。

在一个可选的实施例中，所述水质检测模块还用于根据上链后的水资源数据中的水质信息，通过水环境数学模型，计算出水质是否合格。

在发现水量、水质问题之后，需要对问题的原因进行准确全面的溯源。具体地，请参阅图5，通过区块链的时间戳技术，在水资源的整个开发利用过程的每一个环节都会产生一个不可伪造及不可纂改的数据记录，并且数据记录在区块中按照时间排序成链，极大方便了信息溯源。当水资源问题被发现后，根据问题诊断分析的结果，各节点依据时间长信息可迅速调取问题出现时间前后的区块信息，并从中查询上下游环节的水量、水质数据，准确追踪问题来源。

基于此，在上述本发明实施例公开的技术方案的基础上，在一个可选的实施例中，所述水资源数据溯源模块22可以包括用水户溯源模块和水管理溯源模块。

其中，所述用水户溯源模块用于对用水户自身的用水信息进行溯源查询；所述水管理溯源模块用于对供水、用水、耗水和排水各环节上的水量、水质信息进行溯源查询。

具体地，请参阅图5，通过区块链平台的信息采集，水厂、污水处理厂、用水户等节点经认证后加入区块链网络，并且各自获得唯一私钥，对具体片区的供水量、供水水质等信息经签名加密之后上链。对于用水户，为方便用水户对于用水信息的溯源查询，类似于数字标签，对每天的供水信息构造溯源码，该溯源码可以设计为表征用水日期和用水户地理位置的编码。根据溯源码，各用水户可在区块链平台上查询到溯源信息，比如今天的用水来自于哪个水源、哪个水厂、水源地水质、水厂供水水质等信息。

对于水厂、污水处理厂等企业和水管理部门，往往需要更全面的企业备案信息和长时间序列的水量水质数据。通过授权的水企业和水管理部门可以根据时间戳信息，查询某个时段的、某个环节的水量水质信息。在一个可选的实施例中，其查询事项如表1所示。

表1：通过时间戳溯源的查询事项

在定位出问题来源的环节后，还可以进一步对责任方进行相应的惩罚处理。在上述本发明实施例公开的技术方案的基础上，在一个可选的实施例中，请参阅图7，所述水资源溯源应用模块20还可以包括责任奖惩模块，其用于提供责任追究奖惩服务，示例如，责任奖惩模块可以通过智能合约自动对水资源问题的责任方执行责任追究奖惩操作。

具体地，请参阅图6，水资源溯源应用模块20通过区块链平台，对水资源问题进行溯源，根据溯源结果，责任奖惩模块将责任单位和责任人的信息记录上链，并且通过触发智能合约，对责任单位的业绩分数按照规定进行扣除，责任人的相关处罚也记录在区块链上；对于在问题解决和应急处理中做出有效工作、具备模范作用的相关单位的业绩分数按照规定进行加分，发挥作用的模范个人的相关奖励也记录在区块链上。其中，记录上链之前首先通过共识机制，得到节点验证，然后再对其进行哈希值计算以及非对称加密，最后实现区块上链。

在一个可选的实施例中，溯源与追责功能可通过在各节点部署均衡运行的智能合约来实现。当水资源问题被识别诊断之后，触发智能合约，调用水资源溯源应用模块进行问题溯源，自动查询和分析区块链上信息，确定问题根源环节、传播过程和责任单位、个人。

此外，在完成问题的识别与诊断、溯源与追责之后，各环节需要采取应急措施来解决问题。基于此，在上述本发明实施例公开的技术方案的基础上，在一个可选的实施例中，请参阅图7，所述水资源溯源应用模块20还可以包括决策模块，其用于提高智能化决策服务，示例如，决策模块可以通过对各环节的水资源数据进行分析，为各环节的优化运行提供决策。

具体地，由于区块链技术实现了每个节点都有全过程数据可查询，各环节主体(即水厂、污水处理厂、水源地管理处、居民小区街道等)可根据全局信息做出更有效的自身解决方案。同时，区块链上记录的水资源数据可接入不同的数据分析系统，辅助各环节决策的同时又保障数据安全性，真正支持了过程化管理。

作为一种额外补充，在上述本发明实施例公开的技术方案的基础上，在一个可选的实施例中，所述水资源溯源应用模块20还可以包括供水方资讯查询模块和评价建议模块。

其中，所述供水方资讯查询模块25用于提供用水来源和各环节的水质信息的查询服务；所述评价建议模块26用于为用户提供对于供水服务的投诉和评价反馈功能。

为方便用户对系统的操作，在上述本发明实施例公开的技术方案的基础上，在一个可选的实施例中，请参阅图7，本发明所提供的水资源溯源管理系统还包括用户交互模块30，用于通过UI界面实现与用户的交互。

具体地，UI界面可以包括通过Web网页、手机app和微信小程序中的一种或多种，通过交互界面实现系统与用户的交互应用，同时可增加数据可视化的方式，提高溯源系统的实用性。

综上所述：

本发明所提供的水资源溯源管理系统具备以下技术效果：

1)解决数据采集点与系统交互的技术问题。

传统溯源系统因为节点数量太大，中心平台集中管理数据节点和数据，各数据采集点与中心平台数据交互很难实现。而基于区块链的溯源管理，水资源数据被采集后无需被中心角色认可，通过共识机制，即可直接写入数据区块并记录到区块链，进入到整个溯源体系中。

2、促进数据的统一性和有效性。

区块链的所有数据都会即时更新，并存储在各个节点数据库中。节点用户可以提取整个链中任一节点的数据来验证其他节点数据的正确性。在共识过程中，只有大部分节点都认可这个数据，反馈结果全部通过，此数据才能上传到全节点，生成区块，并广播到所有记账节点。在此框架下溯源系统的水量、水质信息由所有节点共同维护，既方便了各方进行大数据分析，又降低了溯源管理系统被黑客攻击或中央数据库被篡改的风险。

3、建立有效的信任机制。

基于区块链单节点上传信息、多节点共同维护的特点，数据记录过程公开透明，建立了用户、水务企业和水管理部门三者之间的信任机制，真正实现水资源“责任主体有备案、开发利用过程有记录、风险隐患可识别、问题原因可追溯、主体责任可追责、危害程度可评估、监管信息可共享”的管理理念。

4、明确责任主体，降低追溯成本。

分布式账本使得摧毁部分节点数据库对系统整个数据安全没有任何影响，且数据记录过程公开透明。基于可靠数据库特性，区块链数据无法造假，发现水量水质问题后通过溯源直接明确产生问题的节点，无需考虑数据真伪，大大降低了责任成本并提高了追溯效率。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语″包括″、″包含″或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句″包括一个......″限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间可以根据需要进行组合，且相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (12)

1.一种水资源溯源管理系统，其特征在于，包括：

水资源数据管理模块和水资源溯源应用模块；

所述水资源数据管理模块用于对供水、用水、耗水和排水环节上的水资源数据进行采集，并通过区块链平台实现水资源数据的存储与管理；

所述水资源溯源应用模块包括水资源问题检测模块和水资源数据溯源模块；

所述水资源问题检测模块用于通过智能合约对上链后的各环节的水资源数据进行分析，识别出水资源问题，并对水资源问题进行诊断与分析；

所述水资源数据溯源模块用于对水资源数据进行溯源，当存在水资源问题时，还用于通过对各环节的水资源数据的溯源，确定所述水资源问题产生的根源节点和相应的责任方。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述水资源问题检测模块包括水量问题检测模块和水质问题检测模块；

所述水量问题检测模块用于通过智能合约对上链后的各环节的水资源数据进行分析，以检测是否存在水量问题，当存在水量问题时，还用于对水量问题的严重程度进行评价，以及对供水管网中的水量漏损率和漏损节点进行诊断及定位；

所述水质问题检测模块用于通过智能合约对上链后的各环节的水资源数据进行分析，以检测水质是否合格，当存在水质问题时，还用于对水质污染程度进行评价，并通过机器学习确定导致水质问题的原因。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述水量问题检测模块包括水量判别模块、水量问题评价模块和管网漏损检测模块；

所述水量判别模块用于采用阈值法与水量平衡理论对各环节的水量进行判别，以检测是否存在水量问题；

所述水量问题评价模块用于根据上链后的水资源数据中的水量数据和预设阈值的差额，对水量问题的严重程度进行评价；

所述管网漏损检测模块用于对供水管网中的漏损信息进行诊断及分析。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，

所述预设阈值根据政府规划文件中的供水、排水方案，以及水厂、污水处理厂的年度供水、排水计划来确定，或者，所述预设阈值通过机器学习的方式根据历史水量数据来确定；

所述漏损信息包括供水管网的漏损水量、漏损率和漏损点。

5.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述管网漏损检测模块包括管网漏损量检测模块和管网漏损点检测模块；

所述管网漏损量检测模块用于根据水资源数据计算出各片区的管网的漏损水量和漏损率；

所述管网漏损点检测模块用于根据水资源数据定位管网漏损点。

6.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述水质问题检测模块包括水质检测模块和水质问题分析模块；

所述水质检测模块用于根据上链后的水资源数据中的水质信息与预设的水质标准对水质是否合格进行判断；

所述水质问题分析模块用于对水质问题进行评价，并通过机器学习确定导致水质问题的原因。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述水资源数据溯源模块包括用水户溯源模块和水管理溯源模块；

所述用水户溯源模块用于对用水户自身的用水信息进行溯源查询；

所述水管理溯源模块用于对供水、用水、耗水和排水各环节上的水量、水质信息进行溯源查询。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述水资源溯源应用模块还包括决策模块、责任奖惩模块、供水方资讯查询模块和评价建议模块；

所述决策模块用于通过对各环节的水资源数据进行分析，为各环节的优化运行提供决策；

所述责任奖惩模块用于通过智能合约对水资源问题的责任方执行奖惩操作；

所述供水方资讯查询模块用于提供用水来源和各环节的水质信息的查询服务；

所述评价建议模块用于为用户提供对于供水服务的投诉和评价反馈功能。

9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述水资源数据管理模块包括数据采集传输层、区块链数据层和区块链网络层；

所述数据采集传输层用于采集水资源信息的实时数据，并将所述数据发送给所述区块链数据层；

所述区块链数据层用于存储记载有水资源信息的区块，并将所述区块发送到所述区块链网络层以实现区块上链；

所述区块链网络层用于通过共识机制、非对称加密技术和点对点网络实现节点间的信息交互、区块的上链以及对水资源账本的维护。

10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括用户交互模块，用于通过UI界面实现与用户的交互。

11.根据权利要求1～10任一权利要求所述的系统，其特征在于，区块链平台上的各节点包括水源地节点、水厂节点、用水户节点、污水处理厂节点和水管理部门节点；

所述水源地节点用于对水信息进行采集，并将所述采集到的水信息数据、水源地的溯源码以及水源地的基本信息记录上链；

所述水厂节点用于对供水信息数据进行采集，并将所述采集到的供水信息数据、水厂的基本信息、水源地的溯源码记录上链；

所述用水户节点用于对用水信息数据进行采集，并将所述采集到的用水信息数据、用水户的基本信息、水厂的溯源码记录上链；

所述污水处理厂节点用于对污水处理信息数据进行采集，并将所述采集到的污水处理信息数据、污水处理厂的基本信息、用水户的溯源码记录上链；

所述水管理部门节点用于对水源地、水厂和污水处理厂的基本信息进行背书认证，并将认证通过的水源地、水厂和污水处理厂所对应的终端作为节点加入区块链中，并将监管信息记录上链。

12.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，

所述水信息包括水源地水源的水量、水质；

所述水源地的基本信息包括水源地所对应河流的归属地、流域面积、现状流量、水质信息中的一种或多种；

所述供水信息包括取水量、供水量和供水水质信息中的一种或多种；

所述污水处理信息包括污水收集量、污水处理量和出水水质信息中的一种或多种。

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