CN113177731B - 一种基于智能合约的水资源决策管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于智能合约的水资源决策管理系统，包括：水资源情报管理模块，用于将水资源数据上链至区块链平台，并通过区块链平台对所述水资源数据进行管理；水资源评价管理模块，用于根据水资源数据，通过智能合约对水资源指标进行评价及管理；水资源预测管理模块，用于根据水资源数据，对水量、水质进行预测及管理；以及水资源决策管理模块，用于根据水资源数据，通过智能合约对水量分配、水质调节和水源调度进行决策及管理。本发明通过区块链平台对大量分布式水资源数据进行管理，构造有效、不可篡改的水资源数据，基于该数据，通过智能合约对水资源情况进行评价、预测，并制定动态的水资源调配决策，实现公平的多尺度水资源管理。

Description

一种基于智能合约的水资源决策管理系统

技术领域

本发明涉及计算机技术领域，更具体的说，是涉及一种基于智能合约的水资源决策管理系统。

背景技术

水资源在地理空间上分布非常不均匀，区域可用水资源量与居民生活及社会经济发展需要存在不匹配的状况。此外，水资源在时空上的季节性变化，尤其是更加集中的丰枯分布及其极端枯水极值，使得年尺度的分水形式逐渐满足不了更加精细化、智能化的水资源管理以及当前社会经济迅速发展的需要，各区域对于动态配置水资源的需求越来越迫切。

水资源配置需要供水和需水的合理平衡，涉及众多影响因素，既需要水文气象数据，也需要人口、社会经济、历史用水数据等。目前，各类数据属于不同部门，而且流域内各地区、不同用水户都有各自的数据，多样化的大数据缺乏有效的存储管理，并且也未能实现安全透明的公开共享。此外，对此类数据非专业公众无法获取，更加无法确定数据的真实性。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于智能合约的水资源决策管理系统，以克服现有技术水资源数据不够安全透明，水资源配置时效性不够强的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于智能合约的水资源决策管理系统，包括：

水资源情报管理模块、水资源评价管理模块、水资源预测管理模块和水资源决策管理模块；

所述水资源情报管理模块用于，将水资源数据上链至区块链平台，并通过区块链平台对所述水资源数据进行管理；

所述水资源评价管理模块用于，根据所述区块链平台上的水资源数据，通过智能合约对水资源指标进行评价及管理，并得到水资源评价结果；

所述水资源预测管理模块用于，根据所述区块链平台上的水资源数据，对水量、水质进行预测及管理，并得到水资源预测结果；

所述水资源决策管理模块用于，根据所述区块链平台上的水资源数据、所述水资源评价结果和所述水资源预测结果，通过智能合约对水量分配、水质调节、水源调度进行决策及管理。

优选地，所述水资源决策管理模块包括水源调度模块；所述水资源决策管理模块通过智能合约对水源调度进行决策及管理的过程，包括：

由所述水源调度模块通过智能合约对区域之内的水库调度、跨区域的水库调度以及引进江河水的调度方案进行计算。

优选地，所述水源调度模块包括预警分析模块、方案生成模块、会商决策模块、执行监控模块、模型评估模块和成果管理模块；

所述预警分析模块用于，确定水质预警断面、预警指标，对水污染事件进行识别，和/或对水污染事件的等级进行评价，得到预警分析结果；

所述方案生成模块用于，基于所述预警分析结果，对应急预案进行查询，生成多个应急方案，以及通过调度模型对水质、水量变化过程进行模拟计算和/或展示，得到水量水质的模拟计算结果；

所述会商决策模块用于，对所述多个应急方案进行比对，确定最终的应急调度方案；

所述执行监控模块用于，对应急调度过程中的水量、水质进行实时监控，得到水量、水质的实测数据，并将所述实测数据与所述模拟计算结果进行比对，得到偏差，以及依据所述偏差对所述应急调度方案进行修正；

所述模型评估模块用于，根据所述水量、水质的实测数据，结合所述模拟计算结果，对所述调度模型进行分析，以指导所述调度模型的结构调整和参数确定；

所述成果管理模块用于，对水污染事件、应急方案和/或预案进行管理。

优选地，所述水资源决策管理模块通过智能合约对水量分配进行决策及管理的过程，包括：

通过智能合约，按照区域、用水时段、行业性质和/或用水户对水量进行分配。

优选地，所述水资源决策管理模块通过智能合约对水质调节进行决策及管理的过程，包括：

通过智能合约对水质不达标的节点进行定位及整改，以及对上报水质问题的节点用户进行奖励。

优选地，所述水资源评价管理模块包括水资源数量评价管理模块、水资源质量评价管理模块和水资源开发利用评价管理模块；

所述水资源数量评价管理模块用于，对水资源总量进行评估；

所述水资源质量评价管理模块用于，对地表水、地下水的水质进行评价；

所述水资源开发利用评价管理模块用于，对开发利用率、水资源条件、工程控制能力、农村供水状况、城镇供水状况、用水构成、供水构成和/或缺水状况进行评价。

优选地，所述水资源情报管理模块包括用水信息管理模块和来水信息管理模块；

所述用水信息管理模块用于，对用水信息进行管理；

所述来水信息管理模块用于，对来水信息进行管理。

优选地，本发明提供的水资源决策管理系统还包括水权交易模块；所述水权交易模块用于，构建基于Hyperledger Fabric的水权交易平台，并基于所述水权交易平台，通过智能合约实现水资源的交易、结算及监管；

所述水资源决策管理模块根据所述区块链平台上的水资源数据，通过智能合约对水量分配、水质调节和水源调度进行决策及管理的过程，包括：

根据所述区块链平台上的水资源数据和所述水权交易平台的交易数据，通过智能合约对水量分配、水源调度进行决策及管理。

优选地，所述水权交易平台的参与节点包括水管理部门节点、地方水权交易中心节点和交易用户节点；

所述交易用户节点包括工业用户节点、农业用户节点和普通用户节点；

所述水权交易平台的背书节点由水管理部门节点组成；

所述水权交易平台的排序节点由所述工业用户节点和/或所述农业用户节点中的部分节点组成；

所述水权交易平台的主节点由所述工业用户节点和/或所述农业用户节点中的部分节点组成。

优选地，所述水权交易平台包括激励模块；

所述激励模块用于，对符合预设诚信标准的交易用户节点予以水权奖励，对符合预设作恶标准的交易用户节点予以水权惩罚，将奖惩状况公告于交易大厅并记录上链。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开了一种基于智能合约的水资源决策管理系统。本发明通过区块链平台对大量分布式水资源数据进行管理，构造有效、不可篡改的水资源数据，基于该数据，通过智能合约对水资源情况进行评价、预测，并制定动态的水资源调配决策，实现公平的多尺度水资源管理。

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水资源决策管理系统的示意图；

图2为本发明实施例公开的决策管理过程的示意图；

图3为本发明实施例公开的水资源情报管理模块的示意图；

图4为本发明实施例公开的水资源评价管理模块的示意图；

图5为本发明实施例公开的水资源决策管理模块的示意图；

图6为本发明实施例公开的基于智能合约的决策过程的示意图；

图7为本发明实施例公开的水资源配置决策的示意图；

图8为本发明实施例公开的水源调度模块的示意图；

图9为本发明实施例公开的应急调度的流程示意图；

图10为本发明实施例公开的水资源决策管理系统的另一示意图；

图11为本发明实施例公开的水权交易平台中的节点角色和交易流程示意图；

图12为本发明实施例公开的用水户登录页面示意图；

图13为本发明实施例公开的用水户选择页面示意图；

图14为本发明实施例公开的水权挂牌交易页面示意图；

图15为本发明实施例公开的水权确认交易页面示意图；

图16为本发明实施例公开的水权确认交易页面的另一示意图；

图17为本发明实施例公开的水权管理部门登录页面图；

图18为本发明实施例公开的水权管理部门选择页面示意图；

图19为本发明实施例公开的用水户的证书信息示意图；

图20为本发明实施例公开的用水户信息新增示意图；

图21为本发明实施例公开的链码管理页面示意图；

图22为本发明实施例公开的水权交易监督页面示意图；

图23为本发明实施例公开的水权挂牌交易页面示意图。

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。

请参阅图1，本发明实施例提供的基于智能合约的水资源决策管理系统，可以包括水资源情报管理模块10、水资源评价管理模块20、水资源预测管理模块30和水资源决策管理模块40。

具体地，水资源情报管理模块10用于将水资源数据上链至区块链平台，并通过区块链平台对水资源数据进行管理。

水资源评价管理模块20用于根据区块链平台上的水资源数据，通过智能合约对水资源指标进行评价及管理，并得到水资源评价结果。

水资源预测管理模块30用于根据区块链平台上的水资源数据，对水量、水质进行预测及管理，并得到水资源预测结果。

水资源决策管理模块40用于根据区块链平台上的水资源数据、所述水资源评价结果和所述水资源预测结果，通过智能合约对水量分配、水质调节和水源调度进行决策及管理。

本发明实施例提供的基于智能合约的水资源决策管理系统，通过区块链平台对大量分布式水资源数据进行管理，构造有效、不可篡改的水资源数据，基于该数据，通过智能合约对水资源情况进行评价、预测，并制定动态的水资源调配决策，实现了公平的多尺度水资源管理。

水资源决策管理过程属于事前决策、风险决策和群体决策的过程。请参阅图2，决策管理过程主要包括情报活动阶段、评价活动阶段、预测活动阶段、决策活动阶段、实施活动阶段和后评估阶段等6个阶段。

具体地，为实现水资源的合理配置、掌握水资源供需形势的发展变化，通过情报活动阶段，进行动态水情、雨情、污染状况等水资源自然信息的收集与处理，以及对水资源工程情况以及生活、工业、农业等经济社会发展信息进行收集处理。

基于此，在一个可选的实施例中，请参阅图3，水资源情报管理模块10可以包括用水信息管理模块11和来水信息管理模块12。

其中，用水信息管理模块11用于对用水信息进行管理；来水信息管理模块12用于对来水信息进行管理。

具体地，来水信息可以包括水雨情信息、水质信息、旱情信息、生态环境信息、水资源工程状况、经济社会发展信息、灾情信息中的一种或多种信息。该信息通过区块链平台进行存储与管理，将各个水文站点记录的数据联系起来、实现数据共享，实现每个季度、每个月甚至每天的水资源量记录，包括来水量记录(水文站测到的河床径流量)。

用水信息可以包括用水户的用水量信息。用水量信息可以通过智能水表自动读取并上报用水数据。考虑到用水户为数众多，且可信度难以确定，在数据上链问题上考虑构建半分布式区块链，而不是完全去中心化。具体地，请参阅图7，按照用水户类型把所有用水户节点划分为三条支链，针对每一支链分别设置中心节点，以负责本支链上各节点的权限授权、验证和监管。基于数据传递需要，各支链内部的节点可以共享支链内部的所有信息。用水户在区块链的写入权限由水管理部门控制，参与节点的资格会被严格限制，参与节点申请资格时需要对数据进行监督验证，且系统内不同节点对数据的具有不同的查看权限。

请参阅图2，评价活动阶段主要通过对水资源进行综合分析和评价，确定水资源及其开发利用形势和存在的问题，为水资源实时管理、调度方案的制定提供决策依据。

基于此，在一个可选的实施例中，请参阅图4，水资源评价管理模块20可以包括水资源数量评价管理模块21、水资源质量评价管理模块22和水资源开发利用评价管理模块23。

其中，水资源数量评价管理模块21用于对水资源总量进行评估。

水资源质量评价管理模块22用于对地表水、地下水的水质进行评价。

水资源开发利用评价管理模块23用于对开发利用率、水资源条件、工程控制能力、农村供水状况、城镇供水状况、用水构成、供水构成和缺水状况中的至少一种指标进行评价。

请参阅图2，预报活动阶段通过对水资源形势进行分析，在来水方面，对河川径流、地下水资源、水质等进行预报；在用水方面，对生产需水、生活需水、生态需水进行预测。

请参阅图2，决策活动阶段主要目的是制定一系列的政策以实现水资源的合理配置。具体地，在来水调度方面，水资源配置包括水库群优化调度、水库与区间水调度、多水源调度和水质调节；在用水分配方面，水资源配置包括区域分水、时程分配、产(行)业用水和取水户之间的分水。

基于此，请同时参阅图5和图6，在一个可选的实施例中，水资源决策管理模块40可以包括水量配置模块41、水质调节模块42和水源调度模块43。

其中，水量配置模块41用于根据所述区块链平台上的水资源数据、水资源评价结果和水资源预测结果，通过智能合约对水量分配进行决策及管理。请参阅图7，水量配置模块41对水资源进行决策主要依据来水信息以及用水信息。水量配置模块41通过智能合约对水量分配进行决策及管理的过程可以包括：通过智能合约对来水信息和用水信息自动进行分析计算，按照区域、用水时段、行业性质和/或用水户对水量进行分配。

水质调节模块42用于根据所述区块链平台上的水资源数据、所述水资源评价结果和所述水资源预测结果，通过智能合约对水质调节进行决策及管理。水质调节模块42对水质调节进行决策及管理的过程可以包括：通过智能合约对水质不达标的节点进行定位及整改，以及对上报水质问题的节点用户进行奖励。

水源调度模块43用于根据所述区块链平台上的水资源数据、所述水资源评价结果和所述水资源预测结果，通过智能合约对水源调度进行决策及管理。水源调度模块43对水源调度进行决策及管理的过程可以包括：通过智能合约对区域之内的水库调度、跨区域的水库调度以及引进江河水的调度方案进行计算。

在一个可选的实施例中，请参阅图8，水源调度模块43可以包括预警分析模块431、方案生成模块432、会商决策模块433、执行监控模块434、模型评估模块435和成果管理模块436。

请同时参阅图9，水源调度模块43中的前述几个模块共同协作以完成水源应急调度的业务。

具体地，预警分析模块431用于实现以下至少一种功能：确定水质预警断面、预警指标，对水污染事件进行识别，对水污染事件的等级进行评价，并得到预警分析结果。

具体地，通过水资源基础信息、监测信息，预警分析模块431对水质预警断面进行确定，并对相关预警指标进行监测，对水污染事件进行确认及识别，并对水污染事件的等级进行评定，从而得到预警分析结果。根据该预警分析结果，进一步决定是否需要方案编制，以生成应急调度方案。

方案生成模块432用于基于预警分析结果，对应急预案进行查询，生成多个应急方案，以及通过调度模型对水质、水量变化过程进行模拟计算，并得到水量水质的模拟计算结果。此外，方案生成模块432还可以结合GIS地图或拓扑结构，对水质、水量的变化过程，或者对水污染扩散或迁移过程，进行动态展示。

会商决策模块433用于通过会商决策，对前述多个应急方案进行比对，以确定最终的应急调度方案。

执行监控模块434用于在调度方案执行过程中，对应急调度过程中的水量、水质进行实时监控，得到水量、水质的实测数据，并将该实测数据与该模拟计算结果进行比对，分析实测数据与该模拟计算结果的偏差，以及依据该偏差对所述应急调度方案进行修正，以更好地保障供水和水环境安全。

模型评估模块435用于根据所述水量、水质的实测数据，结合该模拟计算结果，对调度模型计算中所产生的误差进行分析，以指导调度模型的结构调整和参数确定。

成果管理模块436用于实现以下至少一种功能：对水污染事件、应急方案和预案进行管理。

请参阅图2，实施活动阶段主要指对水资源的实时管理、实时调度，以及针对水资源事件而执行的各种应急措施。

请参阅图2，后评估阶段旨在进一步检验水资源建设项目实际的取、用、耗、排水情况和水资源节约、保护措施的有效性，以及水资源论证和取水许可制度在具体建设项目的落实情况。在功能划分上可以包括实时预报评价、实时管理评价、实时调度评价、实施效果评价、实施方案评价和实施预警评价。

为支持本发明所提供的基于智能合约的水资源决策管理系统的搭建，该系统还包括支撑层。支撑层是指提供统一的技术架构和运行环境，为决策支持系统平台各业务应用系统建设提供通用的应用服务和集成服务，为资源整合和信息共享提供运行平台。例如硬件服务环境(服务器、会商显示硬件、计算机硬件等)、软件服务(计算机软件运行平台、系统开发平台、数据服务平台等)环境、网络通讯服务(外部网络、内部网络等)环境、数据服务(按数据属性和业务属性，数据资源分为基础类数据、专题类数据、元数据等)环境、专家模型服务(专家库、模型库、知识库)环境等。

本发明所提供的基于智能合约的水资源决策管理系统搭建好之后，随着数据的不端输入，会累积产生大量的数据，还可以将区块链中存储的数据传输到云平台，以进行人工智能和机器学习进行分类优化。通过对用水户的大数据分析来对用水户级别进行智能分类，通过等级划分及优化算法，为重点用水户提供用水保障。通过供水管网数据的实时动态分析，可以优化管网结构，减少运行成本。通过对用水户进行行为分析，以及对用水效率、排水达标率、信用等进行统计，对系统内部用水户进行差异化管理，实行奖惩机制，建立实时动态水资源分配管理，以实现水资源的利用效率及效益实现最大化。

区块链与大数据融合，保证了在进行大数据分析时能够做到精准施策，由于区块链的不可更改性、安全性和时间一维性使得能够对数据进行溯源，可以分析单个用户节点的行为(水量、水质)特性，极大的满足不同取用水户的需求，做到精准调控。

为规范水权交易过程，请参阅图10，本发明所提供的基于智能合约的水资源决策管理系统还可以包括水权交易模块50。水权交易模块50用于构建基于Hyperledger Fabric的水权交易平台，并基于该水权交易平台，通过智能合约实现水资源的交易、结算及监管。

水资源决策管理模块40还可以根据水资源情报管理模块10中的区块链平台上的水资源数据，结合该水权交易平台的交易数据，通过智能合约对水量分配、水源调度进行决策及管理。

Hyperledger Fabric作为联盟链的区块链框架，具有较高的系统扩展性，其可以建立基于联盟许可的区块链网络，在该网络中，多个组织可以共享控制和操作网络内节点的权限。

在水权交易模块50的水权交易平台中，水权交易所、水管理部门、交易用户、地方水权交易中心等可注册成为链上节点，通过所有节点的共同工作以实现联盟链整体利益的最大化。

水管理部门可以成为水权交易平台的开发者，推动整个联盟链体系的建设与管理，并串联起联盟链中的各个节点，通过设立统一的管理标准和技术标准，以集成可靠可信的水权交易平台。

各行政区政府机构中的水管理部门可以对水权交易关键流程进行审核和监管。地方水权收储转让机构对地方上用水户、行业、企业节余水权和节水改造节余水权等进行收储转让，形成联盟链支链，支链与总链、支链内部、支链间可以并联共享联盟链的技术保障。

各类信息系统结合水权交易应用需求，为联盟链输入相关水资源、水环境、水生态、水利工程等业务数据和感知数据，为水权交易从确权、到交易后评价的全周期提供数据支撑。

金融机构为链上资金流转、支付结算提供技术支持和安全保障；会员单位与水管理部门可以合作开拓水权交易上下游业务，共同培育水权交易市场，从而推动联盟链上水权交易业务。

节水服务投资者可以通过集成先进技术、提供节水改造和管理等服务，为此而产生的节水量，可以通过水权交易平台产生相关的交易收益。

交易双方的购水与售水需求是交易联盟链运转的根本，确保结余水权与资金通过联盟链的运转和传送，使得结余水权或资金能够安全、高效地反向流转到对方手中，形成水权确权、水权交易、全流程监管、在线结算、数据集成、信用评价反馈的可持续循环的水权流转体系。

在具体设计上，水权交易模块50可以从功能上划分为：业务平台层、智能合约层、共识层、网络层、数据层和基础设施层，以下对各层进行详细说明。

业务平台层封装了水权交易平台的业务应用，交易主体通过水权交易子系统、综合查询子系统、资金结算子系统、用户管理子系统、信用评价子系统及灌溉用水户手机APP应用等业务应用，为交易用户提供全面、便捷的交易服务。

智能合约层封装系统中的脚本、代码、算法机制及智能合约。水权交易平台用户通过智能合约实现水资源的交易、结算、监管，其执行范围覆盖水权交易业务流的基本规则和逻辑。将水权交易流程中交易双方、交易所、金融机构、监管方之间需要的公开交易合约、协议转让合约、交易结算合约、交易撮合规则、监管规则及交易流程逻辑等，通过脚本代码和算法机制写入系统智能合约层，通过设置相应的触发条件和规则，完成合约的自动执行，此举能降低水权交易中的信任成本，减少交易所及监管方的中间人环节，并提升交易效率。

共识层包括共识机制，负责协调保证全网各节点数据记录一致性。考虑安全性与系统交易性能，可以选用DPoS授权股权证明作为系统的共识算法。

系统网络层采用承载着P2P(点对点)组网机制、数据传播机制、数据验证机制的P2P网络，交易平台中联盟链上的各节点通过点对点网络达成信息的传输和服务的实现。

数据层用以存储水权交易平台中的交易数据、用户数据、结算数据及其他共享数据等，这些数据以一个个区块的封装打包方式加盖时间戳后存储在水权交易模块的联盟链上，经过哈希算法将区块头尾相连，对称加密与非对称加密混合的加密机制保护，形成一个安全的分布式数据账本，实现水权交易基础数据和业务数据的存储，以及实现水权交易并提供交易安全保障。

基础设施层包括水权交易平台建设所需的基础软硬件设施，以提供具体的物理环境支撑。

水权交易模块50所采用的Hyperledger Fabric框架，采用了逻辑上多通道的方式，允许多条链同时存在，多条链同时存储数据。基于此，请参阅图11，其展示了基于Hyperledger Fabric的水权交易平台的节点角色和一次水权交易过程。以下对节点角色及交易流程进行详细说明。

节点角色包括背书节点、排序服务节点、主节点以及记账节点。其中，背书节点负责执行交易并生成交易提案，背书节点是动态的角色，是与具体链码绑定的。每个链码在实例化的时候都会设置背书策略，指定哪些节点对交易背书有效。也只有在应用程序向节点发起交易背书请求时才成为背书节点，其它时候是普通的记账节点，只负责验证交易并记账。

排序服务节点接收包含背书签名的交易，对未打包的交易进行排序生成区块，广播给记账节点。排序服务提供的是原子广播，保证同一个链上的节点为接收到相同的消息，并且有相同的逻辑顺序。排序服务节点按照一定规则确定交易顺序后，发给各个记账节点，把交易持久化到区块链的账本中。排序服务节点支持互相隔离的多个通道，使得交易只发送给相关的记账节点。

主节点负责和排序服务节点通信，从排序服务节点处获取最新的区块并在组织内部同步。可以强制设置，也可以选举产生。

记账节点负责验证从排序服务节点接收的区块里的交易，然后将区块提交(写入/追加)到其通道账本的副本。记账节点还负责将每个块中的每个交易标记为有效或无效。

基于此，在一个可选的实施例中，水权交易模块50的水权交易平台中，参与节点可以包括水管理部门节点、地方水权交易中心节点和交易用户节点。

其中，交易用户节点包括工业用户节点、农业用户节点和普通用户节点；水权交易平台的背书节点由水管理部门节点组成；水权交易平台的排序节点由所述工业用户节点和/或所述农业用户节点中的部分节点组成；水权交易平台的主节点由所述工业用户节点和/或所述农业用户节点中的部分节点组成。

请参阅图11，一次水权交易详细流程如下：

步骤1，用水户将水权交易申请提交至背书节点；

步骤2，背书节点根据链码对水权交易申请进行背书验证，并对交易数据进行模拟计算；

步骤3，背书节点将水权交易背书结果返回至用水户；

步骤4，收到足够的背书后，用水户将该水权交易提交到排序服务节点；

步骤5，排序服务节点对水权交易数据的进行排序；

步骤6，排序服务节点将完成排序的水权交易信息发送给主节点；

步骤7，主节点接收到排序服务节点的信息反馈后，不断对记账节点的数据进行更新。

为了规范用户交易行为，在一个可选的实施例中，水权交易模块50的水权交易平台可以包括激励模块。该激励模块用于对符合预设诚信标准的交易用户节点予以水权奖励，对符合预设作恶标准的交易用户节点予以水权惩罚，将奖惩状况公告于交易大厅并记录上链。

在用户界面的设计上，本发明的水权交易平台可以采用React.js前端框架来开发前端界面，通过Rest API调用后台Hyperledger Fabric的SDK。前端界面分为用水户和水权管理部门界面，界面具有的功能后文进行详细描述。其中，水权管理部门隶属于水管理部门，负责水权交易监督管理。最后利用Hyperledger Explorer搭建一个区块链浏览器，可以实时查询水权交易情况。

1)用水户界面

请参阅图12，用水户界面主要包括登陆，申请交易，交易确认等相关页面。其中，登录界面的操作步骤如下：用水户根据个人账号和对应的私钥密码登陆系统。其中账户、私钥是用水户从水权管理部门处注册而获得的，私钥密码是为了保证私钥安全采用安全的加密方式而产生的，在登录时需要私钥密码解密私钥然后进行登录。

如图12所示，账户a1从页面登陆，成功登录后出现两个新的页面选择，

如图13所示，一个是水权挂牌交易页面，一个是水权确认交易页面。选择一个页面进入下一步操作。

进入水权挂牌交易页面，如图14所示，在页面左侧用水户会看到交易大厅的挂牌信息，交易大厅里面有最近周期内的水权挂牌信息，在页面右侧用水户可以根据自身需求填写挂牌信息，然后进行水权挂牌。

进入水权确认交易页面包括两个子页面，如图15所示，其中一个子页面是买水方申请买水交易，用水户作为买水方可从该页面进行买水操作；如图16所示，另一个子页面是水权确认交易，用水户作为卖水方，可以看到其他买水方向自己发起的买水申请，用水户可以从该页面确认或拒绝水权交易。

其中，卖水方确认卖水的时候，系统才调用链码进行背书；买水方的买水申请不涉及链码背书这一环节。

2)水权管理部门界面

水权管理部门界面仅对水权管理部门可见。具体地，水权管理部门的界面可以包括登陆页面、用水户身份管理页面、链码管理页面和水权交易监督页面。登录页面如图17所示，水权部门管理员可通过账户、私钥密码、导入私钥来完成登录操作。

水权管理部门管理员登录水权交易平台的管理系统之后，同样有三个页面可选，如图18所示，分别为用水户身份管理页面、链码管理页面、水权交易监督页面。

选择进入用水户身份管理页面后，进入如图19所示的用水户的证书信息的子页面；选择新增用水户后。进入如图20所示的增加新的用水户的子页面。用水户证书信息页面里面显示用水户账户和公钥等身份信息，增加新的用水户页面具有的功能是生成新的用水户密钥对，发布新的用水户数字证书。

链码管理页面包括如图21所示，其包括安装链码、实例化链码、更新链码等功能。水权管理部门管理员可以对链码进行周期性的管理，比如根据季节不同、水量不同发布新的版本。

选择水权交易监督页面，如图22所示主要包括用水户名、初始水权、最新可变水权等基本信息。水权管理部门通过该页面可以把控水权交易的整体情况，如果出现问题和错误可以及时做出相关措施，减少可能带来的不利影响。

3)水权交易后端调用

后端调用可以通过对Node.js Java SDK进行调用，具体地，利用Node.js SDK工具包快速调用链码，以实现前后端之间的调用。

图23表示挂牌区挂牌水权交易动作。卖水方a1在页面填写挂牌信息，确认无误之后导入自己的私钥进行，对交易信息进行签名，然后点击确认，随后这笔挂牌交易会通过SDK调用链码2exchange2自动执行。

当返回的Json数据结果和之前a1水权挂牌信息一致，说明SDK后端调用链码正确，链码执行查询通道2的用水户a1的水权挂牌信息操作，并返回对应的账本查询结果。

水权交易模块50的通过基于区块链的水权交易平台来实现水权交易，在交易方面做到信息透明、数据不可篡改，有效促进水资源交易数据可信共享。具体地，通过充分完备的数据共享，可对跨区域、跨流域、跨行业以及不同用水户进行有效直接的水权交易；在信任方面，实现交易过程准确记录、不可篡改，最终形成可信交易体系；在去中心化和智能合约的应用方面，可有效降低交易成本、提高交易效率。

此外，还可以通过智能合约实现动态水价：当有水供应时，通过降低价格来增加需求，从而消除资源损失；当供应不足，需要从地下水库抽水时，价格就会上涨，以压低需求。由于每个节点发出的交易需求可立即传递至其他节点，这样的定价方式可以承受的价格向消费者提供优质水。

通过水权交易模块50的交易数据，水资源决策管理模块40进一步掌握了水权交易情况，从而可以结合水资源情报管理模块10中的水资源数据，进一步优化对水量分配、水源调度进行决策及管理。

综上所述：

本发明提供的基于智能合约的水资源决策管理系统，通过区块链技术对水资源数据进行存储及管理，可以使大量分布式水资源数据在共享的同时保证其安全性可靠性，提高信息传递效率；另一方面，通过基于区块链的水权交易平台，使得各项水权交易信息(来水和用水信息)得到有效留痕记录，基于安全、不可变的数据，以及在符合条件下自动执行的智能合约，增加了公众的信任，同时当地用水数据的有效优化和验证提供了数据支持。在气候变化条件和快速经济社会发展导致的来水和需水动态变化状态下，本发明所采用的技术集成具有极大的优势，即在低效的水资源丰度和缺水模式识别中，实现公平的多尺度水资源管理。

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 (7)

1.一种基于智能合约的水资源决策管理系统，其特征在于，包括：

水资源情报管理模块、水资源评价管理模块、水资源预测管理模块、水权交易模块和水资源决策管理模块；

所述水资源情报管理模块用于，将水资源数据上链至区块链平台，并通过区块链平台对所述水资源数据进行管理；

所述水资源评价管理模块用于，根据所述区块链平台上的水资源数据，通过智能合约对水资源指标进行评价及管理，并得到水资源评价结果；

所述水资源预测管理模块用于，根据所述区块链平台上的水资源数据，对水量、水质进行预测及管理，并得到水资源预测结果；

所述水权交易模块用于，构建基于Hyperledger Fabric的水权交易平台，并基于所述水权交易平台，通过智能合约实现水资源的交易、结算及监管；

所述水资源决策管理模块用于，根据所述区块链平台上的水资源数据、所述水资源评价结果、所述水资源预测结果和所述水权交易平台的交易数据，通过智能合约对水量分配、水质调节、水源调度进行决策及管理；

所述水资源决策管理模块通过智能合约对水量分配、水质调节、水源调度进行决策及管理的过程，包括：

通过智能合约对来水信息和用水信息自动进行分析计算，按照区域、用水时段、行业性质和/或用水户对水量进行分配；

通过智能合约对水质不达标的节点进行定位及整改，以及对上报水质问题的节点用户进行奖励；

通过智能合约对区域之内的水库调度、跨区域的水库调度以及引进江河水的调度方案进行计算。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述水资源决策管理模块包括水源调度模块；所述水资源决策管理模块通过智能合约对水源调度进行决策及管理的过程，包括：

由所述水源调度模块通过智能合约对区域之内的水库调度、跨区域的水库调度以及引进江河水的调度方案进行计算。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述水源调度模块包括预警分析模块、方案生成模块、会商决策模块、执行监控模块、模型评估模块和成果管理模块；

所述预警分析模块用于，确定水质预警断面、预警指标，对水污染事件进行识别，和/或对水污染事件的等级进行评价，得到预警分析结果；

所述方案生成模块用于，基于所述预警分析结果，对应急预案进行查询，生成多个应急方案，以及通过调度模型对水质、水量变化过程进行模拟计算和/或展示，得到水量水质的模拟计算结果；

所述会商决策模块用于，对所述多个应急方案进行比对，确定最终的应急调度方案；

所述执行监控模块用于，对应急调度过程中的水量、水质进行实时监控，得到水量、水质的实测数据，并将所述实测数据与所述模拟计算结果进行比对，得到偏差，以及依据所述偏差对所述应急调度方案进行修正；

所述模型评估模块用于，根据所述水量、水质的实测数据，结合所述模拟计算结果，对所述调度模型进行分析，以指导所述调度模型的结构调整和参数确定；

所述成果管理模块用于，对水污染事件、应急方案和/或预案进行管理。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述水资源评价管理模块包括水资源数量评价管理模块、水资源质量评价管理模块和水资源开发利用评价管理模块；

所述水资源数量评价管理模块用于，对水资源总量进行评估；

所述水资源质量评价管理模块用于，对地表水、地下水的水质进行评价；

所述水资源开发利用评价管理模块用于，对开发利用率、水资源条件、工程控制能力、农村供水状况、城镇供水状况、用水构成、供水构成和/或缺水状况进行评价。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述水资源情报管理模块包括用水信息管理模块和来水信息管理模块；

所述用水信息管理模块用于，对用水信息进行管理；

所述来水信息管理模块用于，对来水信息进行管理。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述水权交易平台的参与节点包括水管理部门节点、地方水权交易中心节点和交易用户节点；

所述交易用户节点包括工业用户节点、农业用户节点和普通用户节点；

所述水权交易平台的背书节点由水管理部门节点组成；

所述水权交易平台的排序节点由所述工业用户节点和/或所述农业用户节点中的部分节点组成；

所述水权交易平台的主节点由所述工业用户节点和/或所述农业用户节点中的部分节点组成。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述水权交易平台包括激励模块；

所述激励模块用于，对符合预设诚信标准的交易用户节点予以水权奖励，对符合预设作恶标准的交易用户节点予以水权惩罚，将奖惩状况公告于交易大厅并记录上链。

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