CN114862626B - 一种基于区块链技术的施工场地环境监测方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于施工监管相关技术领域，其公开了一种基于区块链技术的施工场地环境监测方法及系统，方法包括：设置具有数据链和交易链的区块链网络，并在所述数据链和交易链上布置智能合约；物联网终端将采集的数据发送至所述数据链，若数据中的异常值和关键因素达到了自动执行条件则进行绩效计算；施工方通过交易链填写支付申请表单并数字签名，将支付申请表单预设顺序设置锁定链码；监理方或建设方依据绩效计算结果设置解锁链码，基于双栈评估机制得到两个预言机结果，若两个预言机结果验证通过则执行支付操作。本申请在保证数据的可靠性、追溯可靠性、传输安全性的前提下可以实现数据、绩效以及支付的耦合管理，极大了节省了人力物力。
Description
技术领域
本发明属于施工监管相关技术领域，更具体地，涉及一种基于区块链技术的施工场地环境监测方法及系统。
背景技术
建筑行业快速发展，在国民经济中占有举足轻重的地位，但是，碎片化、粗放式的建造方式带来了一系列问题，环境污染严重就是其中之一。当前施工环境管理存在几个问题，一是建设方对环境费用认识不足，不能及时发放，二是施工方内控机制缺乏，环境保护费包含在安全文明措施费中，费用使用制度流于形式，公司层到项目作业一线，各业务部门间管理流程严重脱节，不能保证费用投入与现场一致，建立新制度约束施工方环境保护费用的使用非常重要，三是传统工地环境监测主要体现为纸质表单，信息传递效率低，甚至存在数据造假的情况，数据可追溯性差，执法机构取证难，。现有技术指提出将物联网技术应用于环境监控，但传统的物联网处理流式数据，一旦被攻击数据就会被窃取，而且物联网终端设备存在造假嫌疑，数据采集设备可能被篡改，导致数据缺乏真实性。而将区块链引入，为设备加密、上链则很好的解决了这个问题，有效的防止数据在源头被篡改。中国专利CN112419100提出了一种基于物联网和区块链的智慧工地监管系统，只是将数据进行确认处理，中国专利CN11178762公开了一种基于区块链的建筑工程质量验收系统，只是对事件进行独立管理。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于区块链技术的施工场地环境监测方法及系统，在保证数据的可靠性、追溯可靠性、传输安全性的前提下可以实现数据、绩效以及支付的耦合管理，极大了节省了人力物力，具有广阔的应用前景。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于区块链技术的施工场地环境监测方法，所述方法包括：S1：设置具有数据链和交易链的区块链网络，并在所述数据链和交易链上布置智能合约，其中，所述智能合约包括数据处理合约、绩效计算合约以及支付合约，所述数据处理合约包括自动执行条件；S2：物联网终端首次向区块链发起认证请求时，其MAC地址将保存在区块链中，并基于MAC地址生成数字签名，物联网终端将采集的数据发送至所述数据链，所述数据链对所述数据进行判断获取异常值，并获取影响环境污染物的关键因素，所述数据处理合约获取所述异常值和关键因素并判断，若所述异常值和关键因素达到了所述自动执行条件则启动所述绩效计算合约依据所述异常值和关键因素进行绩效计算，各施工参与方对所述绩效计算结果进行校核并签名；S3：施工方通过所述交易链填写支付申请表单并对所述支付申请表单进行数字签名，所述支付合约将所述支付申请表单、已签名表单、监理方和建设方的公钥按预设顺序设置锁定链码C；监理方或建设方依据所述绩效计算结果对所述支付申请表单进行审批并生成签名的预言机结果，根据所述已签名表单以及所述签名的预言机结果设置解锁链码U，基于双栈评估机制采用所述锁定链码C中的公钥验证解锁链码U中的签名，得到两个预言机结果，对两个预言机结果进行验证，若验证通过则执行支付操作。
优选地，步骤S2中所述物联网终端将采集的数据发送至所述数据链具体包括如下步骤：S21a：所述区块链网络向所述物联网终端发送密钥；S22a：所述物联网终端对采集的数据签名后发送至数据链；S23a：数据链利用公钥对数据进行身份验证，同时验证物联网终端的MAC地址与数据链存储的是否一致，验证通过则将所述数据发送至排序节点，当数据量达到预设数量时，将所述数据打包至一个新区块中，并在所述数据链上广播该区块。
优选地，采用如下方式获取所述异常值：将所述数据进行分类，获取每类污染物数据的箱线图，在箱线图中超出阈值的数据或离群点即为异常值。
优选地，采用如下方式获取关键因素：确定污染物指标及影响污染物指标的特征值，利用相关性分析从收集到的数据中依据所述污染物指标进行特征选择，以特征选择的结果为根节点，以所述特征选择的结果的属性为子节点，依据特征值进行子节点的信息增益，将子节点的信息增益较大的设置为关键因素。
优选地，采用四分位计算方法获取每类污染物数据的箱线图。
优选地，步骤S2中在启动所述绩效计算合约依据所述异常值和关键因素进行绩效计算之前还包括：将达到所述自动执行条件的异常值和关键因素推送至待验证队列，并广播至验证节点，各施工参与方在各自的验证节点处进行验证并签名，验证通过后则启动所述绩效计算合约依据所述异常值和关键因素进行绩效计算。
优选地，步骤S3中所述对两个预言机结果进行验证具体包括：将两个预言机结果进行与运算，若运算结果为真则进一步验证对应支付申请表单的签名，签名验证通过则执行支付操作。
优选地，步骤S2还包括物联网终端向所述区块链网络发起认证请求，以将所述物理网终端的设备信息和隐私政策上传至区块链，其中，所述设备信息包括：唯一标识符以及终端类型；所述区块链接收所述设备信息后为所述物联网终端分配专属ID和公钥，并基于非对加密机制为所述物联网终端设置数字签名，进一步区块链广播所述物联网终端信息，实现注册信息的交互。
本申请另一方面提供了一种基于区块链技术的施工场地环境监测系统，所述系统包括：区块链建立模块：用于设置具有数据链和交易链的区块链网络，并在所述数据链和交易链上布置智能合约，其中，所述智能合约包括数据处理合约、绩效计算合约以及支付合约，所述数据处理合约包括自动执行条件；数据信息交互模块：用于物联网终端将采集的数据发送至所述数据链，所述数据链对所述数据进行判断获取异常值，并获取影响环境污染物的关键因素，所述数据处理合约获取所述异常值和关键因素并判断，若所述异常值和关键因素达到了所述自动执行条件则启动所述绩效计算合约依据所述异常值和关键因素进行绩效计算，各施工参与方对所述绩效计算结果进行校核并签名；支付信息交互模块：用于施工方通过所述交易链填写支付申请表单并对所述支付申请表单进行数字签名，所述支付合约将所述支付申请表单、已签名表单、监理方和建设方的公钥按预设顺序设置锁定链码C；监理方或建设方依据所述绩效计算结果对所述支付申请表单进行审批并生成签名的预言机结果，根据所述已签名表单以及所述签名的预言机结果设置解锁链码U，基于双栈评估机制采用所述锁定链码C中的公钥验证解锁链码U中的签名，得到两个预言机结果，对两个预言机结果进行验证，若验证通过则执行支付操作。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，本发明提供的基于区块链技术的施工场地环境监测方法及系统具有如下有益效果：
1.本发明提供了一种基于区块链技术的施工场地环境监测方法及系统，在保证数据的可靠性、追溯可靠性、传输安全性的前提下可以实现数据、绩效以及支付的耦合管理，数据、绩效和支付均通过签名确定，保证数据的真实性和认可度，极大了节省了人力物力，具有广阔的应用前景。
2.采用物联网与区块链结合保证了数据传输的稳定性，安全性和可追溯性，整个过程去中心化，过程留痕，不会被篡改，确保工地施工环境监测信息可靠真是透明，为施工相关方之间的信息提供了基础，信息自动化处理为工地环境实时监控提供保障，为促进工地施工环境监测管理发展提高了借鉴性思路。
3.区块链的数据链和交易链采用双链进行，数据传输链保证在不知道企业私有信息的情况下查看工地环境数据，保证交易的公开真实和完整性，避免了人为主观的影响，共识过程传输链保证用户信息的隐私性和交易的可追溯性确认性。
4.本申请通过异常值和关键因素的判断将绩效定量化，将传统的定性检查与定量数据监测结合，可以确保环境保护费落到实处同时对施工方有效的监督和约束。
附图说明
图1是基于区块链技术的施工场地环境监测方法的步骤图；
图2是基于区块链技术的施工场地环境监测方法的流程图；
图3是基于区块链技术的施工场地环境监测方法的实施装置示意图；
图4是基于区块链技术的施工场地环境监测方法的信息交互图；
图5是本申请实施例环境数据采集示意图；
图6是本申请实施例的多通道区块链网络示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
请参阅图1及图2，本发明提供了一种基于区块链技术的施工场地环境监测方法，所述监测方法包括如下步骤S1～S3。
S1：设置具有数据链和交易链的区块链网络，并在所述数据链和交易链上布置智能合约，其中，所述智能合约包括数据处理合约、绩效计算合约以及支付合约，所述数据处理合约包括自动执行条件。
数据链用于传输、存储或处理数据，交易链用于传输、存储或处理交易相关数据。自动执行条件为触发条件。
S2：物联网终端首次向区块链发起认证请求时，其MAC地址将保存在区块链中，并基于MAC地址生成数字签名，物联网终端将采集的数据发送至所述数据链，所述数据链对所述数据进行判断获取异常值，并获取影响环境污染物的关键因素，所述数据处理合约获取所述异常值和关键因素并判断，若所述异常值和关键因素达到了所述自动执行条件则启动所述绩效计算合约依据所述异常值和关键因素进行绩效计算，各施工参与方对所述绩效计算结果进行校核并签名。
如图3所示，物联网终端与传感器连接，传感器可以布置在待检测区域，如图5所示，传感器采集的数据包括噪声值、PM2.5浓度、PM10浓度、水污染值、光污染值、风速、风向、温度，湿度和大气压等。
在物联网终端和区块链首次进行联系时需要将物联网终端在区块链网络中进行注册认证，具体为：物联网终端向所述区块链网络发起认证请求，以将所述物理网终端的设备信息和隐私政策上传至区块链，其中，所述设备信息包括：唯一标识符(例如可以为MAC地址)以及终端类型；所述区块链接收所述设备信息后为所述物联网终端分配专属ID和密钥，并基于非对加密机制为所述物联网终端设置数字签名，进一步区块链广播所述物联网终端信息，实现注册信息的交互。物联网终端接收上述专属ID、密钥和数字签名。
该步骤S2中所述物联网终端将采集的数据发送至所述数据链具体包括如下步骤：
S21a：所述区块链网络向所述物联网终端发送密钥；
S22a：所述物联网终端对采集的数据采用所述密钥签名后发送至数据链；
S23a：数据链利用公钥对数据进行身份验证，同时验证物联网终端的MAC地址与数据链存储的是否一致，验证通过则将所述数据发送至排序节点，当数据量达到预设数量时，将所述数据打包至一个新区块中，并在所述数据链上广播该区块。传统的数据一上传就生成区块存储，该方式是等数据积累到一定量时存储，节约了存储空间。
采用如下方式获取所述异常值：
将所述数据进行分类，获取每类污染物数据的箱线图，在箱线图中超出阈值的数据或离群点即为异常值。进一步优选的采用四分位计算方法获取每类污染物数据的箱线图。
该分类可以为固体、气体、噪声等。
采用如下方式获取关键因素：
确定污染物指标及影响污染物指标的特征值，利用相关性分析从收集到的数据中依据所述污染物指标进行特征选择，以特征选择的结果为根节点，以所述特征选择的结果的属性为子节点，依据特征值进行子节点的信息增益，将子节点的信息增益较大的设置为关键因素。进一步优选的采用数据挖掘技术分析影响环境污染物的关键因素。利用相关性分析，将每个指标进行量化，相关性系数绝对值越大，相关性越强，为零则不相关。
所述以特征选择的结果的属性为子节点，例如，与噪声指标相关的为挖掘机，则挖掘机为特征选择的结构，其对应的台数、型号、匹数等为属性，进而可以计算不同台数、型号或匹数下噪声的平均值，该平均值即为信息增益。然后根据信息增益分析影响环境污染物的关键因素。
所述步骤S2中在启动所述绩效计算合约依据所述异常值和关键因素进行绩效计算之前还包括：
将达到所述自动执行条件的异常值和关键因素推送至待验证队列，并广播至验证节点，各施工方在各自的验证节点处进行验证并签名，验证通过后则启动所述绩效计算合约依据所述异常值和关键因素进行绩效计算。
各施工参与方需要提前在区块链中进行注册，各方均有对应的节点。施工参与方包括施工方、建设方和监理方等。
S3：施工方通过所述交易链填写支付申请表单并对所述支付申请表单进行数字签名，所述支付合约将所述支付申请表单、已签名表单、监理方和建设方的公钥按预设顺序设置锁定链码C；监理方或建设方依据所述绩效计算结果对所述支付申请表单进行审批并生成签名的预言机结果，根据所述已签名表单以及所述签名的预言机结果设置解锁链码U，基于双栈评估机制采用所述锁定链码C中的公钥验证解锁链码U中的签名，得到两个预言机结果，对两个预言机结果进行验证，若验证通过则执行支付操作。
步骤S3中所述对两个预言机结果进行验证具体包括：
将两个预言机结果进行与运算，若运算结果为真则进一步验证对应支付申请表单的签名，签名验证通过则执行支付操作。
基于双栈评估机制采用所述锁定链码C中的公钥验证解锁链码U中的签名具体为：将两个堆栈按顺序抛出，利用锁定链码C抛出的公钥验证解锁链码U抛出的数字签名，得到两个预言机结果，对这两个结果进行与运算，若运算结果为真，则抛出事件并验证事件的签名，验证通过就抛出操作执行该事件。
如图6所示，所述区块链采用多通道构成，每个工程项目设置单独通道，通道内的所有节点共享或管理通道内的所有账本。
本申请中施工参与方可以通过物联网终端查询污染物数据，物联网终端调用云端API，数据从云端传输到物联网终端，完成数据查询工作，当出现环境投诉事件需要责任追责或者在结算安全文明施工费时，管理人员则通过Fabric客户端，查看上链的污染物数据信息和绩效信息，便于管理者做出决策。
如图4所示，项目参与方通过Fabric客户端进行注册获得一个区块链节点，注册成功后获得一对公私钥和数字证书，所述项目参与方包括监理方，施工方，建设方或政府，对应在区块链中的节点为监理方节点，施工方节点，建设方节点和政府节点。监理方在检查后利用客户端填写表单并签字，调用智能合约进行合规性审查，合规性审查调用的智能合约是根据国家对行业污染物水平要求以及项目目标编写的，如果合格，则将信息发给施工方，施工方对表单进行签字，最后将表单提交给建设方，建设方利用数字签名对表单签字。不合格则将信息发送给施工方，施工方可对表单提出异议或认可，如果是提出异议，则通知监理方对有异议的地方复检，如果是认可，则发送给建设方签字，同时调用绩效考核模块记录不合格信息。在建设方完成签字后，此阶段环境检查完成。
本申请另一方面提供了一种基于区块链技术的施工场地环境监测系统，所述系统包括区块链建立模块、数据信息交互模块、支付信息交互模块，其中：
区块链建立模块：用于设置具有数据链和交易链的区块链网络，并在所述数据链和交易链上布置智能合约，其中，所述智能合约包括数据处理合约、绩效计算合约以及支付合约，所述数据处理合约包括自动执行条件；
数据信息交互模块：用于物联网终端将采集的数据发送至所述数据链，所述数据链对所述数据进行判断获取异常值，并获取影响环境污染物的关键因素，所述数据处理合约获取所述异常值和关键因素并判断，若所述异常值和关键因素达到了所述自动执行条件则启动所述绩效计算合约依据所述异常值和关键因素进行绩效计算，各施工参与方对所述绩效计算结果进行校核并签名；
支付信息交互模块：用于施工方通过所述交易链填写支付申请表单并对所述支付申请表单进行数字签名，所述支付合约将所述支付申请表单、已签名表单、监理方和建设方的公钥按预设顺序设置锁定链码C；监理方或建设方依据所述绩效计算结果对所述支付申请表单进行审批并生成签名的预言机结果，根据所述已签名表单以及所述签名的预言机结果设置解锁链码U，基于双栈评估机制采用所述锁定链码C中的公钥验证解锁链码U中的签名，得到两个预言机结果，对两个预言机结果进行验证，若验证通过则执行支付操作。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种基于区块链技术的施工场地环境监测方法，其特征在于，所述方法包括：
S1：设置具有数据链和交易链的区块链网络，并在所述数据链和交易链上布置智能合约，其中，所述智能合约包括数据处理合约、绩效计算合约以及支付合约，所述数据处理合约包括自动执行条件；
S2：物联网终端将采集的数据发送至所述数据链，所述数据链对所述数据进行判断获取异常值，并获取影响环境污染物的关键因素，所述数据处理合约获取所述异常值和关键因素并判断，若所述异常值和关键因素达到了所述自动执行条件则启动所述绩效计算合约依据所述异常值和关键因素进行绩效计算，各施工参与方对所述绩效计算结果进行校核并签名；其中，所述物联网终端将采集的数据发送至所述数据链具体包括如下步骤：S21a：所述区块链网络向所述物联网终端发送密钥；S22a：所述物联网终端对采集的数据采用所述密钥签名后发送至数据链；S23a：数据链利用公钥对数据进行身份验证，同时验证物联网终端的MAC地址与数据链存储的是否一致，验证通过则将所述数据发送至排序节点，当数据量达到预设数量时，将所述数据打包至一个新区块中，并在所述数据链上广播该区块；
S3：施工方通过所述交易链填写支付申请表单并对所述支付申请表单进行数字签名，所述支付合约将所述支付申请表单、已签名表单、监理方和建设方的公钥按预设顺序设置锁定链码C；监理方或建设方依据所述绩效计算结果对所述支付申请表单进行审批并生成签名的预言机结果，根据所述已签名表单以及所述签名的预言机结果设置解锁链码U，基于双栈评估机制采用所述锁定链码C中的公钥验证解锁链码U中的签名，得到两个预言机结果，对两个预言机结果进行验证，若验证通过则执行支付操作，其中，基于双栈评估机制采用所述锁定链码C中的公钥验证解锁链码U中的签名具体为：将两个堆栈按顺序抛出，利用锁定链码C抛出的公钥验证解锁链码U抛出的数字签名，得到两个预言机结果，对这两个结果进行与运算，若运算结果为真，则抛出事件并验证事件的签名，验证通过就抛出操作执行该事件。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采用如下方式获取所述异常值：
将所述数据进行分类，获取每类污染物数据的箱线图，在箱线图中超出阈值的数据或离群点即为异常值。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采用如下方式获取关键因素：
确定污染物指标及影响污染物指标的特征值，利用相关性分析从收集到的数据中依据所述污染物指标进行特征选择，以特征选择的结果为根节点，以所述特征选择的结果的属性为子节点，依据特征值进行子节点的信息增益，将子节点的信息增益大的设置为关键因素。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，采用四分位计算方法获取每类污染物数据的箱线图。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S2中在启动所述绩效计算合约依据所述异常值和关键因素进行绩效计算之前还包括：
将达到所述自动执行条件的异常值和关键因素推送至待验证队列，并广播至验证节点，各施工参与方在各自的验证节点处进行验证并签名，验证通过后则启动所述绩效计算合约依据所述异常值和关键因素进行绩效计算。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S3中所述对两个预言机结果进行验证具体包括：
将两个预言机结果进行与运算，若运算结果为真则进一步验证对应支付申请表单的签名，签名验证通过则执行支付操作。
7.一种基于区块链技术的施工场地环境监测系统，其特征在于，所述系统包括：
区块链建立模块：用于设置具有数据链和交易链的区块链网络，并在所述数据链和交易链上布置智能合约，其中，所述智能合约包括数据处理合约、绩效计算合约以及支付合约，所述数据处理合约包括自动执行条件；
数据信息交互模块：用于物联网终端将采集的数据发送至所述数据链，所述数据链对所述数据进行判断获取异常值，并获取影响环境污染物的关键因素，所述数据处理合约获取所述异常值和关键因素并判断，若所述异常值和关键因素达到了所述自动执行条件则启动所述绩效计算合约依据所述异常值和关键因素进行绩效计算，各施工参与方对所述绩效计算结果进行校核并签名；其中，所述物联网终端将采集的数据发送至所述数据链具体包括如下步骤：S21a：所述区块链网络向所述物联网终端发送密钥；S22a：所述物联网终端对采集的数据采用所述密钥签名后发送至数据链；S23a：数据链利用公钥对数据进行身份验证，同时验证物联网终端的MAC地址与数据链存储的是否一致，验证通过则将所述数据发送至排序节点，当数据量达到预设数量时，将所述数据打包至一个新区块中，并在所述数据链上广播该区块；
支付信息交互模块：用于施工方通过所述交易链填写支付申请表单并对所述支付申请表单进行数字签名，所述支付合约将所述支付申请表单、已签名表单、监理方和建设方的公钥按预设顺序设置锁定链码C；监理方或建设方依据所述绩效计算结果对所述支付申请表单进行审批并生成签名的预言机结果，根据所述已签名表单以及所述签名的预言机结果设置解锁链码U，基于双栈评估机制采用所述锁定链码C中的公钥验证解锁链码U中的签名，得到两个预言机结果，对两个预言机结果进行验证，若验证通过则执行支付操作，其中，基于双栈评估机制采用所述锁定链码C中的公钥验证解锁链码U中的签名具体为：将两个堆栈按顺序抛出，利用锁定链码C抛出的公钥验证解锁链码U抛出的数字签名，得到两个预言机结果，对这两个结果进行与运算，若运算结果为真，则抛出事件并验证事件的签名，验证通过就抛出操作执行该事件。
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| 基于区块链的智能合约技术与应用综述;贺海武等;《计算机研究与发展》;20181115(第11期);112-126页 * |
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