CN114971555B - 一种基于区块链的城市排污管道管理方法及其管理系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于区块链的城市排污管道管理方法及系统，任务管理全节点将任务单上传区块链系统；任务执行轻节点获取任务单，并将执行结果信息发送给任务管理全节点；任务管理全节点将执行结果信息上传区块链系统；其中，上传信息的过程包括：采用随机密钥将信息加密成密文存入链外数据库；处理密文得到哈希值并上传至区块链系统；将随机密钥通过公钥加密后发送给接收方；获取信息的过程包括：利用私钥解密出随机密钥；将链外数据库中的密文进行哈希算法处理得到的哈希值与区块链系统中的哈希值进行匹配，利用随机密钥解密读取匹配成功的密文。采用链外数据库与区块链系统一一映射存储机制，保证区块链容量较小且避免数据篡改。

Description

一种基于区块链的城市排污管道管理方法及其管理系统
技术领域
本发明属于城市排污管道运维技术领域，更具体地，涉及一种基于区块链的城市排污管道管理方法及其管理系统。
背景技术
城市排污管道是处理和排除城市污水和雨水的工程设施系统重要组成部分之一，用于收集、运输城市污水和雨水。然而随着城市基础建设的不断扩展，建筑、市政建设频繁，其中由于违章压占排污管道、违章挖掘、打暗管等现象，加上城市排污管道埋设地下的“不可见性”，很可能造成排污管道的破损渗漏、堵塞，给城市正常运转带来不便。因此各城市相关水务部门都会通过组织巡检来保障排污管道的健康运转。
现有的基于地理位置信息(GIS)的城市排污管道巡查模式，通过移动设备对巡查人员进行定位，判断巡查人员是否到达巡查地点并统计巡查人员的巡查路程，在排污管道现场巡查时根据现场实际情况填写巡查记录表，实时或巡查结束后将巡查检查表报予管网管理部门，管理部门将巡查记录表处理后归档或记录到系统数据库中。这种主要基于中心化数据库存储数据,且依赖大量的人工操作,例如巡检结果的填报,隐患的处理,巡检计划的制定等,一方面依赖人工使使出错率大大增加,另一方面容易被不法分子篡改数据库的数据。例如由于巡检人员的漏检或者疏忽,导致有问题的设备没有及时维护出现大面积积水事件,有责任的人员可能篡改数据库中的数据,当发生数据篡改时无法查证,导致事故难以追责、巡检工作质量难以保证。
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的城市排污管道管理方法及其管理系统，其目的在于解决排污管道数据记录依赖人工操作而容易出错且数据容易被篡改的技术问题。
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的城市排污管道管理方法，包括：
任务管理全节点将任务单上传至区块链系统；任务执行轻节点通过区块链系统获取任务单，并在任务执行完成后将执行结果信息发送给任务管理全节点；任务管理全节点将执行结果信息上传至区块链系统；其中，
向区块链系统上传信息的过程包括：
采用系统随机生成的随机密钥将待上传信息加密成密文，存入链外数据库，并将随机密钥和对应的任务单编号存入链外数据库中单独权限分区；利用哈希算法处理密文得到哈希值，将哈希值和任务单编号上传至区块链系统；将随机密钥通过接收方公钥加密后发送给接收方；
从区块链系统获取信息的过程包括：
利用接收方私钥解密出随机密钥；将链外数据库中的密文进行哈希算法处理得到的哈希值与区块链系统中的哈希值进行匹配，读取匹配成功的密文；利用随机密钥解密密文；
其中，系统中有权限的用户登陆系统后通过访问单独权限分区并通过任务单编号检索对应密文的随机密钥，利用检索到的随机密钥解密存储在链外数据库中的密文；
其中，接收方私钥和接收方公钥为区块链系统在接收方请求接入区块链系统时根据接收方身份信息进行加密算法所形成的。
在其中一个实施例中，区块链系统中的存储数据结构为merkle树结构，从底层至顶层依次为叶子节点、中间节点和根节点，其中，叶子节点包含数据哈希和编号，中间节点包含表单类型和拼接哈希，所述拼接哈希为与同一表单类型对应的叶子节点中的数据哈希和编号拼接并经过哈希运算而得，根节点包含由中间节点的数据拼接而成并经过哈希运算而得的根哈希；
将哈希值和任务单编号上传至区块链系统的方法包括：
将通过哈希算法处理密文得到哈希值和任务单编号填入叶子节点，并将通过merkle树结构得到的根哈希存入区块链系统。
在其中一个实施例中，任务管理全节点将任务单或执行结果信息上传至区块链系统之前，执行：
任务管理全节点向区块链系统发送请求；
区块链系统将请求转发给水务领导部门客户端；
经水务领导部门确认后，任务管理全节点对任务单或执行结果信息进行数字签名后上传到区块链系统。
在其中一个实施例中，任务管理全节点包括巡检部门全节点和维修部门全节点，任务执行轻节点包括片区巡检员轻节点，任务单包括排污管道巡查任务单，执行结果信息包括巡查信息，其中，
巡检部门全节点将排污管道巡查任务单上传至区块链系统；
片区巡检员轻节点通过区块链系统获取排污管道巡查任务单，确定巡查任务，并在巡查任务结束后，将巡查信息发送给巡检部门全节点；
巡查部门全节点将巡查信息上传至区块链系统；
区块链调用巡查任务合规审查智能合约对巡查信息进行合规性审查；若不合规，则向巡检部门全节点发送补充巡查或重新巡查的通知；
若合规，则区块链系统调用隐患判断智能合约对巡查信息进行隐患问题判断，若不存在问题，则流程结束，若存在问题，区块链将智能合约判断出来的问题发送给维修部门全节点。
在其中一个实施例中，生成隐患判断智能合约的方法包括：
对历史数据进行数据挖掘，提取关键因素和关键事件；
通过事故树分析法推算出排污管道故障最小割集和事故可能发生的最短路径；
理清各因素导致事故发生的关联规则，将所述关联规则作为响应规则部署在智能合约之中；
区块链系统调用隐患判断智能合约对巡查信息进行隐患问题判断，包括：
当区块链系统中的巡查信息满足响应规则时，触发智能合约自动生成相应问题清单。
在其中一个实施例中，所述片区巡检员轻节点为移动端APP，片区巡检员轻节点解密巡查任务后，移动端APP生成具有巡查点的巡查路线，当GPS定位靠近巡查点时，触发巡查检查表填写任务以提醒巡检员填写相应的巡查检查表。
在其中一个实施例中，所述巡查任务单采取16位编码进行编码，第1-8位表示巡查时间，第9-11位表示巡查区域，第12-14位表示巡查人员身份，第15-16位表示表单类型。
在其中一个实施例中，任务执行轻节点还包括片区维修员轻节点，任务单还包括排污管道维修任务单，执行结果信息还包括维修信息，其中；
维修部门全节点将根据接收的问题所制订的排污管道维修任务单上传至区块链系统；
片区维修员轻节点通过区块链系统获取排污管道维修任务单，确定维修任务，并在维修任务结束后，将维修信息发送给维修部门全节点；
维修部门全节点将维修信息上传至区块链系统；
区块链调用维修任务合规审查智能合约对巡查信息进行合规性审查，若合规，则流程结束，若不合规，则向维修部门全节点发送补充维修或重新维修的通知。
在其中一个实施例中，所述维修任务单采取16位编码进行编码，第1-8位表示维修时间，第9-11位表示维修区域，第12-14位表示维修人员身份，第15-16位表示表单类型。
按照本发明的另一方面，提供了一种基于区块链的城市排污管道管理系统，包括区域链系统、链外数据库以及接入区域链系统的任务管理全节点和任务执行轻节点；
所述任务管理全节点用于将任务单和执行结果信息上传至区块链系统，其中，向区块链系统上传信息的过程包括：采用系统随机生成的随机密钥将待上传信息加密成密文，存入链外数据库；利用哈希算法处理密文得到哈希值，将哈希值和任务单编号上传至区块链系统；将随机密钥通过接收方公钥加密后发送给接收方；
所述任务执行轻节点用于通过区块链系统获取任务单，并在任务执行完成后将执行结果信息发送给任务管理全节点；其中，从区块链系统获取信息的过程包括：利用接收方私钥解密出随机密钥；将链外数据库中的密文进行哈希算法处理得到的哈希值与区块链系统中的哈希值进行匹配，读取匹配成功的密文；利用随机密钥解密密文；接收方私钥和接收方公钥为区块链系统在接收方请求接入区块链系统时根据接收方身份信息进行加密算法所形成的。
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，能够取得下列有益效果：
本发明借助于区块链技术，一方面，区块链公开透明，各片区管道管理部门能够通过区块链查看彼此工作情况,起到相互监督的作用；另一方面，通过对数据的存储方式进行改进，引入链外数据库，结合加解密过程，采用链外数据库与区块链系统一一映射存储机制，降低区块链系统存储压力，提升区块链系统运行效率，通过相应的映射关系实现区块链系统与数据系统之间的逻辑上的完整性，既保证数据不可篡改，同时保证区块链容量较小，构建、管理方便。
附图说明
图1为一实施例的基于区块链的城市排污管道管理的区块链P2P网络节点示意图；
图2为一实施例的基于区块链的信息上传和接收过程；
图3为一实施例的基于区块链的数据存储方法；
图4为一实施例的排污管道巡查以及问题处理的流程示意图；
图5为一实施例的GIS巡检过程示意图。
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。
如图1所示为一实施例中基于区块链的城市排污管道管理的区块链P2P网络节点示意图，其包括区域网以及接入区域网的任务管理全节点和任务执行轻节点，其中，任务管理全节点将任务单上传至区块链系统；任务执行轻节点通过区块链系统获取任务单，并在任务执行完成后将执行结果信息发送给任务管理全节点；任务管理全节点将执行结果信息上传至区块链系统。
图2所示为一实施例中基于区块链的信息上传和接收过程，其中，
向区块链系统上传信息的过程包括：
采用系统随机生成的随机密钥将待上传信息加密成密文，存入链外数据库；
利用哈希算法处理密文得到哈希值，将哈希值和任务单编号上传至区块链系统；
将随机密钥通过接收方公钥加密后发送给接收方；
从区块链系统获取信息的过程包括：
利用接收方私钥解密出随机密钥；
将链外数据库中的密文进行哈希算法处理得到的哈希值与区块链系统中的哈希值进行匹配，读取匹配成功的密文；
利用随机密钥解密密文；
其中，接收方私钥和接收方公钥为区块链系统在接收方请求接入区块链系统时根据接收方身份信息进行加密算法所形成的。其中，向区块链系统上传信息的发送方包括但不限于任务管理全节点，从区块链系统获取信息的接收方包括但不限于任务执行轻节点。
以一具体的例子进行说明，如图2所示，区块链节点接入区块链系统之前，节点需向区块链系统发送请求，请求参数包括人员信息(例如姓名、工号、年龄等)，区块链系统接收到区块链轻节点人员信息后，通过RSA加密算法根据人员的请求计算出一对公私钥。发送方的表单数据(待上传信息)在会由一串随机生成的随机密钥进行对称加密，加密生成的密文存储在链外巡检数据库中，同时密文经过哈希算法计算得到的哈希值会与表单编号上传至区块链网络，发送方将随机密钥通过接收方公钥进行加密并发送给接收方，接收方通过自己的私钥解密出随机生成密钥，此时密文进入真实性验证阶段，链外数据库中密文通过哈希算法得到哈希值，并与区块链中对应哈希值进行比对，若一致则解密密文，接收方获得表单数据，反之报错。
通过以上过程，用户上传数据表单时，系统生成随机密钥对数据表单进行对称加密，并存入链外数据库，并将数据摘要存入区块链网络。区块链中的数据摘要与巡查信息库中数据形成映射关系。
在一实施例中，如图3所示节点将待上传的信息(例如巡查任务单、巡查信息、维修任务单和维修信息)采用对称加密加密成密文，加密密钥由系统随机生成，随机密钥采用非对称加密算法数据加密后，在P2P网络中广播传输给相关节点。密文经过哈希算法生成密文哈希后，与对应表单编号共同存入区块链中，存储数据结构为区块链merkle树结构，由一组叶子节点、一组中间节点和一个根节点组成，最底部是叶子节点包含的数据，即密文哈希与表单编号。向上是中间节点，包含的数据是将连接的叶子节点的数据拼接成一个字符串并经过哈希运算得到的哈希值。再向上是根节点，包含的数据是将连接的中间节点的数据拼接成一个字符串并经过哈希运算得到的哈希值，根节点存储在区块中，区块中还包含上一区块的哈希值、时间戳和区块高度。数据上链后将区块高度返回给链外数据库。
在一实施例中，密文文件存储在链外数据库中，与之对应的随机密钥、表单编号以及区块高度还被存储在链外数据库中一单独分区，该分区设定权限，只有系统中被允许的用户才可以访问。如图3所示，系统中有权限的用户登陆系统后可以访问单独权限分区，通过表单编号检索对应的巡检表单密文的随机密钥，并利用该随机密钥解密存储在链外数据库中的密文，同时系统会根据与随机密钥同时检索出的区块高度定位密文哈希所在区块链系统中的区块，然后根据表单编号定位密文哈希所在的叶子节点，将链外数据库中的进行哈希运算，得到的哈希与定位到的叶子节点中的数据哈希进行比对，若一致，则提示用户文件安全，反之提示用户文件已被篡改。
在一实施例中，不同类型的数据可以存储于不同的链外数据库中，所述上传到区块链中数据，是由存储于不同的数据存储体(比如不同的数据库)中不同类型的基础数据索引到区块链区块中，不同类型的数据都与区块链中对应区块的区块体建立映射关系，这样区块链与巡查信息分别存储，既可以实现区块链管理的便利性(确保区块链容量较小，构建、管理方便)，不同类型数据管理的有序性，又可以通过相应的映射关系实现区块链系统与巡查信息系统之间的逻辑上的完整性。
在一实施例中，区域链系统还接入有水务领导部门客户端，任务管理全节点将任务单或执行结果信息上传至区块链系统之前，都需要向水务领导部门客户端确认，即执行：
任务管理全节点向区块链系统发送请求；
区块链系统将请求转发给水务领导部门客户端；
经水务领导部门确认后，任务管理全节点对任务单或执行结果信息进行数字签名后上传到区块链系统。
在一实施例中，城市排污管道管理包括管道巡检和管道维修。任务管理全节点包括巡检部门全节点和维修部门全节点，任务执行轻节点包括片区巡检员轻节点和片区维修员轻节点，任务单包括排污管道巡查任务单和排污管道维修任务单，执行结果信息包括巡查信息和维修信息。
其中，如图4所示，管道巡检过程包括：
S1-1、巡检部门制定排污管道巡查任务表单，巡检部门客户端向区块链系统发送排污管道巡查任务请求；
S1-2、区块链接收到巡检部门客户端排污管道巡查任务请求后，转发给水务领导部门客户端，经水务领导部门确认后，巡检部门客户端对排污管道巡查任务单进行数字签名，并上传到区块链网络；
S1-3、片区巡检员轻节点同步巡检部门客户端的巡查任务信息，获得巡查任务，并根据巡查任务进行巡查工作；
S1-4、巡查工作结束后，巡检部门收集各片区巡检员客户端的巡查信息，自检后，向区块链系统发起巡查任务验收请求；
S1-5、区块链接收到巡查部门的巡查任务验收请求后，转发给水务领导部门客户端，水务领导部门客户端确认后，巡检部门客户端对巡查信息进行数字签名，并上传至区块链网络；
S1-6、区块链调用巡查任务合规审查智能合约对巡检部门客户端上传的巡查信息进行合规性审查；若不合规，则向巡检部门客户端发送补充巡查或重新巡查的通知，并将相关信息转发给水务领导部门客户端，若合规，转至步骤S1-7；
S1-7、区块链调用隐患判断智能合约对巡检部门客户端上传的巡查信息进行隐患问题判断，若不存在问题，则流程结束。若存在问题，区块链将会把智能合约判断出来的问题发送给维修部门客户端。
在一实施例中，管道维修过程包括：
S2-1、维修部门客户端检查问题后，制定排污管道维修任务表单，并向区块链系统发送排污管道维修任务请求；
S2-2、区块链接收到维修部门客户端排污管道维修任务请求后，转发给水务领导部门客户端，经水务领导部门确认后，维修部门客户端对排污管道维修任务表单进行数字签名，并上传到区块链网络；
S2-3、片区维修员轻节点同步维修部门客户端的维修任务信息，获得维修任务，并根据维修任务进行维修工作；
S2-4、维修工作结束后，维修部门收集各片区维修员客户端的维修信息，自检后，向区块链系统发起维修任务验收请求；
S2-5、区块链接收到维修部门的维修任务验收请求后，转发给水务领导部门客户端，水务领导部门客户端确认后，维修部门客户端对维修信息进行数字签名，并上传至区块链网络；
S2-6、区块链调用维修任务合规审查智能合约对巡检部门客户端上传的巡查信息进行合规性审查；若不合规，则向维修部门客户端发送补充维修或重新维修的通知，并将相关信息转发给水务领导部门客户端，若合规，则流程结束。
在一实施例中，所述巡查任务制定指排污管道管理部门依据实际业务需求以及历史管道巡查信息，制定片区管道巡查任务。巡查任务包括巡查周期、巡查路线、巡查点、巡查项目、巡查检查单以及巡查人员等信息，并依据巡查任务分工，制定各巡查人员的巡查任务单，各巡查人员的巡查任务单包含巡查路线、巡查点和巡查点的巡查检查单。巡查任务单编码采取16位编码进行编码，第1-8位表示巡查时间，第9-11位表示巡查区域，第12-14位表示巡查人员身份，第15-16位表示表单类型。各巡查人员的巡查任务单经巡查部门客户端数字签名后，分别用各巡查人员公钥进行加密并发送至各片区巡检员客户端。
在一实施例中，如图5所示，片区巡检员利用自己的私钥解密自己的巡查任务单，并根据巡查任务进行巡查，巡查人员在移动端APP获得的巡查任务进行巡查，巡查人员在移动端开启GPS定位根据APP中巡查路线对巡查点进行巡查，当巡查人员地理位置靠近巡查点/段一定范围内时触发巡查检查表填写任务，在每一个巡查点填写相应巡查检查表。巡查检查表在APP中以单选、多选、判断、填写内容形式进行设置。巡检完成后将生成对应片区巡检员的巡查信息表，各巡查人员的巡查信息表包含本次已查巡查路线、已查巡查点和已查巡查点的巡查检查单。各巡查人员的巡查信息表经片区巡查员数字签名后发送到巡检部门客户端。
在一实施例中，所述排污管道维修任务制定指排污管道维修部门依据隐患判断智能合约给出的问题单制定的片区管道维修任务。维修任务包括维修区域、维修点、维修项目以及维修人员等信息，并依据维修任务分工，制定各维修人员的维修任务单，各维修人员的维修任务单包含维修区域、维修点和维修点的维修处理单。维修任务单编码采取16位编码进行编码，第1-8位表示维修时间，第9-11位表示维修区域，第12-14位表示维修人员身份，第15-16位表示表单类型。各维修人员的维修任务单经维修部门客户端数字签名后，分别用各维修人员公钥进行加密并发送至各片区巡检员客户端。
在一实施例中，片区维修员利用自己的私钥解密自己的维修任务单，并根据维修任务进行维修，维修完成后将生成对应片区巡检员的维修信息表，各维修人员的维修信息表包含本次已维修点和已查维修点的维修处理单。各维修人员的维修信息表经片区维修员数字签名后发送到维修部门客户端。
在一实施例中，该基于区块链的城市排污管道管理，包含巡查任务合规审查智能合约、隐患判断智能合约以及维修任务合规审查智能合约。
所述巡查任务合规审查智能合约指对区块链中巡查信息的巡查任务量是否达到巡查任务要求进行判断。该智能合约判断各巡查人员提交的巡查信息表是否达到对应的巡查任务单中的巡查路线、巡查点以及巡查点的巡查检查单的要求，若达到则为合规，若达不到，则为不合规。
所述隐患判断智能合约指对区块链中巡查信息进行问题判断，通过借助数据挖掘提取出来的事件关键信息，部署智能合约，从而对节点信息执行判断，发现风险因素智能合约能够自动执行，生成巡查点问题表单。
作为优选的技术方案，该隐患判断智能合约模块，借助数据挖掘算法，根据以往排污管道运维资料以及现有的事故案例，将城市排污管道堵塞事故致因因素进行分类和归类，然后对导致同一类的事故的各因素之间的因果逻辑关系进行树状统计，从而提取出导致该类型事故的所有因素中的关键信息，这些关键信息包含设备运行状态信息、人员操作信息以及环境资料等。例如，针对城市排污管道堵塞，从设施、人员、环境、管理这几个方面入手，从众多同类事件中找出导致事件发生的众多因素，并找出这些因素之间的因果逻辑关系，如由于环境因素的影响加上监督管理、巡查不到位、维护保养不到位等，出现排污泵机老化、排污管道破损的情况，导致排污管道淤堵，通过分析得出导致这一类事故发生的关键因素，即排污泵机老化、井盖损坏、偷排现象、监管不到位、维护保养不到位等，从而将这些关键因素信息确定为需要从数据库中提取出来并上链的关键信息，将这些关键信息并写入智能合约中。
智能合约部署逻辑：
①根据以往的历史资料和未来预期，结合数据挖掘提取出的关键因素和关键事件以及通过事故树分析法推算出排污管道故障最小割集和事故可能发生的最短路径，代入上述已知的风险因素或风险事件进行分析，进而得出事故发生的几条可能路径。例如导致管道淤堵这一事故发生的可能因素及路径有：由于井盖缺损、污水管偷排、极端暴雨天气，导致城市排污管道出现固体物过多、水量过载的情况，从而导致城市排污管道排水不畅、淤堵，最终导致城市内涝；由于监管不到位、城市排污管道周围施工方案不完善、资料审核不到位，导致城市排污管道地基不稳固，导轨管道沉降塌方；环境因素的影响加上预警制度不完善，出现排污管道内可燃、有毒气体浓度过大的情况，再加上相关人员误入管道或管道接触火源，导致管道爆炸、人员中毒等事故。然后基于事故树得出的各风险因素的重要程度，找出可能导致事故发生的最小割集或最短路径，即当哪几项风险因素同时出现或按顺序出现时，可能会导致事故的发生，例如导致某一管道淤堵的最小割集有：a.城市排污管道泵机失效，质量不合格，排污失灵；b.井盖损坏缺失，大量垃圾进入管道；c.管道周围土壤流失，管道超载等。根据这些事故最小割集以及历史资料信息，得出事故可能发生的最短路径以及各因素重要程度，得出当其中某几项因素出现时即能导致事故的发生，从而理清各因素导致事故发生的关联规则，然后将这一系列的关联规则作为响应规则部署在智能合约之中，当区块链中的巡查信息包含这些因素时，智能合约将会自动执行，生成相应问题清单。
②根据以往的历史资料和未来预期以及现有的行业标准，找出各项指标的阈值，将其部署在智能合约之中，若存储在区块链节点中的该项指标数据超过这一阈值，如当管道内甲硫化氢浓度超过设定阈值(一般为10mg/m3)，管道一氧化碳超过设定阈值(一般为20mg/m3)，管道内氧气低于设定阈值(一般为19.5％)时，智能合约将会自动执行，生成相应问题清单。
智能合约执行逻辑：
该故障在巡检过程中采集到的关键信息有：井盖状态信息、管道内气体信息、排水设备运行信息、管道内水量信息、管道内沉渣信息、管道上地面状态信息、设施服役状态信息、巡检人员信息、维护保养信息等，这些信息按照前面提到的数据存储与共识流程，存储于区块链之上。根据预设在智能合约中的标准与阈值，识别到现存在井盖损坏缺失、管道内有毒有害气体浓度超标、排水设备功率不足、管道内水量过载、管道内沉渣厚度过大、管道上地面塌陷、设施超期服役、巡检人员资质不足、维护保养不足等风险因素，然后根据预设在智能合约中的响应条件和响应规则，得出在该事件中，仅出现井盖损坏缺失或者是同时出现管道水量过载、排水设备功率不足等风险因素将会很大可能导致城市内涝的发生，因此当区块链上存在这些风险因素时，将会自动执行，生成相应问题清单。
所述维修任务合规审查智能合约指对区块链中维修信息的维修任务量是否达到维修任务要求进行判断。该智能合约判断各维修人员提交的维修信息表是否达到对应的维修任务单中的维修点以及维修点的维修处理单的要求，若达到则为合规，若达不到，则为不合规。
以下以具体的实施例将整个完整的过程进行说明。
实施例1
一种基于区块链的城市排污管道管理方法，其过程包括：
预设巡查任务、配置巡查时间、巡查路线、巡查点、巡查项目以及巡查检查表，下发巡查任务，获得巡查任务，完成巡查记录，接收巡查移动端上传的巡查信息，根据巡查信息进行分析和统计；
巡查人员将巡查信息上传到巡检部门客户端，片区管理部门处理后的巡查信息提交到区块链系统，写入区块链新建的一个区块中；
在本实施例中，巡查任务依据实际需要划分为巡查子任务，每一个巡查子任务属于一个巡查账号，巡查员在移动端APP中登陆自身巡查账号，获取自己本次巡查的专属巡查子任务；
在本实施例中，巡查员获得本次巡查专属巡查子任务后，巡查员可以在移动端APP主界面看到本次巡查的巡查路线地图，且巡查路线地图上标有巡查点位置标识，巡查路线地图根据巡查员地理位置实施更新。在移动端APP中二级界面中巡查人员可以看到待查巡查点以及已查巡查点，巡查点包括但不限于关键设备、管道段、井盖等。当巡查人员地理位置接近巡查点地理位置时，移动端APP会提示巡查员是否开始该巡查点的检查，巡查人员确认后，移动端APP会引导巡查员填写该巡查点的巡查项目的巡查检查表，巡查检查表中内容以单选、多选、判断、填写内容进行设置，例如当检查到A片区B巡查点的管道巡查项目时，巡查检查单上显示：“Q：是否有接口渗漏？A：是/否”巡查员根据实际情况点击“是”或“否”。当该巡查点巡查检查单全部填写完毕后，该巡查点变为已查巡查点，当所有巡查任务完成后，巡查员可在移动端APP对巡查信息进行检查，检查无误后可在移动端APP上对其数据进行数字签名并提交至片区管道管理部门。
在本实施例中，处理后的巡查信息包括：通过哈希算法生成的巡查检查表唯一ID、巡查人员填写的巡查检查表，其中，巡查检查表包括后台巡查管理子系统预置的巡查项内容，包括单选、多选、判断、填写内容多种形式；
在本实施例中，巡查信息提交到区块链，所有全节点对新建区块中的信息进行检查，验证无误后实现上链，区块链平台中的区块具有不可篡改的特性。
在本实施例中，区块链网络中将提交的巡查信息进行比对，根据以往管道维修业务总结出业务逻辑规则并写入到智能合约中，业务逻辑规则与巡查地点的基本特性进行比对分析，根据巡查地点的位置、人员、地点类型、巡查项目、巡查问题等信息与巡查人员填写巡查检查表中巡查项的内容进行匹配，根据不同位置、地点类型、问题类型罗列出一些规则特性，把这些规则特性写入到智能合约中，形成智能合约规则，自动生成相应问题单，根据智能合约当中指定的规则，如在A巡查点中，存在管道渗漏，巡查项“是否存在管道渗漏”，巡查人填写内容包含管道渗漏特性的，则视为触发管道维修智能合约机制。
本实施例的电子巡查检查表指的是巡查人员巡检时把现场实际情况记录的电子表格，表格内容根据巡查现场的特性进行定义，电子巡查检查表中包含的巡查项巡查根据巡查点现场的信息进行制定。
本实施例可用于各类型基于C/S、B/S架构，C/S架构类型的巡查系统基于在巡查人员的巡查设备上预装软件作为C端客户端软件，使用服务器后台作为S端服务端；B/S架构类型的巡查系统基于在巡查人员的巡查设备上打开浏览器访问特定的地址作为B端浏览器端并与客户端进行通讯，使用服务器后台作为S端服务端并与浏览器端进行通讯；
实施例2
一种基于区块链的排污管道管理方法，其过程包括：
预设隐患处理方案，触发隐患处理业务，处理完成反馈。
后台巡查管理子系统预先配置系统中的隐患处理方案，根据历史管道维修处理方案，针对管道巡查中的不同问题、地点、类型配置维修人员、维修方案等信息，设置成功后，系统形成智能合约业务逻辑规则。
在区块链网络中对巡查信息中的巡查检查单与预先配置好的智能合约业务逻辑规则进行比对，当有符合智能合约业务逻辑规则的信息在巡查检查单中被上传到区块链网络中后，智能合约自动触发隐患处理业务。
在本实施例中，历史管道维修处理方案指的是管道巡查中发现的问题应该由哪一片区、部门、负责人进行处理。例如当区块链中有巡检检查单上有信息表示A片区B巡查点的管道有接口渗漏情况，则智能合约根据预先配置好的智能合约执行逻辑，将A片区B巡查点的有管道接口渗漏这一信息以及对应的A片区管道维修部门负责人信息推送到Web终端的问题处理模块，并显示为问题报警；
在本实施例中，隐患处理包括：按照智能合约推送到Web端的信息，将对应的问题信息发送给相应的处理部门负责人，发送方式不限于短信、微信、qq、电话以及内部管理系统，当处理部门负责人收到信息并给予收到反馈后，Web端显示该事件处理进度为处理部门确认；处理部门接到隐患信息警情后，根据隐患信息进行处理；每次巡查的隐患信息处理结果验证无误后，问题处理负责人填写问题处理结果单，对问题处理过程以及结果进行记录，记录信息包含发现该问题的巡查检查单唯一编码、问题处理部门、问题处理人员、问题处理时间。填写完毕后将问题处理结果单提交给片区管道管理部门，由片区管道管理部门将其上传到区块链网络中去，隐患信息处理完毕，Web端显示该问题处理完毕。
相应的，本申请还涉及一种基于区块链的城市排污管道管理系统，其包括区域链系统、链外数据库以及接入区域链系统的任务管理全节点和任务执行轻节点；所述任务管理全节点用于将任务单和执行结果信息上传至区块链系统，其中，向区块链系统上传信息的过程包括：采用系统随机生成的随机密钥将待上传信息加密成密文，存入链外数据库；利用哈希算法处理密文得到哈希值，将哈希值和任务单编号上传至区块链系统；将随机密钥通过接收方公钥加密后发送给接收方；所述任务执行轻节点用于通过区块链系统获取任务单，并在任务执行完成后将执行结果信息发送给任务管理全节点；其中，从区块链系统获取信息的过程包括：利用接收方私钥解密出随机密钥；将链外数据库中的密文进行哈希算法处理得到的哈希值与区块链系统中的哈希值进行匹配，读取匹配成功的密文；利用随机密钥解密密文；接收方私钥和接收方公钥为区块链系统在接收方请求接入区块链系统时根据接收方身份信息进行加密算法所形成的。
具体的，该基于区块链的城市排污管道管理系统用于执行上文中的基于区块链的城市排污管道管理方法，其具体细节参考上文介绍，在此不再赘述。
本发明巡查信息采用区块链片区管道管理部门节点的技术方案，片区管道管理部门多节点对巡查记录共同检查确认，实现了对巡查任务信息、巡查检查信息以及巡查问题处理信息的分布式存储，解决了巡查上报后的数据不可信任的技术问题，避免中央服务器带来的数据遭篡改，写入虚假数据以及宕机或损坏带来的数据丢失问题。同时，本发明采用信息上链的技术手段，通过区块链智能合约，解决排污管道只巡查不解决问题、问题处理流程繁琐以及问题处理过程不透明等问题，巡查检查单上的待处理问题信息都能及时发送给管理部门以及处理部门，提高了业务运转效率。在发生重大责任事故时可以在区块链网络中对排污管道历史运维数据进行查询和追溯，明确责任。而且，本发明将巡查数据以及问题处理信息进行处理后分类储存在区块中，并与数据库中数据形成映射关系，既保证数据不可篡改，同时保证区块链容量较小，构建、管理方便。
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 (10)

1.一种基于区块链的城市排污管道管理方法，其特征在于，包括：
任务管理全节点将任务单上传至区块链系统；任务执行轻节点通过区块链系统获取任务单，并在任务执行完成后将执行结果信息发送给任务管理全节点；任务管理全节点将执行结果信息上传至区块链系统；其中，
向区块链系统上传信息的过程包括：
采用区块链系统随机生成的随机密钥将待上传信息加密成密文，存入链外数据库，并将随机密钥和对应的任务单编号存入链外数据库中单独权限分区；利用哈希算法处理密文得到哈希值，将哈希值和任务单编号上传至区块链系统；将随机密钥通过接收方公钥加密后发送给接收方；其中，所述待上传信息包括任务单或执行结果信息；
从区块链系统获取信息的过程包括：
利用接收方私钥解密出随机密钥；将链外数据库中的密文进行哈希算法处理得到的哈希值与区块链系统中的哈希值进行匹配，读取匹配成功的密文；利用随机密钥解密密文；
其中，系统中有权限的用户登陆系统后通过访问单独权限分区并通过任务单编号检索对应密文的随机密钥，利用检索到的随机密钥解密存储在链外数据库中的密文；
其中，接收方私钥和接收方公钥为区块链系统在接收方请求接入区块链系统时根据接收方身份信息进行加密算法所形成的。
2.如权利要求1所述的基于区块链的城市排污管道管理方法，其特征在于，区块链系统中的存储数据结构为merkle树结构，从底层至顶层依次为叶子节点、中间节点和根节点，其中，叶子节点包含数据哈希和编号，中间节点包含表单类型和拼接哈希，所述拼接哈希为与同一表单类型对应的叶子节点中的数据哈希和编号拼接并经过哈希运算而得，根节点包含由中间节点的数据拼接而成并经过哈希运算而得的根哈希；
将哈希值和任务单编号上传至区块链系统的方法包括：
将通过哈希算法处理密文得到哈希值和任务单编号填入叶子节点，并将通过merkle树结构得到的根哈希存入区块链系统。
3.如权利要求1所述的基于区块链的城市排污管道管理方法，其特征在于，任务管理全节点将任务单或执行结果信息上传至区块链系统之前，执行：
任务管理全节点向区块链系统发送请求；
区块链系统将请求转发给水务领导部门客户端；
经水务领导部门确认后，任务管理全节点对任务单或执行结果信息进行数字签名后上传到区块链系统。
4.如权利要求1所述的基于区块链的城市排污管道管理方法，其特征在于，任务管理全节点包括巡检部门全节点和维修部门全节点，任务执行轻节点包括片区巡检员轻节点，任务单包括排污管道巡查任务单，执行结果信息包括巡查信息，其中，
巡检部门全节点将排污管道巡查任务单上传至区块链系统；
片区巡检员轻节点通过区块链系统获取排污管道巡查任务单，确定巡查任务，并在巡查任务结束后，将巡查信息发送给巡检部门全节点；
巡查部门全节点将巡查信息上传至区块链系统；
区块链系统调用巡查任务合规审查智能合约对巡查信息进行合规性审查；若不合规，则向巡检部门全节点发送补充巡查或重新巡查的通知；
若合规，则区块链系统调用隐患判断智能合约对巡查信息进行隐患问题判断，若不存在问题，则流程结束，若存在问题，区块链将智能合约判断出来的问题发送给维修部门全节点。
5.如权利要求4所述的基于区块链的城市排污管道管理方法，其特征在于，设计隐患判断智能合约的方法包括：
对历史数据进行数据挖掘，提取关键因素和关键事件；
通过事故树分析法推算出排污管道故障最小割集和事故可能发生的最短路径；
理清各因素导致事故发生的关联规则，将所述关联规则作为响应规则部署在智能合约之中；
区块链系统调用隐患判断智能合约对巡查信息进行隐患问题判断，包括：
当区块链系统中的巡查信息满足响应规则时，触发智能合约自动生成相应问题清单。
6.如权利要求4所述的基于区块链的城市排污管道管理方法，其特征在于，所述片区巡检员轻节点为移动端APP，片区巡检员轻节点解密巡查任务后，移动端APP生成具有巡查点的巡查路线，当GPS定位靠近巡查点时，触发巡查检查表填写任务以提醒巡检员填写相应的巡查检查表。
7.如权利要求4所述的基于区块链的城市排污管道管理方法，其特征在于，所述巡查任务单采取16位编码进行编码，第1-8位表示巡查时间，第9-11位表示巡查区域，第12-14位表示巡查人员身份，第15-16位表示表单类型。
8.如权利要求4所述的基于区块链的城市排污管道管理方法，其特征在于，任务执行轻节点还包括片区维修员轻节点，任务单还包括排污管道维修任务单，执行结果信息还包括维修信息，其中；
维修部门全节点将根据接收的问题所制订的排污管道维修任务单上传至区块链系统；
片区维修员轻节点通过区块链系统获取排污管道维修任务单，确定维修任务，并在维修任务结束后，将维修信息发送给维修部门全节点；
维修部门全节点将维修信息上传至区块链系统；
区块链调用维修任务合规审查智能合约对巡查信息进行合规性审查，若合规，则流程结束，若不合规，则向维修部门全节点发送补充维修或重新维修的通知。
9.如权利要求8所述的基于区块链的城市排污管道管理方法，其特征在于，所述维修任务单采取16位编码进行编码，第1-8位表示维修时间，第9-11位表示维修区域，第12-14位表示维修人员身份，第15-16位表示表单类型。
10.一种基于区块链的城市排污管道管理系统，其特征在于，包括区域链系统、链外数据库以及接入区域链系统的任务管理全节点和任务执行轻节点；
所述任务管理全节点用于将任务单和执行结果信息上传至区块链系统，其中，向区块链系统上传信息的过程包括：采用区块链系统随机生成的随机密钥将待上传信息加密成密文，存入链外数据库；利用哈希算法处理密文得到哈希值，将哈希值和任务单编号上传至区块链系统；将随机密钥通过接收方公钥加密后发送给接收方，其中，所述待上传信息包括任务单或执行结果信息；
所述任务执行轻节点用于通过区块链系统获取任务单，并在任务执行完成后将执行结果信息发送给任务管理全节点；其中，从区块链系统获取信息的过程包括：利用接收方私钥解密出随机密钥；将链外数据库中的密文进行哈希算法处理得到的哈希值与区块链系统中的哈希值进行匹配，读取匹配成功的密文；利用随机密钥解密密文；接收方私钥和接收方公钥为区块链系统在接收方请求接入区块链系统时根据接收方身份信息进行加密算法所形成的。
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