CN116415916A - 一种基于区块链和工业互联网融合的矿山信息管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于区块链和工业互联网融合的矿山信息管理系统，属于煤矿信息化管理技术领域；解决了煤矿行业数据冗杂、数据量大且数据安全管理的问题；自底向上分别为支撑层、数据层、应用层和监管层，其中支撑层通过底层技术提供各种服务；数据层包括数据获取、数据管理、数据存储三部分，数据管理是将获得的数据进行数字确权和标识解析，数字确权包括对数据的分类和数据所有者的归属工作，标识解析体系通过标识采集、标识注册和标识解析的过程为各设备进行唯一标识，数据存储是对煤矿生产管理中获取的数据进行链上链下存储；应用层面向使用者提供具体的业务逻辑应用；监管层用于对主链、子链进行监测工作；本发明应用于矿山信息管理。

Description

一种基于区块链和工业互联网融合的矿山信息管理系统

技术领域

本发明提供了一种基于区块链和工业互联网融合的矿山信息管理系统，属于煤矿信息化管理技术领域。

背景技术

目前已将工业互联网和区块链都纳入了新型信息基础设施。其中，工业互联网以数字驱动为核心，数字经济是全球未来的发展方向，对于煤矿产业一直存在设备多、不兼容和共享难的问题，工业互联网能够为煤矿产业构建智能协同的生产管理决策体系，从而形成煤矿行业新型生态体系；同时，区块链以其去中心化、可溯源和难以篡改的特点应用于许多安全领域，工业互联网的发展伴随着海量的信息，必将产生信息安全等问题，而区块链技术针对数字资产的管理、设备信息的溯源和各类信息的安全等都有着较好的解决方案，因此链网协同能够更好的适应大数据时代，为煤矿产业赋能，提高煤矿产业生产经营管理的效率。

目前已经有提出将区块链和工业互联网结合应用在煤矿管理上的技术方案，如申请号为202210952542.3的专利一种基于区块链的矿山物联网数据管理系统和方法，公开了该系统包括：记忆传输发起节点，用于发起记忆传输请求；可信节点，用于根据记忆传输请求，发送记忆传输数据；第一记忆传输接收节点，用于接收记忆传输数据，并根据记忆传输数据执行操作指令，生成记忆执行数据，并广播记忆执行数据；可信节点，还用于根据记忆执行数据，更新记忆传输记录数据；第二记忆传输接收节点，用于记录、存储、查询记忆传输数据。本申请能够支持对记忆传输数据的记录、存储和查询，可以满足控制类数据对隐私安全和可溯源性的要求。上述技术方案虽然结合了区块链和矿山物联网，但是上述技术方案主要解决了煤矿不同类型数据难以传输和数据安全的问题，对于整个矿山管理系统数据确权和融合部分并没有给出具体的技术方案，还是无法真正实现煤矿中的链网协同。

发明内容

本发明为了解决煤矿行业数据冗杂、数据量大且数据安全管理的问题，提出了一种基于区块链和工业互联网融合的矿山信息管理系统。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种基于区块链和工业互联网融合的矿山信息管理系统，自底向上分别为支撑层、数据层、应用层和监管层，其中支撑层通过底层技术提供各种服务，包括智能合约的开发、合约引擎、隐私保护机制、跨链操作、主子链管理、账户体系构建、网络保障构建；

所述数据层包括数据获取、数据管理、数据存储三部分，其中数据获取部分用于实现煤矿行业各类数据的获取，并配备了数据获取设备，数据管理部分是将数据获取部分获得的数据进行数字确权和标识解析，数字确权包括对数据的分类和数据所有者的归属工作，标识解析体系通过标识采集、标识注册和标识解析的过程为各设备进行唯一标识，数据存储部分是对煤矿生产管理中获取的数据进行链下、链上存储，使用区块链网络，将图片、视频和音频文件在链下存储；将关键的节点信息、用户信息、子链信息以及相应存储内容的哈希值上链；

所述应用层面向使用者提供具体的业务逻辑应用，包括链群管理、合约管理、用户管理、共识管理四部分；

所述监管层用于对主链、子链进行监测工作，包括区块链的节点监测、链群监测、业务审核和故障报警部分。

所述标识解析用于对煤矿工业互联网中的设备、人员和物料进行全生命周期管理，整合煤矿上下游企业的资源，通过工业互联网标识解析体系为煤矿系统中的每个设备提供唯一标识码。

所述数据确权用于煤矿产业中数据交易的权属确认，针对不同类型的数据分为个人数据、企业数据和公共数据等，其中个人数据涵盖煤矿工人的个人信息资料，企业数据包括煤矿企业在工作过程中产生的安全生产数据集合，公共数据包括可向各主体公开的煤矿数据；不同级别的主体，会产生不同的数据访问权限；

采用区块链技术实现对应的数字确权，首先需要对获取的各类数据进行分类和权限归属；数字资产分配给各主体的权限所有者，交易申请者在交易过程中提出交易申请，对应的产权所有者进行身份验证和确权交易，然后进行交易；最终，对应数据的所有权会发生变更并保存到区块链上，从而完成交易。

所述监管层构建有区块链安全监管体系，所述区块链安全监管体系基于工业互联网建立，并通过智能合约实现多个体的监管体系，其中多个体包括工人个体、政府机构、煤矿企业、监管部门、社会组织。

所述矿山信息管理系统基于链网融合构建，建立行业节点、集团节点和矿级节点，建立以行业节点为主体的主链和以矿级节点为主体的子链。

将行业节点作为面向集团节点的许可账户，集团节点作为面向矿级节点的许可账户，矿级节点作为面向各具体煤矿终端的许可账户；

顶层的主链由行业节点构成，行业节点负责主链的运维，提供并下发标识管理、公共数据和法定资产数字化资产，使数据成为资产，同时还包括监管节点，监管节点也属于超级节点，具备体系监管和应急响应的作用；

集团节点是连接主链和子链的关键，同时监管和治理多条子链，建立多条矿级节点构成的子链，集团节点中包含跨链互通、新型标识资源、数据存证、数据溯源、数据共享、隐私保护和隐私计算能力功能，通过管理主链下发的公共标识和资产进行资源整合和统一监管，监管和治理子链；

矿级节点是子链的主体，用来承载各个煤矿具体的业务，但不参与大局共识。

本发明相对于现有技术具备的有益效果为：本发明通过在煤矿产业将工业互联网和区块链技术进行融合，构建矿山信息管理系统，实现标识解析、数字确权、多主体安监管理等效果，给出煤矿产业链网协同系统的构建模型和方法，促进产业数字转型，以更好的适应大数据时代战略，提高产业效率。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步说明：

图1为本发明系统中构建的煤矿标识解析体系应用示意图；

图2为本发明系统中构建的煤矿产业数字确权示意图；

图3为本发明系统中构建的煤矿多主体安监体系示意图；

图4为本发明系统中构建的煤矿产业链网协同架构图；

图5为本发明系统中构建的煤矿链网融合架构图；

图6为本发明系统中构建的煤矿链网协同数据存储结构图。

具体实施方式

如图1至图6所示，本发明提出了一种基于区块链和工业互联网融合的矿山信息管理系统，主要做出了以下几点改进：

（1）标识解析：采用目前已有的标识解析架构包括基于DNS改良路径的Ecode、OID等，革新路径的UID、Handle等。对于煤矿海量设备信息，首先进行煤矿行业上下游企业的资源整合，包括供应商、生产商和购买商，然后通过工业互联网标识解析体系，申请注册标识信息，为煤矿中的每一台设备提供唯一的标识码，以保证平台或者相关工作人员能够方便对其接口、参数等相关信息进行查询，进而将标识信息资源在供应链中进行数据的关联和共享，通过售后信息反馈给上下游企业，优化相关企业资源，从而有效实现煤矿产业设备追溯、协同设计、供应链管理和远程运维，如图1所示。

标识解析技术在煤矿工业互联网中扮演着重要的角色，它负责设备、人员和物料的全生命周期管理，是实现数据互操作和挖掘海量数据的基础，为实现智能矿山提供必要条件。

（2）数据确权：在煤矿产业中，数据交易可简化为通过对获取的各类数据进行分类和权限归属，将数字资产分类给各主体的权限所有者，交易过程中交易申请者提出交易申请，相对应的产权所有者进行身份验证和确权交易，之后进行交易，最终会使对应数据的所有权进行变更并保存到区块链上，从而完成交易，如图2所示。

数据确权是为了在产权归属方面给予法律确认，针对不同类型的数据可以将其分为个人数据、企业数据和公共数据等。个人数据涵盖煤矿工人的个人信息资料等，企业数据则包括煤矿企业在工作过程中产生的安全生产数据集合，而公共数据则包括可向各主体公开的煤矿数据。其次，不同级别的主体，如矿级、集团级和行业级，会产生不同的数据访问权限。区块链技术可以实现对应的数字确权，提供煤矿企业的价值保障，并促进煤矿产业中大规模数据的可信价值流通。

（3）多主体安全监管体系：在工业互联网的基础上构建区块链安全监管体系，对工人个体、政府机构和煤矿企业等多方面的主体通过智能合约实现多个体的煤矿安全生产监管体系，如图3所示。

针对煤矿行业存在的监管问题，如执法重复、数据可靠性低和监管主体单一等问题，可以通过构建区块链安全监管体系来解决。这个监管体系可以基于工业互联网建立，并通过智能合约实现多个体的监管体系，包括工人个体、政府机构和煤矿企业等多方面的主体。相比于之前的单一煤矿监管部门监管，多主体安监体系可以让工人、煤矿企业、监管部门和社会组织都可以参与其中，实现信息共享和协同共治，从而提高监管的智慧化和效率。通过区块链安全监管体系，可以实现信息真实可靠、数据公开透明、智慧监管和信息溯源，从而大大提高煤矿安全监管水平，促进煤矿安全生产。

（4）链网融合：根据煤矿产业现况，由于多主体监管和流动节点多的原因，将区块链设计为许可公有链，使信息能够跨链传输与确认，以此弥补公有链和联盟链的不足。星火链网运用区块链技术解决了工业互联网标识和数字化转型中的"价值落地"问题。为了在煤矿行业中实现这一目标，建立了行业节点、集团节点和矿级节点，分别对应行业级、集团级和矿级这三个等级。在逻辑上，行业节点为主体的主链和矿级节点为主体的子链相互关联。在煤矿产业数字化转型的过程中，星火链网将区块链与工业互联网相融合，提出了解决当前问题的方案，包括解决数据可信度和系统可靠性的问题，建立信任体系，确保数据价值，并稳步向新基建的方向前进。

因此将行业节点作为面向集团节点的许可账户，集团节点作为面向矿级节点的许可账户，矿级节点作为面向各具体煤矿终端的许可账户。顶层的主链由行业节点构成，行业节点负责主链的运维，提供并下发标识管理、公共数据和法定资产等数字化资产，使数据成为资产，同时还包括监管节点，监管节点也属于超级节点，但具备一些体系监管和应急响应的效果，行业节点通常在省级单位部署，他们共同推动煤矿数字转型，进而面向煤矿行业设计、运维服务、上下游产业链、政府监管等方面提供服务，实现工业互联网云端的服务与管理；集团节点是连接主链和子链的关键，类似群主的角色，对地方和区域各煤矿单位进行“拉群”工作，同时监管和治理多条子链，建立多条矿级节点构成的子链，集团节点通常在地市单位部署，集团节点中包含跨链互通、新型标识资源、数据存证、数据溯源、数据共享、隐私保护和隐私计算能力等功能，通过管理主链下发的公共标识和资产进行资源整合和统一监管，监管和治理子链，对上通信，扩大主链规则运用范围，对下整合，充分发挥产业优势，推动煤矿区块链新基建的大规模落地；子链的主体是矿级节点，用来承载各个煤矿集体的业务，但不参与大举共识，如图4所示。

综上所述，建立具体的矿山链网协同的信息系统，如图5所示。自底向上分别是支撑层、数据层、应用层和监管层。其中，支撑层属于底层技术支撑，包括为智能合约的开发提供合约引擎、制定可靠的隐私保护机制以及跨链操作、主子链的管理、账户体系的构建等，为整体架构提供良好的底层服务；数据层是架构最核心的一层，包括三个层面的功能，数据获取、数据管理和数据存储，数据获取是实现煤矿行业各类数据的获取，包括人员信息、设备信息、企业机构信息等，同时还包括了一些数据获取设备，例如RFID和传感器等；数据管理是将感知层获得的数据进行数字确权和标识注册的操作，数字确权包括对数据的分类和数据所有者的归属工作，标识解析体系主要通过标识采集、标识注册和标识解析这样的过程为各设备进行唯一标识，以达到设备溯源、数据共享等效果；数据存储是对煤矿生产管理中的获取的数据进行链上链下存储，将关键的节点信息、用户信息、子链信息等上链，使用区块链网络，同时将图片、视频和音频等大文件在链下存储，使用分布式存储，实现数据资产的管理；应用层面向使用者提供具体的业务逻辑应用，例如链群的管理，进行加入主链、子链、创建子链的操作，对煤矿相关业务的智能合约的编写部署，各类用户进行身份权限的管理以及共识投票的一些具体操作等等；监管层则是对于主链子链进行监测工作，包括对于各节点的监测、链群监测以及一些业务的审核、对于故障的诊断和报警措施等。通过这样的部署，能够实现煤矿产业的新型生产管理体系，加快煤矿产业的数字化转型。各个煤矿矿级单位可以通过申请加入子链的操作，将矿级各类数据在链网协同的体系上进行保存，集团节点进行子链的管理和行业节点统一标准和资源支撑。在矿级单位中，申请加入集团节点创建的子链，通过后形成矿级节点，将煤矿中的各类数据进行收集，通过将数据整理到矿山信息管理平台中，平台通过加密操作将有用的信息上传至IPFS（InterPlanetary FileSystem星际文件系统），返回给散列地址，平台对其加密广播到区块链，并返回事务标识，这样用户根据权限可以直接通过平台进行查询溯源操作，也可通过区块链进行验证操作，如图6所示。有了这样的数据基础，集团节点可以对子链进行管理，整合矿级资源，同理，行业节点可以对煤矿各集团资源进行整合，从行业层面提高生产供应效率，实现煤矿行业的高效协同工作。

本发明主要包括标识解析、数据确权、多主体安监体系和链网融合四个模块的改进，标识解析通过已有的标准和解析架构与矿山结合实现海量设备管理；数据确权通过数据分类提高数据效益，保证数据安全；多主体安监体系通过多主体信息共享和协同共治提高安监水平；链网融合通过构建行业级、集团级和矿级节点，通过将区块链融合工业互联网，实现矿山数据互联互通解决信息孤岛问题。最后上述四个模块功能给出基于区块链和工业互联网融合的矿山信息管理系统的具体架构，包括支撑层、数据层、应用层和监管层。支撑层提供底层技术支撑；数据层实现各类数据的获取、管理和存储；应用层提供具体的业务逻辑应用；监管层完成监测功能。与现有技术相比较，本发明通过在煤矿产业将工业互联网和区块链技术进行融合，实现标识解析、数字确权、多主体安监管理和煤矿产业链网协同等，促进产业数字转型，以更好的适应大数据时代战略，提高产业效率。

关于本发明具体结构需要说明的是，本发明采用的各部件模块相互之间的连接关系是确定的、可实现的，除实施例中特殊说明的以外，其特定的连接关系可以带来相应的技术效果，并基于不依赖相应软件程序执行的前提下，解决本发明提出的技术问题，本发明中出现的部件、模块、具体元器件的型号、相互间连接方式以及，由上述技术特征带来的常规使用方法、可预期技术效果，除具体说明的以外，均属于本领域技术人员在申请日前可以获取到的专利、期刊论文、技术手册、技术词典、教科书中已公开内容，或属于本领域常规技术、公知常识等现有技术，无需赘述，使得本案提供的技术方案是清楚、完整、可实现的，并能根据该技术手段重现或获得相应的实体产品。

需要说明的是，本申请所涉及的用户信息（包括但不限于用户设备信息、用户个人信息等）和数据（包括但不限于用于分析的数据、存储的数据、展示的数据等），均为经用户授权或者经过各方充分授权的信息和数据，且相关数据的收集、使用和处理需要遵守相关国家和地区的相关法律法规和标准。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (6)

1.一种基于区块链和工业互联网融合的矿山信息管理系统，其特征在于：自底向上分别为支撑层、数据层、应用层和监管层，其中支撑层通过底层技术提供各种服务，包括智能合约的开发、合约引擎、隐私保护机制、跨链操作、主子链管理、账户体系构建、网络保障构建；

所述数据层包括数据获取、数据管理、数据存储三部分，其中数据获取部分用于实现煤矿行业各类数据的获取，并配备了数据获取设备，数据管理部分是将数据获取部分获得的数据进行数字确权和标识解析，数字确权包括对数据的分类和数据所有者的归属工作，标识解析体系通过标识采集、标识注册和标识解析的过程为各设备进行唯一标识，数据存储部分是对煤矿生产管理中获取的数据进行链下、链上存储，使用区块链网络，将图片、视频和音频文件在链下存储；将关键的节点信息、用户信息、子链信息以及相应存储内容的哈希值上链；

所述应用层面向使用者提供具体的业务逻辑应用，包括链群管理、合约管理、用户管理、共识管理四部分；

所述监管层用于对主链、子链进行监测工作，包括区块链的节点监测、链群监测、业务审核和故障报警部分。

2.根据权利要求1所述的一种基于区块链和工业互联网融合的矿山信息管理系统，其特征在于：所述标识解析用于对煤矿工业互联网中的设备、人员和物料进行全生命周期管理，整合煤矿上下游企业的资源，通过工业互联网标识解析体系为煤矿系统中的每个设备提供唯一标识码。

3.根据权利要求1所述的一种基于区块链和工业互联网融合的矿山信息管理系统，其特征在于：所述数据确权用于煤矿产业中数据交易的权属确认，针对不同类型的数据分为个人数据、企业数据和公共数据等，其中个人数据涵盖煤矿工人的个人信息资料，企业数据包括煤矿企业在工作过程中产生的安全生产数据集合，公共数据包括可向各主体公开的煤矿数据；不同级别的主体，会产生不同的数据访问权限；

采用区块链技术实现对应的数字确权，首先需要对获取的各类数据进行分类和权限归属；数字资产分配给各主体的权限所有者，交易申请者在交易过程中提出交易申请，对应的产权所有者进行身份验证和确权交易，然后进行交易；最终，对应数据的所有权会发生变更并保存到区块链上，从而完成交易。

4.根据权利要求1所述的一种基于区块链和工业互联网融合的矿山信息管理系统，其特征在于：所述监管层构建有区块链安全监管体系，所述区块链安全监管体系基于工业互联网建立，并通过智能合约实现多个体的监管体系，其中多个体包括工人个体、政府机构、煤矿企业、监管部门、社会组织。

5.根据权利要求1所述的一种基于区块链和工业互联网融合的矿山信息管理系统，其特征在于：所述矿山信息管理系统基于链网融合构建，建立行业节点、集团节点和矿级节点，建立以行业节点为主体的主链和以矿级节点为主体的子链。

6.根据权利要求5所述的一种基于区块链和工业互联网融合的矿山信息管理系统，其特征在于：将行业节点作为面向集团节点的许可账户，集团节点作为面向矿级节点的许可账户，矿级节点作为面向各具体煤矿终端的许可账户；

顶层的主链由行业节点构成，行业节点负责主链的运维，提供并下发标识管理、公共数据和法定资产数字化资产，使数据成为资产，同时还包括监管节点，监管节点也属于超级节点，具备体系监管和应急响应的作用；

集团节点是连接主链和子链的关键，同时监管和治理多条子链，建立多条矿级节点构成的子链，集团节点中包含跨链互通、新型标识资源、数据存证、数据溯源、数据共享、隐私保护和隐私计算能力功能，通过管理主链下发的公共标识和资产进行资源整合和统一监管，监管和治理子链；

矿级节点是子链的主体，用来承载各个煤矿具体的业务，但不参与大局共识。

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