CN117998316A - 一种基于区块链的排水监控系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于区块链的排水监控系统及方法，涉及排水监控技术领域，排水监控系统包括若干区块链节点服务器以及与区块链节点服务器连接的显示模块、报警模块和若干数据采集传感器，数据采集传感器采集水质参数，并将水质参数数据上传至区块链节点服务器，区块链节点服务器通过序列号表来验证数据采集传感器真伪，从而判断数据的真实性，区块链节点服务器将真实的采集水质参数发给其他区块链节点服务器以及发给显示模块显示，报警模块对超过阈值的水质参数数据进行报警。本发明能够去中心化管理数据采集传感器采集的水质参数数据，使得水质参数数据不可篡改、全程留痕、可以追溯、集体维护以及公开透明。

Description

一种基于区块链的排水监控系统及方法

技术领域

本发明涉及排水监控技术领域，特别涉及一种基于区块链的排水监控系统及方法。

背景技术

现有的排水监控系统一般包括控制总端、若干子控制端以及若干管道数据检测单元，管道数据检测单元对管道水或河道水的多种水质参数进行采集，每个子控制端控制若干管道数据检测单元，控制总端控制若干子控制端，管道数据检测单元采集的数据存储于子控制端。

例如，某一个市级城市（控制总端）中，该市级城市下划分若干个镇级行政区域（若干子控制端），每个镇级行政区域内的某个部门负责管理辖区内的污水管道，或某个部门将污水管道处理业务外包给私人企业就行管理，由于部门与部门之间、私人企业与私人企业之间具有独立的处理污水管辖权，单个部门的信息是独立闭环的，可自由对污水管道的水质信息进行控制，因而会出现信息被修改或者水质采集的信息不够准确。

因此，现有的排水监控系统中的子控制端一般是具有独立的控制功能，可以对数据进行更改，具较强的中心化控制能力。

随着区块链技术的发展，可直接将区块链技术应用于城市的排水治水领域中，众所周知，区块链技术具有去中心化、不可篡改、全程留痕、可以追溯、集体维护以及公开透明等作用。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种基于区块链的排水监控系统及方法，能够去中心化管理数据采集传感器采集的水质参数数据，使得水质参数数据不可篡改、全程留痕、可以追溯、集体维护以及公开透明。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种基于区块链的排水监控系统，包括若干区块链节点服务器，每个所述区块链节点服务器连接有显示模块和若干数据采集传感器；

所述区块链节点服务器用于获取每个所述数据采集传感器的序列号，并将序列号形成序列号表；

所述区块链节点服务器还用于确认数据采集传感器的连接：每一个数据采集传感器经过所有区块链节点服务器的确认后，连接区块链节点服务器；

所述数据采集传感器用于采集水质参数数据，并将水质参数数据上传至区块链节点服务器；

所述区块链节点服务器还用于接收所述数据采集传感器采集的水质参数数据，并验证此数据采集传感器的序列号是否存储于序列号表中，若是，则接收数据采集传感器的水质参数数据并将水质参数数据发送给其他区块链节点服务器，否则直接丢弃该数据采集传感器的水质参数数据；

所述显示模块用于对区块链节点服务器接收并确认的水质参数数据进行显示。

进一步的，所述区块链节点服务器还用于：当其中一个区块链节点服务器添加新的数据采集传感器或更换数据采集传感器时，区块链节点服务器获取新的数据采集传感器序列号，新的数据采集传感器序列号经过全体区块链节点服务器确认后，将新的数据采集传感器序列号存储于序列号表中。

进一步的，每个所述数据采集传感器包括与其连接的位置传感器，所述位置传感器用于：数据采集传感器在加入连接区块链节点服务器时，位置传感器将与其连接的数据采集传感器位置信息发给区块链节点服务器，当位置传感器检测到数据采集传感器的位置发生变化且位置变化信息未更新报备时，则将位置信息发给区块链节点服务器，区块链节点服务器判定此数据采集传感器发送的水质参数数据无效；对数据采集传感器的位置进行移动时，位置传感器将新的数据采集传感器位置信息发给区块链节点服务器进行更新报备，数据采集传感器的位置变化信息全体区块链节点服务器一致确认，完成对位置变化信息完成更新报备。

进一步的，所述排水监控系统还包括与所述区块链节点服务器连接的报警模块，所述报警模块用于对超过阈值的水质参数数据进行报警。

本发明另一目的是提供一种基于区块链的排水监控方法，其运用于上述的一种基于区块链的排水监控系统，包括以下步骤：

S1、区块链节点服务器获取所有数据采集传感器的序列号，经全体区块链节点服务器确认后，将序列号存储于序列号表内，全体区块链节点服务器均存储一份相同的序列号表；

S2、数据采集传感器采集水质参数数据，并将水质参数数据上传至与其连接的区块链节点服务器，区块链节点服务器获取此数据采集传感器序列号，并确认此数据采集传感器序列号是否已存储于序列号表内；若此数据采集传感器序列号并非已存储于序列号表内，则丢弃此数据采集传感器周期性上传的水质参数数据；若此数据采集传感器序列号已存储于序列号表内，则将水质参数数据发给显示模块进行显示，并将水质参数数据发给其他区块链节点服务器，其他区块链节点服务器存储水质参数数据，且每个区块链节点服务器将接收到的水质参数数据发给与其连接的显示模块进行显示。

进一步的，所述步骤S2还包括：

对每个数据采集传感器添加位置传感器，位置传感器与数据采集传感器连接，数据采集传感器在加入连接区块链节点服务器时，位置传感器需要将与其连接的数据采集传感器位置信息发给区块链节点服务器；当位置传感器检测到数据采集传感器的位置发生变化且位置变化信息未更新报备时，则将位置变化信息发给区块链节点服务器，区块链节点服务器判定此数据采集传感器发送的水质参数数据无效；当需要对数据采集传感器的位置进行移动时，位置传感器需要将新的数据采集传感器位置信息发给区块链节点服务器进行更新报备，数据采集传感器的位置变化信息需要全体区块链节点服务器一致确认，才能够对位置变化信息进行更新报备。

进一步的，所述一种基于区块链的排水监控方法还包括步骤S3：当其中一个区块链节点服务器需要添加新的数据采集传感器或更换新的数据采集传感器时，获取新的数据采集传感器序列号，并经过全体区块链节点服务器确认后，将新的数据采集传感器序列号存储于序列号表中

进一步的，所述一种基于区块链的排水监控方法还包括步骤S4：当数据采集传感器采集的水质参数数据超过阈值时，全体区块链节点服务器的报警模块对超过阈值的水质参数数据进行报警。

采用上述技术方案后，本发明至少具有如下有益效果：本发明通过对各个数据采集传感器的序列号形成序列号表，并判断上传水质参数数据的数据采集传感器的序列号是否存在于序列号表内，可有效防止伪装的数据采集传感器上传一些假的水质参数数据，大大增强了水质参数数据的真实性；本发明对新增的数据采集传感器需要全体区块链节点服务器确认才可以使用，避免了单个区块链节点服务器通过增加数据采集传感器来上传伪装的水质参数数据；本发明通过设置位置传感器，避免了人为移动数据采集传感器，并上传伪装的水质参数数据，保障了采集的水质参数数据的真实性；本发明的排水监控系统使用多重方式来保障水质参数数据的真实性，而且采集的水质参数数据采用区块链技术，达到去中心化作用，任何节点在数据上传过程中都无法对数据进行篡改，具有全程留痕、可以追溯、集体维护以及公开透明等作用；本发明的排水监控系统采集的水质参数数据，全程都没有通过人为的操控，不允许人为修改以及删除，保证了数据的真实性。

附图说明

图1为本发明提供的基于区块链的排水监控系统的结构示意图。

图2为本发明提供的基于区块链的排水监控方法的步骤流程图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互结合，下面结合附图和具体实施例对本申请作进一步详细说明。

实施例一，如图1所示，本实施例公开一种基于区块链的排水监控系统，包括若干区块链节点服务器1，区块链节点服务器1之间相互连接。优选的，本实施例的区块链节点服务器1之间P2P协议进行连接。

在区块链中，节点之间的连接通常使用P2P协议进行。P2P（点对点）协议是一种分布式计算架构，它允许节点之间相互连接、通信和共享资源。P2P协议是区块链技术的基础，它使得区块链网络具有去中心化、高效、安全等特性。

对于本实施例区块链节点服务器1，可以为不同行政中心的管理控制服务器，例如一个市级里各个镇的行政中心的管理控制服务器，也可以为不同行政部门的管理控制服务器，例如水利局、林业局、市政环卫部门、生态环保部门等等各级各类处理相关污水的行政部门，还可以是不同的污水处理企业的管理控制服务器。由此可见，现有技术中，对于污水排水治水的管理机构，由各种各样的行政部门或企业管理，在管理过程中复杂且不可控，各个部门或企业都能够独立控制着污水排水治水的数据，在数据汇总时，会存在数据失真情况。因此，需要对各个管理控制服务器采用区块链技术汇总。区块链技术具有去中心化、不可篡改、全程留痕、可以追溯、集体维护以及公开透明等作用。

如图1所示，所述排水监控系统还包括包括显示模块2、报警模块3以及若干数据采集传感器4，每个区块链节点服务器1均连接一个显示模块2、一个报警模块3和若干个数据采集传感器4，所述数据采集传感器4为流向检测传感器、水温检测传感器、电导率检测传感器、TDS检测传感器、盐度检测传感器、水压检测传感器以及氨氮传感器中的一种或多种。

所述数据采集传感器4用于采集各河道、地下污水管道、湖泊、水塘等污水的各种水质参数，并将水质参数数据上传至区块链节点服务器1；流向检测传感器检测水体的流动方向数据，水温检测传感器检测水体的温度数据，电导率检测传感器检测水体的电导率数据，TDS检测传感器检测水体的TDS数据，盐度检测传感器检测水体的盐度数据，水压检测传感器检测水体的压力，氨氮传感器12检测水体的氨氮数值数据；

所述区块链节点服务器1用于将水质参数数据存储于区块链数据链的尾部，并将在水质参数数据发送给其他区块链节点服务器1；所述数据采集传感器4会周期性地对采集水质参数，例如可以间隔十五分钟采集一次，或者一个小时采集一次，或者六个小时采集一次，又或者十二小时采集一次等等，具体的间隔时间需要根据实际的水道进行设计；例如，工厂的排污管道需要间隔很短的时间（一分钟）采集一次，防止工厂在不检测的时间段内偷排污水，城市湖泊的可以24小时检测一次，湖泊的水相对静止，水污染变动幅度较短，采集时间设置大一点的跨度；

数据采集传感器4每采集一次水质参数数据，区块链节点服务器1就需要将水质参数数据存储于区块链数据链的尾部，并将水质参数数据发送给其他区块链节点服务器1；由于数据采集传感器4采集上来的数据通过区块链技术后，采集的数据不允许篡改、删除、变更，并且数据丢失机会很难发生，因为所有的历史水质参数数据均存储于区块链数据链中，并且每个区块链节点服务器1均存储一份，若其中一个获多个区块链节点服务器1发生故障使得数据丢失，剩下的区块链节点服务器1都能够完整地保留所有数据，而水质参数数据在各个区块链节点服务器1均可公开查看，数据具有追溯功能；

所述显示模块2用于对水质参数数据进行显示，水质参数数据每更新一次，显示模块2就会对更新的水质参数数据进行显示。

对于数据采集传感器4，在最开始组建排水监控系统，需要获取每个数据采集传感器4的序列号并形成序列号表，而每一个数据采集传感器4必须经过所有区块链节点服务器1的确认才可以连接区块链节点服务器1并使用，例如；某一个数据采集传感器4在初始连接区块链节点服务器1时，与其直接连接的区块链节点服务器1将此数据采集传感器4的序列号发给其他区块链节点服务器1，同时所有区块链节点服务器1均接收“确认加入排水监控系统”的用户指令或“拒绝加入排水监控系统”的用户指令，只有在所有区块链节点服务器1接收的用户指令均为“确认加入排水监控系统”时，即数据采集传感器4通过了所有区块链节点服务器1的确认，此数据采集传感器4才会加入至排水监控系统并正常使用；

序列号表均发给每个区块链节点服务器1进行存储，由于数据采集传感器4的序列号是唯一的，数据采集传感器4上传水质参数数据给区块链节点服务器1时，区块链节点服务器1需要对上传水质参数数据的数据采集传感器4进行验证，验证此数据采集传感器4的序列号是否存储于序列号表中，若是，则接收数据采集传感器4的水质参数数据，否则直接丢弃该数据采集传感器4的水质参数数据；本实施通过设置序列号表，有效防止了伪装的数据采集传感器4上传的水质参数数据，使得最终显示的水质参数数据更具真实性。

当其中一个区块链节点服务器1需要添加新的数据采集传感器4或更换数据采集传感器4时，获取新的数据采集传感器4序列号，并经过全体区块链节点服务器1确认后，才可以将新的数据采集传感器4序列号存储于序列号表中，区块链节点服务器1将被更换的旧数据采集传感器4序列号从序列号表中删除，例如：新的数据采集传感器4加入时，与其直接连接的区块链节点服务器1将新的数据采集传感器4序列号发给其他区块链节点服务器1，同时所有区块链节点服务器1均接收“确认新序列号加入”的用户指令或“拒绝新序列号加入”的用户指令，只有在所有区块链节点服务器1接收的用户指令均为“确认新序列号加入”时，则新的数据采集传感器4序列号才会存储于序列号表中，同时新的数据采集传感器4加入至排水监控系统并正常使用。本实施例序列号表在添加新序列号时，需全体区块链节点服务器1确认，具备去中心化、集体维护以及公开透明作用。

作为优选的，本实施例为了避免有人将水道中的数据采集传感器4进行移动，被移动的数据采集传感器4可用于检测不属于真实水道内水质；例如，某个工厂的排污管道已经严重污染了，然而该工厂为了不让行政部门检测到排污管道的水质参数数据，故意将排污管道水中的数据采集传感器4移走，并将移走的数据采集传感器4检测合格的水体，来隐瞒真相；本实施例中，将一些有必要的数据采集传感器4连接一个位置传感器5，例如在排污管道口上的数据采集传感器4，这些传感器容易被人发现并移走，因此需要对数据采集传感器4添加一个位置传感器5，而那些在湖底且在湖中央的数据采集传感器4，是人为较难发现且较难移除的就无需添加额外一个位置传感器5，节省成本。本实施对一些（若干）数据采集传感器4或者每个数据采集传感器4添加位置传感器5，位置传感器5与数据采集传感器4连接，数据采集传感器4在加入连接区块链节点服务器1时，位置传感器5需要将与其连接的数据采集传感器4位置信息发给区块链节点服务器1；当位置传感器5检测到数据采集传感器4的位置发生变化且位置变化信息未更新报备时，则将位置信息发给区块链节点服务器1，区块链节点服务器1判定此数据采集传感器4发送的水质参数数据无效；当需要对数据采集传感器4的位置进行移动时，位置传感器5需要将新的数据采集传感器4位置信息发给区块链节点服务器1进行更新报备，数据采集传感器4的位置变化信息需要全体区块链节点服务器1一致确认，才能够对位置变化信息进行更新报备，例如：某一位置传感器5将新的数据采集传感器4位置信息发给区块链节点服务器1，与数据采集传感器4直接连接的区块链节点服务器1将新的数据采集传感器4位置信息发给其他区块链节点服务器1，同时所有区块链节点服务器1均接收“确认位置变化信息”的用户指令或“拒绝位置变化信息”的用户指令，只有在所有区块链节点服务器1接收的用户指令均为“确认位置变化信息”指令时，才能够对数据采集传感器4的位置变化信息完成更新报备。

所述报警模块3用于对超过阈值的水质参数数据进行报警。一般的，区块链节点服务器1会预先设置各种水质参数数据的阈值，具体的水质参数数据阈值是比较常规的技术手段，例如水体的盐度数据、TDS数据和氨氮数值数据，其阈值标准都是比较常规的。

本实施例的数据采集传感器4采集回来的水质参数数据，全程没有通过人为的操控，不允许人为修改以及删除，保证了数据的真实性。

实施例二，如图2所示，本实施例公开一种基于区块链的排水监控方法，其应用于实施例一所述的一种基于区块链的排水监控系统上，包括以下步骤：

S1、区块链节点服务器1获取所有数据采集传感器4的序列号，经全体区块链节点服务器1确认后，将序列号存储于序列号表内，全体区块链节点服务器1均存储一份相同的序列号表；

S2、数据采集传感器4周期性采集水质参数数据，并将水质参数数据上传至与其连接的区块链节点服务器1，区块链节点服务器1获取此数据采集传感器4序列号，并确认此数据采集传感器4序列号是否已存储于序列号表内；若此数据采集传感器4序列号并非已存储于序列号表内，则丢弃此数据采集传感器4周期性上传的水质参数数据；若此数据采集传感器4序列号已存储于序列号表内，则将水质参数数据发给显示模块2进行显示，并将水质参数数据发给其他区块链节点服务器1，其他区块链节点服务器1存储水质参数数据并发给显示模块2进行显示；

对若干数据采集传感器4添加位置传感器5，位置传感器5与数据采集传感器4连接，数据采集传感器4在加入连接区块链节点服务器1时，位置传感器5需要将与其连接的数据采集传感器4位置信息发给区块链节点服务器1；当位置传感器5检测到数据采集传感器4的位置发生变化且位置变化信息未更新报备时，则将位置变化信息发给区块链节点服务器1，区块链节点服务器1判定此数据采集传感器4发送的水质参数数据无效；当需要对数据采集传感器4的位置进行移动时，位置传感器5需要将新的数据采集传感器4位置信息发给区块链节点服务器1进行更新报备，数据采集传感器4的位置变化信息需要全体区块链节点服务器1一致确认，才能够对位置变化信息进行更新报备；

S3、当其中一个区块链节点服务器1需要添加新的数据采集传感器4或更换新的数据采集传感器4时，获取新的数据采集传感器4序列号，并经过全体区块链节点服务器1确认后，才可以将新的数据采集传感器4序列号存储于序列号表中，区块链节点服务器1将被更换的旧数据采集传感器4序列号从序列号表中删除，全体区块链节点服务器1更新序列号表；

S4、当数据采集传感器4采集的水质参数数据超过阈值时，全体区块链节点服务器1的报警模块3对超过阈值的水质参数数据进行报警。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解的是，在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种等效的变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同范围限定。

Claims (8)

1.一种基于区块链的排水监控系统，其特征在于，包括若干区块链节点服务器，每个所述区块链节点服务器连接有显示模块和若干数据采集传感器；

所述区块链节点服务器用于获取每个所述数据采集传感器的序列号，并将序列号形成序列号表；

所述区块链节点服务器还用于确认数据采集传感器的连接：每一个数据采集传感器经过所有区块链节点服务器的确认后，连接区块链节点服务器；

所述数据采集传感器用于采集水质参数数据，并将水质参数数据上传至区块链节点服务器；

所述区块链节点服务器还用于接收所述数据采集传感器采集的水质参数数据，并验证此数据采集传感器的序列号是否存储于序列号表中，若是，则接收数据采集传感器的水质参数数据并将水质参数数据发送给其他区块链节点服务器，否则直接丢弃该数据采集传感器的水质参数数据；

所述显示模块用于对区块链节点服务器接收并确认的水质参数数据进行显示。

2.根据权利要求1所述的一种基于区块链的排水监控系统，其特征在于，所述区块链节点服务器还用于：当其中一个区块链节点服务器添加新的数据采集传感器或更换数据采集传感器时，区块链节点服务器获取新的数据采集传感器序列号，新的数据采集传感器序列号经过全体区块链节点服务器确认后，将新的数据采集传感器序列号存储于序列号表中。

3.根据权利要求2所述的一种基于区块链的排水监控系统，其特征在于，每个所述数据采集传感器包括与其连接的位置传感器，所述位置传感器用于：数据采集传感器在加入连接区块链节点服务器时，位置传感器将与其连接的数据采集传感器位置信息发给区块链节点服务器，当位置传感器检测到数据采集传感器的位置发生变化且位置变化信息未更新报备时，则将位置信息发给区块链节点服务器，区块链节点服务器判定此数据采集传感器发送的水质参数数据无效；对数据采集传感器的位置进行移动时，位置传感器将新的数据采集传感器位置信息发给区块链节点服务器进行更新报备，数据采集传感器的位置变化信息经过全体区块链节点服务器一致确认后，完成对位置变化信息的更新报备。

4.根据权利要求3所述的一种基于区块链的排水监控系统，其特征在于，还包括与所述区块链节点服务器连接的报警模块，所述报警模块用于对超过阈值的水质参数数据进行报警。

5.一种基于区块链的排水监控方法，其运行于权利要求4所述的一种基于区块链的排水监控系统，其特征在于，包括以下步骤：

S1、区块链节点服务器获取所有数据采集传感器的序列号，经全体区块链节点服务器确认后，将序列号存储于序列号表内，全体区块链节点服务器均存储一份相同的序列号表；

S2、数据采集传感器采集水质参数数据，并将水质参数数据上传至与其连接的区块链节点服务器，区块链节点服务器获取此数据采集传感器序列号，并确认此数据采集传感器序列号是否已存储于序列号表内；若此数据采集传感器序列号并非已存储于序列号表内，则丢弃此数据采集传感器周期性上传的水质参数数据；若此数据采集传感器序列号已存储于序列号表内，则将水质参数数据发给显示模块进行显示，并将水质参数数据发给其他区块链节点服务器，其他区块链节点服务器存储水质参数数据，且每个其他区块链节点服务器将接收到的水质参数数据发给与其连接的显示模块进行显示。

6.根据权利要求5所述的一种基于区块链的排水监控方法，其特征在于，所述步骤S2还包括：

对每个数据采集传感器添加位置传感器，位置传感器与数据采集传感器连接，数据采集传感器在加入连接区块链节点服务器时，位置传感器将与其连接的数据采集传感器位置信息发给区块链节点服务器；当位置传感器检测到数据采集传感器的位置发生变化且位置变化信息未更新报备时，则将位置变化信息发给区块链节点服务器，区块链节点服务器判定此数据采集传感器发送的水质参数数据无效；对数据采集传感器的位置进行移动时，位置传感器将新的数据采集传感器位置信息发给区块链节点服务器进行更新报备，数据采集传感器的位置变化信息经过全体区块链节点服务器一致确认，完成对位置变化信息的更新报备。

7.根据权利要求5所述的一种基于区块链的排水监控方法，其特征在于，还包括步骤S3：当其中一个区块链节点服务器添加新的数据采集传感器或更换新的数据采集传感器时，获取新的数据采集传感器序列号，并经过全体区块链节点服务器确认后，将新的数据采集传感器序列号存储于序列号表中。

8.根据权利要求7所述的一种基于区块链的排水监控方法，其特征在于，还包括步骤S4：当数据采集传感器采集的水质参数数据超过阈值时，全体区块链节点服务器的报警模块对超过阈值的水质参数数据进行报警。