CN212086236U - 基于区块链的环境监测数据采集处理系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于区块链的环境监测数据采集处理系统，为了解决现有环境监测数据易丢失易篡改的问题，提供一种区块链的环境监测数据采集处理系统，具体包括环境数据采集设备、区块链数据采集加密设备、区块链网络、云端服务器以及业务端；所述环境数据采集设备与区块链数据采集加密设备通信连接，所述区块链数据采集加密设备与区块链网络和云端服务器通信连接，所述云端服务器与区块链网络以及业务端通信连接。

Description

基于区块链的环境监测数据采集处理系统

【技术领域】

本实用新型属于环境监测领域，具体涉及一种环境数据处理和传输更安全可靠的基于区块链的环境监测数据采集处理系统。

【背景技术】

随着社会的发展，对环境监测数据的需求在不断扩大。现有技术通常是将环境探测仪检测到的环境数据传输给环境管理部门的数据平台进行接收和处理，然后再公布最终的环境数据。在该过程中，环境数据的传输和处理环节因为得不到有效的监控和管理，其数据容易丢失或被篡改，导致其有效性得不到保证。

【实用新型内容】

本实用新型的目的在于提供一种基于区块链的环境监测数据采集处理系统，包括环境数据采集设备、区块链数据采集加密设备、区块链网络、云端服务器以及业务端；所述环保数据采集设备与区块链数据采集加密设备通信连接，所述区块链数据采集加密设备与区块链网络和云端服务器通信连接，所述云端服务器与区块链网络以及业务端通信连接；所述区块链数据采集加密设备用于将收到的环境原始数据转化为摘要发送给区块链网络上链，同时，对原始数据进行签名和加密后发送给云端服务器；所述云端服务器对签名加密数据进行解密和身份验证并对数据进一步处理后发送给业务端，同时将对数据进一步处理的过程数据发送给区块链网络上链。利用区块链上数据不可更改，源头可追踪来对检测到的原始环境数据摘要进行保存，从而避免了数据丢失或者被篡改，同时数据修改记录也全部被记录，避免被恶意篡改作假，提高了安全可靠性。

进一步地，所述环境数据采集设备包括河道视频监控器、河道水质检测器、闸泵站开关监控器以及水文监控系统。

进一步地，所述区块链数据采集加密设备包括电源模块、数据采集模块、协议转换模块、主机模块以及通信接口模块，其中，数据采集模块与协议转换模块通过RS485端口联通，协议转换模块与主机模块通过RJ45端口联通，主机模块与通信接口模块可通过RJ45端口或者WIFI联通。

进一步地，云端服务器包括计算模块、存储模块、响应模块、查询模块、比对模块、验证模块以及上链模块，验证模块、存储模块、查询模块、比对模块、上链模块与计算模块通信连接，计算模块、验证模块、响应模块与存储模块通信连接。

计算模块作为服务器的核心部件，用于对数据进行计算处理，包括密钥解密计算以及数据摘要计算等。

存储模块存放采集的数据，用于后续数据打包上链，同时对业务端请求访问的数据进行存储。

响应模块响应业务端用户的数据请求，调用存储模块数据，将实时或非实时数据发送给业务端。

查询模块和比对模块，当用户对从云端服务器所获得的数据有争议时，由所述计算模块通过摘要算法计算出该争议数据摘要，并通过查询模块向区块链网络查询当时所存证的该争议数据摘要，再基于所述比对模块将两个摘要作比对，如一致就说明发送给业务端用户的数据没被篡改，真实可靠。

验证模块用于解密区块链数据采集加密设备发送的加密数据与签名数据，通过私钥与公钥解密验证数据传输过程中没被篡改，保证数据安全可靠。

上链模块与存储模块和计算模块配合，将存储数据分块打包，然后按设定频次上传到所述区块链网络，实现数据存证功能。

进一步地，存储模块包括通信连接的数据分析子模块、数据集成子模块、数据交换子模块以及记录子模块，所述数据分析子模块可剔除监测数据异常值，对不合理数据进行筛查和纠正，所述数据集成子模块对数据分析子模块传送的监测数据按照特定区域或特定对象或特定时间段进行汇总并传送给数据交换子模块,所述数据交换子模块用于与响应模块进行数据交换，记录子模块用于对数据处理过程进行记录并传送给计算机模块以计算数据摘要以备上链。普通的云端服务器并没有针对异常数据进行处理导致收集到的数据出现噪音，影响结果的正确性，另外数据杂乱无序导致结果输出效率低。因此本申请给云端服务器增加了数据分析子模块和数据集成子模块，对不合理数据剔除，并对收集到的数据按照划定的区域、时间段和对象进行分块管理汇总，使得整个数据井然有序，对分块数据进行分析总结就可以高效输出结果。同时为了对数据处理过程进行监管，避免滥用修改权限，增加了记录子模块对整个数据操作流程进行记录并上链储存。

进一步地，所述区块链网络包括网关、交换机、BaaS服务器、区块链节点服务器、存储服务器。

进一步地，所述区块链网络还包括数据库，设置数据库可以组织、存储和管理状态数据，对动态数据进行存储以及删除等操作，有利于提高动态数据交互和查询访问请求。

进一步地，所述业务端的用户包括企业、水利管理部门、环境评估部门。依托于云端服务器的强大的数据处理功能以及区块链数据的可靠安全性，其可以对接各种平台，包括政府部门、学术机构、企业、评估机构等，可以极大地扩张应用市场。

本实用新型通过利用区块链对数据的安全保护和真实记录，保证环境监测数据的可靠权威，再结合云平台对大数据的处理能力，对数据做精细化分析使得结果更准确和有针对性，能服务更多的客户，具有较好的市场前景。

【附图说明】

图1是本实用新型的原理框图

图2是本实用新型云端服务器的结构示意图

【具体实施例】

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明，但不以任何方式对本实用新型加以限制，基于本实用新型教导所作的任何变更或改进，均属于本实用新型的保护范围。

如图1所示，本实用新型所公开的基于区块链的环境监测数据采集处理系统包括环保数据采集设备、区块链数据采集加密设备、区块链网络、云端服务器以及业务端，环保数据采集设备与区块链数据采集加密设备通信连接，区块链数据采集加密设备与区块链网络和云端服务器通信连接，云端服务器与区块链网络以及业务端通信连接。

所述环保数据采集设备包括河道视频监控器、河道水质检测器、闸泵站开关监控器以及水文监控系统。这些仪器将检测到的环境数据传输给区块链数据采集加密设备。

所述区块链数据采集加密设备包括电源模块、数据采集模块、协议转换模块、主机模块以及通信接口模块。其中，电源模块与其他模块电性连接，为其他模块统一提供电源。数据采集模块(如腾驹科技T36环保数采仪等)与环境数据采集设备通信连接，接收环境数据采集设备提供的原始数据；数据采集模块与协议转换模块(如山东有人信息技术USR-W610协议转换器等)通过RS485端口联通，协议转换模块与主机模块(相当于微型电脑，例如选择树莓派)通过RJ45端口联通，主机模块与通信接口模块(如华为XFZ01等5G通信模块)可通过RJ45端口或者WIFI联通。数据采集模块接收到环境设备发送的数据之后通过协议转换模块后发送给主机模块，主机模块存储器上安装市面上具备签名加密的区块链软件，主机模块读取原始数据之后对其加密签名、然后通过通信接口模块发送给云端服务器(如联想X86服务器或华为MEC平台服务器等)，同时主机模块通过区块链软件自动计算出原始数据的摘要(通过现有哈希算法计算出哈希值)，打包好摘要数据按照频次上传给区块链网络上链存证。

云端服务器结构如图2所示，包括计算模块、存储模块、响应模块、查询模块、比对模块、验证模块以及上链模块。其中，存储模块又包括通信连接的数据分析子模块、数据集成子模块、数据交换子模块以及记录子模块。验证模块与存储模块中的数据分析子模块和计算模块通信连接；响应模块与存储模块里的数据交换子模块通信连接；验证模块、存储模块中4个子模块、上链模块、查询模块及比对模块都与计算模块通信连接；上链模块和查询模块都与外部的区块链网络通信连接。

云端服务器里的各个模块的工作过程如下：当涉及数据运算时各模块自动调用计算模块进行分析计算，涉及数据交互时从存储模块的数据交换子模块存取数据或调用数据。云端服务器接收到前端采集的环境监测数据后，先通过验证模块对环境数据解密验证，确认数据和数据来源无误后传给存储模块。存储模块将存储数据先经分析模块分析处理，然后对分析后数据进行汇总集成，当有业务端请求数据时，由响应模块调用数据交换子模块，由数据交换子模块将处理后数据发给响应模块，再由响应模块发送给业务端。同时，数据分析与数据集成所有过程均以操作日志的形式存放在记录子模块中。具体的，可以根据用户某个特定操作任务或设定时间段自动生成操作过程日志(操作日志可以与操作人账户进行身份绑定，也可以与操作的具体设备绑定，操作过程日志包括但不限于操作的时间点、具体的操作人帐户、涉及的增删查改等)，然后由计算模块计算出操作日志文本的哈希值(即文本摘要)，通过上链模块将操作过程数据的摘要打包上链实现数据存证。同时，区块链网络返回数据上链后的区块标识给云端服务器存储模块，区块标识可以是区块链高度、终端区块链身份等便于区块链查找数据摘要的信息。当需要数据核验时，查询模块通过计算模块调用存储模块里的区块标识，然后根据区块标识向区块链网络查询该待核验数据的已存证摘要。比对模块调用计算模块根据哈希算法计算出待核验数据的当前摘要，然后将已存证摘要和当前摘要进行比对，如一致就说明数据没有经过篡改。

所述区块链网络包括网关(堡垒机)、交换机、BaaS(Blockchain as Service，区块链即服务)服务器、区块链节点服务器、存储服务器和数据库服务器(可选)，各个设备通过网络连接在交换机上，处于同一局域网内。区块链网络用于接收和储存要上链的监测数据和数据处理操作过程数据。

其中，所述网关即区块链堡垒机，实现网络安全与负载均衡功能。所述交换机作为网络连接设备，与其他设备网络连接，实现设备之间的数据交互。所述BaaS服务器(如烨链科技的区块链接入平台服务器)提供接入区块链底层服务的接口，实现快速接入区块链，数据格式转换，计算哈希值等；BaaS服务器至少部署1台，根据对数据查询与请求响应速度的要求，可以选择多台BaaS服务器。所述区块链节点服务器根据链的规模配置3台或3台以上，实现区块链计账核心功能，并存储数据摘要，对上链设备身份统一管理和身份验证等。所述存储服务器用于存放上链的数据和文件。所述数据库服务器根据需要进行设置，需要动态数据交互和高速查询时可以考虑部署。

所述业务端面向用户，用于接收并展示云端服务器发布的环境数据。

Claims (7)

1.基于区块链的环境监测数据采集处理系统，其特征在于：包括环境数据采集设备、区块链数据采集加密设备、区块链网络、云端服务器以及业务端；所述环境数据采集设备与区块链数据采集加密设备通信连接，所述区块链数据采集加密设备与区块链网络和云端服务器通信连接，所述云端服务器与区块链网络以及业务端通信连接；所述区块链数据采集加密设备用于将收到的环境原始数据转化为摘要发送给区块链网络上链，同时，对原始数据进行签名和加密后发送给云端服务器；所述云端服务器用于对签名加密数据进行解密和身份验证并对数据进一步处理后发送给业务端，同时将对数据进一步处理的过程数据发送给区块链网络上链。

2.如权利要求1所述的基于区块链的环境监测数据采集处理系统，其特征在于，所述环境数据采集设备包括河道视频监控器、河道水质检测器、闸泵站开关监控器以及水文监控系统。

3.如权利要求1所述的基于区块链的环境监测数据采集处理系统，其特征在于，所述区块链数据采集加密设备包括电源模块、数据采集模块、协议转换模块、主机模块以及通信接口模块，其中，数据采集模块与协议转换模块通过RS485端口联通，协议转换模块与主机模块通过RJ45端口联通，主机模块与通信接口模块可通过RJ45端口或者WIFI联通。

4.如权利要求1-3任一项所述的基于区块链的环境监测数据采集处理系统，其特征在于：云端服务器包括计算模块、存储模块、响应模块、查询模块、比对模块、验证模块以及上链模块，验证模块、存储模块、查询模块、比对模块、上链模块与计算模块通信连接，计算模块、验证模块、响应模块与存储模块通信连接。

5.如权利要求4所述的基于区块链的环境监测数据采集处理系统，其特征在于，所述存储模块包括通信连接的数据分析子模块、数据集成子模块、数据交换子模块以及记录子模块，所述数据分析子模块可剔除监测数据异常值，对不合理数据进行筛查，所述数据集成子模块对数据分析子模块传送的监测数据按照特定区域和/或特定时间段和/或特定对象进行汇总并传送给数据交换子模块，所述数据交换子模块用于与响应模块进行数据交换，记录子模块用于对数据处理过程进行记录并传送给计算模块计算出数据摘要以备上链。

6.如权利要求1-3任一项所述的基于区块链的环境监测数据采集处理系统，其特征在于，所述区块链网络包括网关、交换机、BaaS服务器、区块链节点服务器和存储服务器。

7.如权利要求1-3任一项所述的基于区块链的环境监测数据采集处理系统，其特征在于，所述业务端的用户包括企业、水利管理部门、环境评估部。

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