環境監測系統構建中區塊鏈和物聯網技術的應用

倫迪

摘要：現有的環境監測系統雖然具備一定的物聯網功能屬性，但仍有很多環節依賴人工控制完成，而且系統架構設置過于集中，極易遭到網絡病毒的攻擊，導致系統信息安全面積較大威脅。本文結合國網漯河供電公司群眾創新項目，分析了當前環境監測系統構建中亟待解決的問題，之后針對環境監測系統構建過程中區塊鏈和物聯網技術的應用策略進行了相關探究，希望相關經驗總結與措施建議可以為我國環境監測工作做出積極貢獻[1]。

關鍵詞：環境監測系統;區塊鏈;物聯網技術;應用策略

引言：國網漯河供電公司群眾創新項目是通過“物聯網”和“區塊鏈”的有機融合，構建起一種更加先進科學的環境監測裝置。它不僅為電力機房安全運行提供更加多元化的管控手段，實現更高層次的自動化管控。而且不同以往的系統模塊化設計，更有利于監測模塊的迭代升級，使通信機房移動通信設備的穩定性、可靠性和經濟性獲得全面提升，更在很大程度上降低了設備維護成本。因此，值得針對這一項目案例的寶貴經驗進行深入系統的研究。

一、國網漯河供電公司群眾創新項目簡介

在國網漯河供電公司以往的環境監測系統中，運用的是B/S架構和C/S架構的集中式部署方案。在這種模式下，一旦機房環境發生變化，則需要針對整個監控系統重新做出調整。不僅會消耗大量資金成本，還不利于機房設備的迭代升級。因此，該公司決定通過物聯網和區塊鏈的結合運用，對以往的環境監測系統進行創新升級，全面解決環境監測裝置在實際應用中相對固化、不便于靈活部署、設備無法更新迭代、環境記錄容易惡意篡改等一系列障礙問題。

二、項目研究內容及技術原理

（一）研究內容

本項目研究內容包括小型化、模塊化、高集成度的環境監測裝置。研究目標是借助區塊鏈技術提高環節監控記錄的可靠性，防止監控數據被人為篡改。在裝置設計中，著重提高接口的兼容性，使其能夠同時適配多種型號的傳感器，搭配出可適應多同情況的最小化系統，該系統還要具備較強的擴展性，實現真正意義上的量身定制，體現出因地制宜的發展理念。具體的研究內容包括：第一，研究新型單片機及配套的RPI微型電腦平臺，針對微型平臺開發適配多種傳感器的接口;第二，研究區塊鏈技術，并將區塊鏈技術應用到環境監測裝置中，保證監測數據的可靠性;第三，研制基于區塊鏈和物聯網技術的環境監測裝置[2]。

（二）技術原理

1.嵌入式處理器及微電腦平臺

目前，最具代表性的嵌入式處理器微電腦平臺當屬樹莓派。它是一款基于ARM的微型電腦主板，其內存硬盤為SD/MicroSD卡;卡片主板周圍，設置了1/2/4個USB接口和1個10/100以太網接口。這些接口除了用于連接鍵盤、鼠標和網線以外，還為輸出視頻模擬信號的電視和HDMI高清視頻提供了輸出接口。以上部件全部整合在同一張主板上，該主板的尺寸雖然只有一張信用卡大小，卻集合了所有PC的基本功能。只需接通電視機和鍵盤，可以掃行制作電子表格、文字處理、玩游戲、播放高清視頻等多項功能。圖1即為微電腦主板：

圖1 微電腦主板

微電腦平臺得益于體積小、外部接口多，能夠實現多種功能，如項目所需的外部接口，如圖2所示，17個GPIO及HAT規格鋪設可滿足項目所需的外部傳感器接口定制。

圖2 接口定義圖

2.區塊鏈技術

區塊鏈是一種自引用的數據結構。其主要用途是存儲大量交易信息，并且將每一條記錄按照從后向前的順序鏈接成一個整體，從而賦予數據信息公開透明、無法篡改、方便追溯等優勢特點。使用區塊鏈技術，把分布于各個機房的末端計算設備鏈接起來，通過一種共識機制互相證實機房環境記錄的真實性和可靠性，從而達到環境巡視記錄不可篡改的目的[3]。

3.傳感器外接適配及內外部接口

利用微電腦平臺所帶的GPIO接口，能夠開發出適配多種傳感器的外接適配，如圖3所示，此種做法有利于外接傳感器模塊的升級迭代，不會因為傳感器的升級而需要更換大量適配設備。

圖3 裝置結構框圖

裝置中可以利用嵌入式程序的方式，融合區塊鏈技術，搜集處理傳感器數據后，記錄數據并通過共識機制發布到公鏈上，防止記錄被篡改[4]。

三、環境監測系統構建中區塊鏈和物聯網技術的應用成果

國網漯河供電公司群眾創新項目中，憑借環境監測技術、物聯網以及區塊鏈的綜合運用，解決了環境監測裝置在實際生產中相對固化、系統無法實現一次建設、設備更新迭代問題、環境記錄人為篡改一系列弊端問題。而且，借助區塊鏈和物聯網技術，只需將環境監測裝置安裝到一臺普通的末端計算當中，即可執行各項操作命令，體現出較強的靈活性與經濟性。使用區塊鏈技術，可將分布于各個機房的末端計算鏈接成一個網絡，再建立起一種共識機制，實現所有末端計算機的互相證實，避免環境巡視記錄被人為篡改，使機房環境記錄的真實性與可靠性獲得顯著提升[5]。

結語：機房環境監測系統當中的數據為科學研究、企業管理以及相關工作決策提供非常重要的參考依據。然而，很多機房環境監測系統由于受到技術水平和設計理念上的限制，存在諸多不科學、不合理之處，導致在實際應用過程中遇到系統無法一次建設、設備難以迭代升級、環境記錄容易被人為篡改一系列問題。為了解決上述問題，相關技術人員通過對環境監測技術、物聯網以及區塊鏈的綜合運用，構建起更加先進科學的環境監測系統，有效保證了數據信息的安全性與真實，為數據信息的高效利用提供了極大的技術支撐。

參考文獻：

[1]馮順萍.物聯網中區塊鏈技術的應用與展望[J].電子技術與軟件工程，2021（14）：188-189.

[2]張立群，豐希奎，高麗莎，李佩澤.基于“物聯網+”區塊鏈技術的工程檢測管理系統[J].信息系統工程，2021（05）：48-50.

[3]時曄.區塊鏈技術在物聯網中應用研究[J].電子測試，2021（06）：73-74+100.DOI：10.16520/j.cnki.1000-8519.2021.06.032.

[4]田志宏，趙金東.面向物聯網的區塊鏈共識機制綜述[J].計算機應用，2021，41（04）：917-929.

[5]陳錦煌，劉志洋.基于區塊鏈的環境監測數據安全共享的探究[J].中小企業管理與科技（上旬刊），2020（07）：82-83+87.