萬爭

摘 要：新時(shí)代智慧水利行業(yè)需要結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)、5G、大數(shù)據(jù)、AI、云計(jì)算等信息化技術(shù)手段加快現(xiàn)代水利基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)平臺的建設(shè)，滿足水利管理部門的高效快速的管理要求和新時(shí)期經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展新要求。隨著水利信息化的進(jìn)一步發(fā)展，智慧水利建設(shè)的重要性逐漸凸顯，智慧水利建設(shè)需要新興的信息化技術(shù)提供技術(shù)支撐。區(qū)塊鏈以其獨(dú)特的技術(shù)原理與優(yōu)勢，在水利工程建設(shè)、水體數(shù)據(jù)存儲、水權(quán)交易平臺與智慧水利綜合管理系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用，相較于傳統(tǒng)技術(shù)有顯著優(yōu)勢，可有效推動(dòng)智慧水利的建設(shè)與發(fā)展。文章對區(qū)塊鏈技術(shù)進(jìn)行介紹，研究區(qū)塊鏈在智慧水利建設(shè)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：智慧水利;水利信息化;區(qū)塊鏈

1 區(qū)塊鏈技術(shù)原理與特點(diǎn)

目前普遍認(rèn)為區(qū)塊鏈?zhǔn)且环N通過共識機(jī)制生成數(shù)據(jù)，使用塊式-鏈?zhǔn)酱鎯?shù)據(jù)，應(yīng)用密碼學(xué)加密數(shù)據(jù)，利用智能合約操作數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)和管理事務(wù)處理的范式。區(qū)塊鏈上，數(shù)據(jù)被多數(shù)節(jié)點(diǎn)的共識機(jī)制審核，節(jié)點(diǎn)將一個(gè)周期內(nèi)審核通過的數(shù)據(jù)整合成一個(gè)區(qū)塊，通過密碼學(xué)和時(shí)間戳簽名，生成唯一哈希值作為特征值，再將這些區(qū)塊按照時(shí)間順序連接到上一區(qū)塊形成數(shù)據(jù)塊鏈，區(qū)塊鏈的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。每個(gè)節(jié)點(diǎn)是平等的關(guān)系，都擁有當(dāng)前區(qū)塊鏈內(nèi)容的副本，并可以修改自己的副本。區(qū)塊鏈通過只有大于50%的節(jié)點(diǎn)更改副本內(nèi)容才能修改區(qū)塊鏈內(nèi)容的共識機(jī)制，保持各節(jié)點(diǎn)修改的副本內(nèi)容一致，并且難以篡改。

2 區(qū)塊鏈在智慧水利中的應(yīng)用場景與優(yōu)勢分析

2.1 水利數(shù)據(jù)共享

區(qū)塊鏈水利數(shù)據(jù)主要通過設(shè)備采集、人工填報(bào)、專項(xiàng)工作搜集或業(yè)務(wù)系統(tǒng)產(chǎn)生，雖然一些單位通過有關(guān)工作整合了部分?jǐn)?shù)據(jù)，但水利數(shù)據(jù)總體上依然分散在各級水利部門、各業(yè)務(wù)系統(tǒng)中，信息孤島現(xiàn)象較為嚴(yán)重。水利數(shù)據(jù)共享目前主要通過系統(tǒng)匯集、資源目錄、電子地圖、離線復(fù)制甚至紙質(zhì)復(fù)印等方式開展，共享數(shù)據(jù)容易被復(fù)制和濫用?？傮w上，受限于體制機(jī)制和技術(shù)等因素，水利數(shù)據(jù)共享不足，效率不高。利用區(qū)塊鏈技術(shù)構(gòu)建覆蓋水利部、流域管理機(jī)構(gòu)和省級水行政主管部門的數(shù)據(jù)共享區(qū)塊鏈，數(shù)據(jù)提供方通過SDK（軟件開發(fā)工具包）連接區(qū)塊鏈節(jié)點(diǎn)方式進(jìn)行數(shù)據(jù)上鏈提交流程，具體流程包括：建立統(tǒng)一的水利信息資源元數(shù)據(jù)庫，客戶端后臺調(diào)用接口，發(fā)起交易，將元數(shù)據(jù)文件寫入?yún)^(qū)塊鏈，進(jìn)行可信存證，上傳成功后，返回文件哈希值、區(qū)塊ID、交易ID、時(shí)間戳等至客戶端。數(shù)據(jù)使用方通過客戶端查詢或下載指定的一個(gè)文件或滿足條件的一組文件。查詢文件相當(dāng)于向區(qū)塊鏈系統(tǒng)發(fā)起一筆交易，相關(guān)經(jīng)辦方需用私鑰對該筆交易進(jìn)行簽名，區(qū)塊鏈系統(tǒng)將記錄所有的數(shù)據(jù)查詢與下載行為;查詢數(shù)據(jù)可在區(qū)塊鏈系統(tǒng)前端頁面中對數(shù)據(jù)進(jìn)行查看，查看的數(shù)據(jù)為關(guān)系型數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)查詢時(shí)，若對數(shù)據(jù)庫返回的某數(shù)據(jù)存疑，則可向區(qū)塊鏈系統(tǒng)發(fā)起校驗(yàn)請求，將該數(shù)據(jù)歸屬表單的整組數(shù)據(jù)進(jìn)行哈希計(jì)算，再與區(qū)塊鏈系統(tǒng)中的哈希值進(jìn)行比對。比對成功，表示數(shù)據(jù)未被篡改;比對失敗，數(shù)據(jù)庫則從區(qū)塊鏈中更新這一組數(shù)據(jù)，并標(biāo)記不一致的數(shù)據(jù)字段。主要適用于水利數(shù)據(jù)中心建設(shè)、信息資源共享與交換等應(yīng)用場景。

2.2 水利工程建設(shè)

在水利工程的施工建設(shè)中，需要對施工人員、功能設(shè)備、施工資源與質(zhì)量四個(gè)方面進(jìn)行管理，涉及的數(shù)據(jù)包括施工人員、設(shè)備、施工材料、工程完成情況等具體信息，也包括人力資源、設(shè)備管理、采購、倉儲、調(diào)度等多部門，數(shù)據(jù)繁雜且管理決策主體較多。應(yīng)在區(qū)塊鏈實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的精細(xì)化管理與對多決策主體的支持，且一些數(shù)據(jù)有存證與公示的需求，如施工人員的考勤、設(shè)備的維修狀態(tài)、工程質(zhì)量評價(jià)等，需要借助區(qū)塊鏈技術(shù)實(shí)現(xiàn)。大型水利工程有許多標(biāo)準(zhǔn)細(xì)則、工程合同、建設(shè)方案等文件需要長期保存，這些文件與數(shù)據(jù)是后期對水利工程進(jìn)行監(jiān)督與維護(hù)的重要依據(jù)，需要對其安全性多加關(guān)注。但目前部分文件仍以紙質(zhì)憑證為唯一依據(jù)，已經(jīng)無法滿足智慧水利建設(shè)的需要。區(qū)塊鏈以其公開透明、不可篡改的技術(shù)特性，可以滿足水利工程建設(shè)管理與存檔的需要。建立區(qū)塊鏈水利工程建設(shè)管理系統(tǒng)，可對在建的水利工程項(xiàng)目進(jìn)行精細(xì)化管理，精密記錄工程中的數(shù)據(jù)變化。工程數(shù)據(jù)上鏈后可以形成無法篡改的電子化檔案，電子檔案在確保安全的同時(shí)可方便獲取，是水利工程監(jiān)督與后續(xù)維護(hù)的重要依據(jù)，也是智慧水利決策支持系統(tǒng)的重要數(shù)據(jù)來源。

2.3 水權(quán)交易平臺

水權(quán)交易作為優(yōu)化調(diào)節(jié)水資源配置的重要方法，其效用被人們進(jìn)一步認(rèn)識，相關(guān)的試點(diǎn)與實(shí)踐有序進(jìn)行，但基于傳統(tǒng)技術(shù)的交易平臺，難以有效滿足水權(quán)交易的需求[6]。區(qū)塊鏈技術(shù)最先被應(yīng)用于金融行業(yè)，關(guān)于交易與記賬的應(yīng)用較為成熟，在實(shí)踐中證明了區(qū)塊鏈應(yīng)用于交易系統(tǒng)中可信度高、精密記賬的優(yōu)勢，因此，基于區(qū)塊鏈構(gòu)建水權(quán)交易平臺十分必要?；趨^(qū)塊鏈的水權(quán)平臺可充分利用區(qū)塊鏈的技術(shù)特性，構(gòu)建透明化的水權(quán)交易規(guī)則體系，優(yōu)化交易流程，滿足水權(quán)交易的需求。利用智能合約的可更新性，方便修改具體交易規(guī)則，解決季節(jié)性可變水權(quán)的交易困境，滿足水權(quán)交易改革試點(diǎn)期間對交易規(guī)則頻繁修改的需要。利用智能合約滿足條件自動(dòng)執(zhí)行的特性可減少人工審核，優(yōu)化交易流程。利用區(qū)塊鏈分布存儲的技術(shù)特點(diǎn)，可以保證水權(quán)數(shù)據(jù)與交易數(shù)據(jù)的安全可靠，提升數(shù)據(jù)安全性， 可通過降低系統(tǒng)運(yùn)維成本減少交易費(fèi)用，提升水權(quán)交易市場的活躍性。

2.4 水利監(jiān)督存證取證區(qū)塊鏈

強(qiáng)監(jiān)管是水利改革發(fā)展主基調(diào)的總基調(diào)、主旋律。目前支撐行業(yè)強(qiáng)監(jiān)管的信息系統(tǒng)尚處于起步階段，水利督查工作平臺僅有填報(bào)上傳、拍照存證、查詢展示等基本功能，現(xiàn)場檢查以描述記錄、拍照錄像、填報(bào)上傳等方式為主，群眾監(jiān)督舉報(bào)信息管理也是傳統(tǒng)方式，急需加強(qiáng)“查、認(rèn)、改、罰”和監(jiān)督舉報(bào)全流程的數(shù)據(jù)采集采信等能力建設(shè)。構(gòu)建覆蓋各類水利對象、各級水利部門督查隊(duì)伍、相關(guān)機(jī)構(gòu)的區(qū)塊鏈，各級水利部門通過飛檢、檢查、稽察、調(diào)查、考核評價(jià)等方式進(jìn)行督查情況實(shí)時(shí)上鏈鎖定， 督查部門的問題認(rèn)定、責(zé)任單位的問題整改、相關(guān)機(jī)構(gòu)的責(zé)任追究等情況進(jìn)行上鏈加密關(guān)聯(lián)存儲。上級部門通常主要掌握督查工作情況，不查看發(fā)現(xiàn)的具體問題及整改處罰情況，只在需要時(shí)按照授權(quán)查閱下級監(jiān)督數(shù)據(jù)， 主管部門基于區(qū)塊鏈的可追溯特點(diǎn)監(jiān)管監(jiān)督隊(duì)伍，監(jiān)督隊(duì)伍基于區(qū)塊鏈的不可篡改特性進(jìn)行“查、認(rèn)、改、罰”全流程閉環(huán)管理。水利監(jiān)督存證取證區(qū)塊鏈主要適用于水利監(jiān)督檢查全過程數(shù)據(jù)管理等應(yīng)用場景。

3 結(jié)語

隨著智慧水利的發(fā)展，不斷積累的水利數(shù)據(jù)成為智慧水利行業(yè)發(fā)展的重要基石，數(shù)據(jù)的采集、存儲和使用成了重點(diǎn)研究的領(lǐng)域。區(qū)塊鏈作為新一代信息技術(shù)，通過構(gòu)建跨層級和業(yè)務(wù)的水利信息共享交換、應(yīng)用服務(wù)體系，可以促進(jìn)資源高效集約，加速水利數(shù)據(jù)全面共享，提升水利監(jiān)管能力，推進(jìn)水利業(yè)務(wù)應(yīng)用智能化轉(zhuǎn)型。區(qū)塊鏈技術(shù)的引入無疑是對智慧水利發(fā)展的一大助力，基于區(qū)塊鏈的水利數(shù)據(jù)共享交換服務(wù)是數(shù)據(jù)存儲與數(shù)據(jù)使用之間重要的環(huán)節(jié)，建立了數(shù)據(jù)共享交換的框架，并能夠?qū)?shù)據(jù)共享交換的安全性提供保障。通過區(qū)塊鏈技術(shù)建立安全、高效的水利數(shù)據(jù)共享交換體系，是水利治理能力現(xiàn)代化和水利信息化的體現(xiàn)，同時(shí)也是未來智慧水利發(fā)展的重要方向。

參考文獻(xiàn)：

[1] 曾詩欽，霍如，黃韜，等.區(qū)塊鏈技術(shù)研究綜述：原理、進(jìn)展與應(yīng)用[J].通信學(xué)報(bào)，2020，41（1）：134-151.

[2] 張建云，劉九夫，金君良.關(guān)于智慧水利的認(rèn)識與思考[J].水利水運(yùn)工程學(xué)報(bào)，2019，（6）：1-7.