基于區(qū)塊鏈技術(shù)的生產(chǎn)應(yīng)急管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

馬文婷 張俊文

（蘭州資源環(huán)境職業(yè)技術(shù)大學(xué)，甘肅 蘭州 730000）

0 引言

目前，隨著應(yīng)急管理工作的不斷推進(jìn)，各種生產(chǎn)應(yīng)急管理系統(tǒng)的建設(shè)也在不斷進(jìn)行。在從事安全生產(chǎn)工作的過(guò)程中，通常會(huì)存在很多安全隱患，例如生產(chǎn)設(shè)備老化或磨損導(dǎo)導(dǎo)致用受限，或由于操作人員的操作手法不當(dāng)導(dǎo)致操作失誤，進(jìn)而對(duì)操作人員的生命安全產(chǎn)生威脅。為操作人員提供安全可靠的生產(chǎn)工作環(huán)境，推進(jìn)生產(chǎn)工作安全平穩(wěn)進(jìn)行是生產(chǎn)應(yīng)急管理工作的首要目的。

1 基于區(qū)塊鏈技術(shù)的生產(chǎn)應(yīng)急管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)總體框架

生產(chǎn)應(yīng)急管理系統(tǒng)利用區(qū)塊鏈技術(shù)，將不同區(qū)域的生產(chǎn)安全信息進(jìn)行整合，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的有效共享與實(shí)時(shí)更新。整個(gè)生產(chǎn)應(yīng)急管理系統(tǒng)共分為4個(gè)部分，分別為用戶層、業(yè)務(wù)層、應(yīng)用層和區(qū)塊鏈層。具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 生產(chǎn)應(yīng)急管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

用戶層主要包括政府機(jī)關(guān)、社會(huì)應(yīng)急力量和公眾等。針對(duì)不同的用戶需求，為用戶提供生產(chǎn)應(yīng)急管理服務(wù)。業(yè)務(wù)層主要針對(duì)不同等級(jí)的用戶提供合規(guī)權(quán)限內(nèi)的應(yīng)急資源、應(yīng)急救援等服務(wù)。在底層數(shù)據(jù)的技術(shù)上為用戶提供訪問(wèn)服務(wù)，主要功能包括應(yīng)急值守、指揮調(diào)度及應(yīng)急保障等。應(yīng)用層主要包括多點(diǎn)登錄和數(shù)據(jù)目錄等功能，內(nèi)置GIS平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶地理信息的存儲(chǔ)、整合以及分析。區(qū)塊鏈層主要負(fù)責(zé)對(duì)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集與管理。節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)記錄了應(yīng)急管理工作的具體工作信息以及工作調(diào)度情況。同時(shí)按照時(shí)間順序?qū)⒐?jié)點(diǎn)進(jìn)行排序，梳理出生產(chǎn)安全事故進(jìn)行應(yīng)急管理的完整信息鏈，同時(shí)對(duì)信息進(jìn)行共享與實(shí)時(shí)更新，提高生產(chǎn)應(yīng)急管理工作的時(shí)效性。

1.2 生產(chǎn)應(yīng)急管理系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

生產(chǎn)應(yīng)急管理系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 生產(chǎn)應(yīng)急管理系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖

主控服務(wù)器和傳感器通過(guò)TH32C103CTF6芯片進(jìn)行連接與控制，核心芯片連接GIS平臺(tái)，GIS將用戶地理信息進(jìn)行整合與共享，傳送到應(yīng)急管理中心與數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器中，以實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶進(jìn)行應(yīng)急管理服務(wù)。核心芯片TH32C103CTF6的型號(hào)為320H24M，采用64/48位雙指令集成設(shè)計(jì)，對(duì)主控服務(wù)器與傳感器進(jìn)行控制。同時(shí)，為便于信息采集，提高設(shè)備的采集與識(shí)別能力，傳感器采用IC-CT800CF型智能靈敏傳感器，內(nèi)置ICM控制芯片，具體參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 智能靈敏傳感器ICM控制芯片參數(shù)

根據(jù)上述參數(shù)設(shè)定傳感器控制芯片，并在傳感器下方接入HDM線，與核心控制新芯片進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)與控制中心的交互。智能靈敏傳感器將設(shè)備信息進(jìn)行采集與識(shí)別，并與主控服務(wù)器進(jìn)行共享，對(duì)安全生產(chǎn)信息進(jìn)行有效整合。

1.3 生產(chǎn)應(yīng)急管理系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

區(qū)塊鏈技術(shù)中的智能合約可自動(dòng)執(zhí)行部分合約上的功能，通過(guò)對(duì)智能合約進(jìn)行合理制訂，可對(duì)突發(fā)事件進(jìn)行智能預(yù)警，構(gòu)建出應(yīng)急管理模型，具體構(gòu)建步驟如下。

針對(duì)安全生產(chǎn)工作中的歷史事故數(shù)據(jù)，使用智能算法構(gòu)建應(yīng)急樹(shù)模型，并且總結(jié)出安全等級(jí)不同下的事故發(fā)生程度。將應(yīng)急樹(shù)中的突發(fā)安全事故設(shè)定為頂部事件，對(duì)突發(fā)安全事故的誘發(fā)因素與底層邏輯進(jìn)行分析。將基礎(chǔ)原因設(shè)定為底部事件，將引起突發(fā)事件所需要的底部事件最小集合設(shè)置為最小徑集。對(duì)歷史事故數(shù)據(jù)進(jìn)行智能化分解，可計(jì)算出底部事件的重要程度，具體如公式（1）所示。

式中：P為頂部事件可能發(fā)生的概率；Y為底部事件數(shù)量為時(shí)，最小徑集發(fā)生的概率；I為底部事件的重要程度。

則可以根據(jù)灰色預(yù)測(cè)模型理論計(jì)算出底部事件之間的關(guān)聯(lián)程度，具體如公式（2）所示。

式中：為最小徑集；為模式向量與待檢矢量的序列差值；ε為底部事件數(shù)量為時(shí)最小徑集與底部事件重要程度之間的關(guān)聯(lián)程度。

則可以計(jì)算出未檢測(cè)模式下的應(yīng)急響應(yīng)穩(wěn)定程度，具體如公式（3）所示。

式中：為頂部事件的穩(wěn)定系數(shù)；為模式向量與待檢適量的序列差絕對(duì)值。

將應(yīng)急響應(yīng)穩(wěn)定程度與底部事件的重要程度進(jìn)行加權(quán)，即可得出應(yīng)急響應(yīng)值與底部事件數(shù)量之間的關(guān)聯(lián)度，具體如公式（4）所示。

式中：為誘發(fā)頂部事件時(shí)，應(yīng)急響應(yīng)事件的發(fā)生概率；為應(yīng)急響應(yīng)值與底部事件之間的關(guān)聯(lián)程度。

數(shù)值越大，說(shuō)明關(guān)聯(lián)程度越大，底部事件越容易誘發(fā)應(yīng)急響應(yīng)。對(duì)此，可以計(jì)算出應(yīng)急響應(yīng)的預(yù)警值，具體如公式（5）所示。

式中：ε為底部事件數(shù)量為時(shí)最小徑集的關(guān)聯(lián)程度。

根據(jù)上述計(jì)算步驟即可計(jì)算出應(yīng)急響應(yīng)的預(yù)警值，構(gòu)建出應(yīng)急響應(yīng)模型，通過(guò)對(duì)比應(yīng)急響應(yīng)表即可確定應(yīng)急類型。如果預(yù)警值超過(guò)應(yīng)急閾值，區(qū)塊鏈則會(huì)根據(jù)智能合約的規(guī)則進(jìn)行預(yù)警，將響應(yīng)信息發(fā)送到中心系統(tǒng)中，具體流程如圖3所示。

圖3 智能合約運(yùn)行流程

傳感設(shè)備對(duì)生產(chǎn)機(jī)組進(jìn)行安全信息采集后經(jīng)由深度學(xué)習(xí)算法進(jìn)行信息的預(yù)處理，利用區(qū)塊鏈技術(shù)對(duì)關(guān)鍵信息進(jìn)行上鏈操作，將上鏈后的數(shù)據(jù)經(jīng)由響應(yīng)樹(shù)進(jìn)行分析，計(jì)算出時(shí)間的相應(yīng)預(yù)警值。如果響應(yīng)預(yù)警值超過(guò)了額定閾值，則智能合約將會(huì)發(fā)送響應(yīng)預(yù)警信息，由應(yīng)急管理中心進(jìn)行應(yīng)急的保障與救援工作。

應(yīng)急管理中心收到應(yīng)急指令后即可根據(jù)用戶需求進(jìn)行應(yīng)急保障與救援工作。為做好應(yīng)急管理工作，需要利用區(qū)塊鏈技術(shù)對(duì)應(yīng)急管理所需的物資進(jìn)行智能化管理。根據(jù)物資的不同屬性對(duì)物資進(jìn)行科學(xué)分類，保證使用過(guò)程中的高效性。并且根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的事故情況，對(duì)物資資源進(jìn)行科學(xué)的調(diào)配，制定針對(duì)性較強(qiáng)的物資分配方案，提高資源的利用率。同時(shí)，對(duì)應(yīng)急事故嚴(yán)重程度進(jìn)行提前預(yù)判與分析，對(duì)現(xiàn)有的應(yīng)急力量、應(yīng)急物資、事故距離和響應(yīng)時(shí)間等因素進(jìn)行綜合考量，實(shí)施救災(zāi)行動(dòng)。根據(jù)GIS平臺(tái)給出的應(yīng)急地理位置，選擇距離和應(yīng)急物資均較為合適的應(yīng)急力量對(duì)生產(chǎn)安全事故區(qū)進(jìn)行救援。同時(shí)為了提高應(yīng)急保障與救援工作的公開(kāi)度與透明度，利用大眾媒體等技術(shù)手段對(duì)救援過(guò)程進(jìn)行實(shí)施發(fā)布與更新，防止因救援缺乏時(shí)效性而導(dǎo)致負(fù)面評(píng)論的傳播。

根據(jù)上述步驟即可完成對(duì)生產(chǎn)安全事故的應(yīng)急保障與救援，將此環(huán)節(jié)中的救援步驟與上文中的區(qū)塊鏈應(yīng)急響應(yīng)模型進(jìn)行結(jié)合，即可有效完成對(duì)生產(chǎn)工作的應(yīng)急管理。對(duì)上文中的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行整理，將其與硬件配置進(jìn)行結(jié)合，至此，基于區(qū)塊鏈技術(shù)的生產(chǎn)應(yīng)急管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成。

2 試驗(yàn)驗(yàn)證

為了更好地說(shuō)明提出的基于區(qū)塊鏈技術(shù)的生產(chǎn)應(yīng)急管理系統(tǒng)在響應(yīng)速度方面優(yōu)于傳統(tǒng)的生產(chǎn)應(yīng)急管理系統(tǒng)，在理論的部分設(shè)計(jì)完成后，構(gòu)建試驗(yàn)測(cè)試環(huán)節(jié)，對(duì)此應(yīng)急管理系統(tǒng)實(shí)際的應(yīng)急效果進(jìn)行分析。

2.1 試驗(yàn)環(huán)境描述

本測(cè)試選取了1款常規(guī)的生產(chǎn)應(yīng)急管理系統(tǒng)作為對(duì)比對(duì)象。為保證2款監(jiān)管系統(tǒng)能夠?qū)ιa(chǎn)安全工作進(jìn)行正常的模擬應(yīng)急響應(yīng)測(cè)試，通過(guò)對(duì)測(cè)試環(huán)境進(jìn)行參數(shù)上的配置，來(lái)成功搭建測(cè)試所需要的平臺(tái)。具體參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 應(yīng)急管理系統(tǒng)測(cè)試環(huán)境

本次測(cè)試采用Intel Xeon（W）32位服務(wù)器，軟件配置為weblogic sever 2008。同時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的內(nèi)存設(shè)置為12G，軟件采用Oracle125g作為中心數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)生產(chǎn)安全數(shù)據(jù)進(jìn)行儲(chǔ)存。

2.2 測(cè)試結(jié)果分析

為提高試驗(yàn)結(jié)果的可靠性，本次測(cè)試選取了5種不同的模擬生產(chǎn)安全事故，并且距離依次遞增，利用2種系統(tǒng)對(duì)安全事故進(jìn)行應(yīng)急管理工作，分別記錄下每次生產(chǎn)安全事故從發(fā)出應(yīng)急需求信號(hào)到得到應(yīng)急處理之間的所需時(shí)間，將該時(shí)間定為應(yīng)急管理工作的響應(yīng)時(shí)間，響應(yīng)時(shí)間越短代表其系統(tǒng)的響應(yīng)速度越快，越能對(duì)生產(chǎn)安全事故進(jìn)行及時(shí)的應(yīng)急管理，得到不同方法下應(yīng)急響應(yīng)時(shí)間結(jié)果，如圖4所示。

圖4 應(yīng)急響應(yīng)時(shí)間對(duì)比

通過(guò)以上，測(cè)試結(jié)果可以看出，常規(guī)的生產(chǎn)應(yīng)急管理系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間會(huì)隨著距離的增大而相應(yīng)有所延長(zhǎng)，初始響應(yīng)時(shí)間在1.5 s～2.0 s，在事故距離超過(guò)7 km后，其響應(yīng)時(shí)間也超過(guò)了4.0 s，響應(yīng)較慢。而該文提出的基于區(qū)塊鏈技術(shù)的生產(chǎn)應(yīng)急管理系統(tǒng)在響應(yīng)時(shí)間上明顯優(yōu)于常規(guī)的生產(chǎn)應(yīng)急管理系統(tǒng)，初始響應(yīng)時(shí)間在1.0 s～0.5 s，并且不會(huì)隨著事故距離的延長(zhǎng)而增大，說(shuō)明提出的生產(chǎn)應(yīng)急管理系統(tǒng)在線響應(yīng)速度上要優(yōu)于傳統(tǒng)的應(yīng)急管理系統(tǒng)。這是由于提出的生產(chǎn)管理系統(tǒng)運(yùn)用了區(qū)塊鏈技術(shù)，建立了專業(yè)化的應(yīng)急響應(yīng)模型，因此可針對(duì)不同的未知生產(chǎn)安全事故進(jìn)行及時(shí)預(yù)警，提高應(yīng)急管理效率。

3 結(jié)論

該文所提出的生產(chǎn)應(yīng)急管理系統(tǒng)與區(qū)塊鏈技術(shù)進(jìn)行了有效結(jié)合，極大地提高了應(yīng)急管理的響應(yīng)速度，可以在最快時(shí)間內(nèi)對(duì)生產(chǎn)安全事故進(jìn)行及時(shí)預(yù)警，為后續(xù)的救援和處理工作爭(zhēng)取更多的時(shí)間，提高生產(chǎn)應(yīng)急管理工作的時(shí)效性。同時(shí)利用區(qū)塊鏈技術(shù)對(duì)救援任務(wù)和物資分配等工作也進(jìn)行了合理的規(guī)劃，可以提高物資的利用率，推動(dòng)資源實(shí)現(xiàn)有效配置。從應(yīng)急管理的實(shí)際出發(fā)，對(duì)我國(guó)安全生產(chǎn)工作的應(yīng)急與響應(yīng)技術(shù)有積極的研究意義。