基于區(qū)塊聯(lián)盟鏈的智能電纜井蓋數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)方法研究

余 敏，彭家從，柏 帆，吳佩穎

（國(guó)網(wǎng)浙江省電力有限公司寧?？h供電公司，浙江 寧波 315600）

0 引言

隨著近年來(lái)智慧城市化進(jìn)程的推進(jìn)，電力電纜入地已成為配電網(wǎng)電力傳輸?shù)闹髁鞣较騕1]。作為配電網(wǎng)的重要一環(huán)，地下電纜井的建設(shè)在保障配電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的過(guò)程中愈加重要，由此導(dǎo)致了電纜井的快速增加，進(jìn)而使得電纜井蓋數(shù)量與日俱增[2-3]。這既影響了城市美觀，也給監(jiān)管部門帶來(lái)了巨大的監(jiān)管壓力，使得諸如井蓋移位、行人誤墜、井下起火、井內(nèi)電纜被盜等電力電纜井安全事故屢有發(fā)生，并在事故發(fā)生后常常因監(jiān)管不力、故障定位不準(zhǔn)等原因，極大地拖延了故障修復(fù)進(jìn)度以及責(zé)任的落實(shí)，對(duì)社會(huì)的發(fā)展造成重大的經(jīng)濟(jì)損失和安全隱患[4]。直至2019年國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《數(shù)字化城市管理信息系統(tǒng)智能井蓋基礎(chǔ)信息》的正式編制，愈發(fā)表明僅依靠傳統(tǒng)人工巡查的管理方式已無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)電纜井蓋的實(shí)時(shí)監(jiān)控和及時(shí)預(yù)警，亟需一種能夠?qū)﹄娎|井蓋進(jìn)行有效實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理的方法手段[5]。而從中央政治局第十八次集體學(xué)習(xí)中針對(duì)“區(qū)塊鏈”的相關(guān)政策表明，區(qū)塊鏈技術(shù)的發(fā)展已成必然[6]，其去中心化、開(kāi)放透明、不可篡改、可溯源等特性恰好為上述難題提供了新的研究思路。為此，文中采用區(qū)塊聯(lián)盟鏈技術(shù)來(lái)解決智能電纜井蓋監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)問(wèn)題，以期實(shí)現(xiàn)智能電纜井蓋監(jiān)測(cè)環(huán)節(jié)信息共享的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)各參與主體責(zé)任的落實(shí)。

1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

隨著智慧城市化進(jìn)程的加快，城市井蓋數(shù)量日漸增長(zhǎng)，傳統(tǒng)的人工巡檢已無(wú)法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并且由于存有多處公共窨井，各方打開(kāi)井蓋無(wú)記錄，無(wú)法對(duì)窨井進(jìn)行有效的管理與責(zé)任追究，進(jìn)而導(dǎo)致井蓋事故頻發(fā)[7-8]。因此，近年來(lái)國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者對(duì)此競(jìng)相開(kāi)展了研究。

在電纜井蓋信息預(yù)警與實(shí)時(shí)監(jiān)控方面，傳統(tǒng)的人工巡查效率低下，無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)井蓋狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和及時(shí)預(yù)警，易造成安全隱患。為此，文獻(xiàn)[9]借助云服務(wù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，研發(fā)了一種加裝有電子密碼鎖、GSM實(shí)時(shí)報(bào)警以及后臺(tái)智能鎖控系統(tǒng)的智能電纜井蓋，通過(guò)實(shí)現(xiàn)對(duì)非正常開(kāi)啟電纜井蓋行為的實(shí)時(shí)監(jiān)控，在確保行人、車輛安全的同時(shí)，也更好地保障了電力電纜設(shè)備的安全運(yùn)行。文獻(xiàn)[10]和文獻(xiàn)[11]針對(duì)目前城市建設(shè)中井蓋易傾斜、易盜、巡檢不及時(shí)等安全問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種涵蓋數(shù)據(jù)采集、傳輸和處理功能的低功耗智能井蓋管理系統(tǒng)，在實(shí)現(xiàn)對(duì)井蓋的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和記錄的同時(shí)，也起到了預(yù)警效果。文獻(xiàn)[12]結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)設(shè)計(jì)了一種低功耗智能化井蓋監(jiān)測(cè)終端，實(shí)現(xiàn)對(duì)井蓋狀態(tài)的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，使得井蓋狀態(tài)在發(fā)生異常時(shí)能夠及時(shí)得到處理，減少因井蓋破損、移位等異常情況而引發(fā)的安全事故。在地下電纜井狀況實(shí)時(shí)監(jiān)控方面，由于電纜井常常處于潮濕、陰暗的惡劣環(huán)境中，對(duì)電纜井中自身環(huán)境狀況、設(shè)備的使用情況等信息監(jiān)測(cè)困難。為此，文獻(xiàn)[13]提出了一些關(guān)于電纜井監(jiān)控的技術(shù)和手段，但其中的各類監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)可視化仍是傳統(tǒng)形式，始終未能與被監(jiān)控物體的空間位置進(jìn)行結(jié)合，缺乏直觀性。之后，文獻(xiàn)[14]針對(duì)電力井蓋建設(shè)的運(yùn)維管理現(xiàn)狀，提出一種基于高壓電纜通道的高效智能化電纜井蓋監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電力井蓋潮濕、有毒氣體等惡劣環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，保障了電力系統(tǒng)設(shè)備的安全運(yùn)行。文獻(xiàn)[15]為提高地下電纜井運(yùn)維信息化水平，利用GIS和物聯(lián)網(wǎng)集成技術(shù)構(gòu)建了一種地下電纜井在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，并以嘉善縣配電網(wǎng)絡(luò)為領(lǐng)域進(jìn)行落地試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)地下電纜井中電纜中間接頭溫度、電纜井水位、有毒氣體，井蓋翻動(dòng)等的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)管理。在電纜井蓋事故責(zé)任追責(zé)方面，隨著井蓋數(shù)量的增多，不可避免的產(chǎn)生了多處公共窨井，由于其無(wú)打開(kāi)記錄的原因，使得事故發(fā)生后責(zé)任往往無(wú)法精準(zhǔn)落實(shí)，進(jìn)而導(dǎo)致這類井蓋的管理愈加困難。為此，文獻(xiàn)[16]基于NB-IoT技術(shù)設(shè)計(jì)了一種智慧井蓋監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)城市井蓋的智能化管理，為后期智慧市政大數(shù)據(jù)分析提供了技術(shù)基礎(chǔ)。

通過(guò)上述文獻(xiàn)可知，目前供電公司關(guān)于電纜井蓋的智能監(jiān)測(cè)體系尚處于完善階段，對(duì)于電纜井蓋狀態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的采集、處理以及責(zé)任落實(shí)等方面仍缺乏相關(guān)應(yīng)對(duì)措施。為此，文中通過(guò)查閱眾多相關(guān)國(guó)內(nèi)外研究文獻(xiàn)后發(fā)現(xiàn)，區(qū)塊聯(lián)盟鏈技術(shù)的去中心化、可溯源、不可篡改等特性可有效提升數(shù)據(jù)質(zhì)量，在有效推動(dòng)井蓋監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的優(yōu)化管理的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)溯源保真，為井蓋事故的追責(zé)提供可信線索。

2 區(qū)塊聯(lián)盟鏈技術(shù)與智能電纜井蓋數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)的融合

作為電纜井不可或缺的一部分，電纜井蓋是電纜井內(nèi)部設(shè)備安全運(yùn)行的必要保障，精確實(shí)時(shí)的井蓋狀態(tài)信息對(duì)供電企業(yè)良性建設(shè)以及智慧城市健康發(fā)展至關(guān)重要。但由于在智慧城市化建設(shè)過(guò)程中，城市電力電纜井蓋分布廣、數(shù)量龐大，目前運(yùn)行管理部門仍主要采取人工巡檢的方式來(lái)進(jìn)行井蓋的維護(hù)工作，使得監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的精確性、及時(shí)性無(wú)法得到保障，這對(duì)井蓋的運(yùn)維管理帶來(lái)了極大的阻礙。同時(shí)，由于在井蓋的管理維護(hù)過(guò)程中會(huì)牽涉到眾多參與主體，而目前監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的管理平臺(tái)大都是中心化的，各主體間缺乏信任，使得在監(jiān)測(cè)、管理數(shù)據(jù)信息的過(guò)程中各方無(wú)法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)共享，導(dǎo)致電纜井蓋監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的“信息孤島”現(xiàn)象嚴(yán)重。此外，多方利益主體的存在也使得在眾多電纜井蓋分布中存有大量井蓋處于無(wú)人管理狀態(tài)，各方操作運(yùn)維時(shí)缺乏相應(yīng)維修記錄，從而導(dǎo)致井蓋狀態(tài)異常后發(fā)生的人員傷亡、財(cái)產(chǎn)損失及系統(tǒng)故障等事故無(wú)法得到及時(shí)處理，對(duì)后期事故責(zé)任的追究造成阻礙，也給社會(huì)的安全穩(wěn)定造成極大隱患。

近年來(lái)隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”思維的興起以及社會(huì)各行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的需要，具有去中心化、可溯源、不可篡改等特性的區(qū)塊鏈技術(shù)得到了極大的提高[17-18]，這也為智能電纜井蓋監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的治理提供了新的思路。其中，作為區(qū)塊鏈中應(yīng)用最廣的一類，聯(lián)盟鏈技術(shù)與智能電纜井蓋數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)相結(jié)合將極大地提高系統(tǒng)平臺(tái)的可拓展性，也能更好地保護(hù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的安全。在進(jìn)行電纜井蓋維護(hù)時(shí)，利用聯(lián)盟鏈技術(shù)可僅需部分網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)作為認(rèn)證對(duì)象，即可保障井蓋監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的真實(shí)性，在實(shí)現(xiàn)智能化的同時(shí)提高平臺(tái)的信息認(rèn)證效率。在進(jìn)行監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)管理時(shí)，可利用聯(lián)盟鏈技術(shù)搭建去中心化的數(shù)據(jù)管理平臺(tái)，能夠有效解決井蓋監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)冗余、“信息孤島”問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)多主體間的信息共享，并為后期智能數(shù)據(jù)分析奠定基礎(chǔ)。在進(jìn)行井蓋事故追責(zé)時(shí)，可根據(jù)聯(lián)盟鏈技術(shù)具備的可溯源、不可篡改等特點(diǎn)，對(duì)相應(yīng)事故井蓋信息進(jìn)行逐級(jí)追溯，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)參與方責(zé)任的落實(shí)。區(qū)塊聯(lián)盟鏈技術(shù)與智能電纜井蓋數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)的兼容性具體分析結(jié)果如表1所示。

表1 區(qū)塊聯(lián)盟鏈與智能電纜井蓋數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)的兼容性分析

3 基于區(qū)塊聯(lián)盟鏈的智能電纜井蓋數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)模型搭建

3.1 基于區(qū)塊聯(lián)盟鏈的智能電纜井蓋數(shù)據(jù)模型架構(gòu)

在智慧化城市的建設(shè)過(guò)程中，電纜井是電力配電網(wǎng)的重要組成部分，而電纜井蓋的狀態(tài)穩(wěn)定對(duì)電纜井內(nèi)設(shè)備安全運(yùn)行以及行人安全至關(guān)重要，對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)的狀態(tài)信息監(jiān)測(cè)有助于電纜井突發(fā)事故的及時(shí)處理。因此在進(jìn)行電纜井蓋監(jiān)測(cè)過(guò)程中，為實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的智能化采集、存儲(chǔ)的同時(shí)，保障監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的真實(shí)可靠，進(jìn)而完成為后期電纜井蓋數(shù)據(jù)分析和事故責(zé)任落實(shí)奠定基礎(chǔ)的目的，文中依據(jù)管理知識(shí)體系和區(qū)塊聯(lián)盟鏈技術(shù)等相關(guān)知識(shí)，構(gòu)建了一種基于區(qū)塊聯(lián)盟鏈的智能電纜井蓋數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)模型，其結(jié)構(gòu)框架主要由采集層、數(shù)據(jù)層、網(wǎng)絡(luò)共識(shí)層、合約層及應(yīng)用層5個(gè)部分組成，如圖1所示。

圖1 基于區(qū)塊聯(lián)盟鏈的智能電纜井蓋數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)模型框架

采集層由眾多傳感器感知節(jié)點(diǎn)和無(wú)線傳輸模塊組成，主要負(fù)責(zé)電纜井蓋監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的采集工作，通過(guò)無(wú)線傳輸模塊將固定時(shí)段內(nèi)井蓋位置、電纜井溫濕度等信息傳輸?shù)较鄳?yīng)系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)處的數(shù)據(jù)處理中心。數(shù)據(jù)層將符合閾值條件的數(shù)據(jù)利用哈希算法進(jìn)行Merkle層級(jí)的非對(duì)稱加密融合，并建立新區(qū)塊。網(wǎng)絡(luò)共識(shí)層將新區(qū)塊進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)廣播，系統(tǒng)中的管理節(jié)點(diǎn)對(duì)該區(qū)塊中的信息進(jìn)行共識(shí)，確保存入?yún)^(qū)塊鏈中的數(shù)據(jù)真實(shí)可靠。合約層通過(guò)制定智能合約對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。應(yīng)用層用戶可通過(guò)后臺(tái)的智能電纜井蓋數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)平臺(tái)進(jìn)行監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的可視化查詢的同時(shí)，也能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)保真、責(zé)任落實(shí)的目的。

3.2 基于區(qū)塊聯(lián)盟鏈的智能電纜井蓋數(shù)據(jù)采集

由于電纜井蓋分布廣且零散，為保障井蓋狀態(tài)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，需在每個(gè)電纜井蓋的監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)都單獨(dú)安裝有不同類型的監(jiān)測(cè)模塊，因此導(dǎo)致智能電纜井蓋監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)在采集過(guò)程中往往存在多格式、多來(lái)源等問(wèn)題，使得數(shù)據(jù)信息冗余現(xiàn)象嚴(yán)重，對(duì)智能電纜井蓋監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的高效存儲(chǔ)、應(yīng)用分析等操作產(chǎn)生阻礙。所以，為保障數(shù)據(jù)質(zhì)量，減輕數(shù)據(jù)存儲(chǔ)壓力，文中將借助區(qū)塊鏈中的智能合約技術(shù)對(duì)采集的井蓋監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理。

智能合約作為一段可編程的自動(dòng)化腳本代碼，在基于區(qū)塊聯(lián)盟鏈的智能電纜井蓋數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中存在多種類型，包括節(jié)點(diǎn)認(rèn)證管理合約、電壓電流類電氣參數(shù)收集合約、溫濕度/GPS定位圖像采集合約等。這些合約由眾多管理節(jié)點(diǎn)共同負(fù)責(zé)管理與維護(hù)，其一旦被部署，便不會(huì)受任何因素的約束而開(kāi)始自動(dòng)執(zhí)行。基于區(qū)塊聯(lián)盟鏈的智能電纜井蓋數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)內(nèi)部智能合約運(yùn)行流程如圖2所示。將由井蓋現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)模塊采集的數(shù)據(jù)信息先存入本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)，再經(jīng)過(guò)診斷庫(kù)中的智能合約進(jìn)行數(shù)據(jù)的初步診斷，并將診斷結(jié)果反饋給診斷中心，然后得出的優(yōu)質(zhì)數(shù)據(jù)及診斷結(jié)果將被存入一個(gè)新區(qū)塊中；之后借助多節(jié)點(diǎn)的分布式存儲(chǔ)優(yōu)勢(shì)對(duì)同步數(shù)據(jù)進(jìn)行共識(shí)脫敏處理，確認(rèn)數(shù)據(jù)真實(shí)可靠，直至最后將該區(qū)塊鏈入主鏈，用于后期的數(shù)據(jù)共享與智能分析。

圖2 基于區(qū)塊聯(lián)盟鏈的智能電纜井蓋數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)智能合約運(yùn)行流程

3.3 基于區(qū)塊聯(lián)盟鏈的智能電纜井蓋數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

井蓋狀態(tài)量數(shù)據(jù)在經(jīng)過(guò)智能合約的初步診斷后，還需對(duì)清洗后的數(shù)據(jù)通過(guò)哈希算法和Merkle結(jié)構(gòu)樹(shù)進(jìn)行信息的集成，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)格式的統(tǒng)一和信息的融合，進(jìn)而才能完成井蓋監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的上鏈存儲(chǔ)操作過(guò)程。電纜井蓋監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的融合存儲(chǔ)可概括成四個(gè)步驟，如圖3所示。

圖3 基于區(qū)塊聯(lián)盟鏈的電纜井蓋監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)融合存儲(chǔ)過(guò)程

1）通過(guò)電纜井蓋中監(jiān)控模塊對(duì)電纜井的溫濕度、GPS定位以及電路設(shè)備電氣參數(shù)等信息進(jìn)行采集，并將各項(xiàng)數(shù)據(jù)指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性映射和歸集。

2）根據(jù)實(shí)際的智能電纜井蓋數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的需要，制定相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)認(rèn)證管理合約、電壓電流類電氣參數(shù)收集合約、溫濕度/GPS定位圖像采集合約等智能合約，將監(jiān)測(cè)信息進(jìn)行篩選，提高存儲(chǔ)數(shù)據(jù)質(zhì)量。

3）以非對(duì)稱加密技術(shù)為核心，借助特定哈希函數(shù)和Merkle結(jié)構(gòu)樹(shù)對(duì)井蓋監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行非對(duì)稱加密，并將冗長(zhǎng)的數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)化為固定長(zhǎng)度的數(shù)學(xué)進(jìn)制密文進(jìn)行數(shù)據(jù)區(qū)塊的存儲(chǔ)，從而完成對(duì)電纜井蓋監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的融合過(guò)程。

4）在將井蓋監(jiān)測(cè)信息進(jìn)行上鏈存儲(chǔ)時(shí)，每隔固定時(shí)段將建立一個(gè)新區(qū)塊。該區(qū)塊由區(qū)塊頭和區(qū)塊體組成，區(qū)塊頭中包含索引號(hào)、前一哈希、時(shí)間戳、Merkle根等基本信息；區(qū)塊體主要存放GPS定位、溫濕度、維修記錄等井蓋監(jiān)測(cè)信息。其余管理節(jié)點(diǎn)將根據(jù)該區(qū)塊基本信息對(duì)其進(jìn)行合法性確認(rèn)，并把合法區(qū)塊添加到自身主鏈中，進(jìn)而完成數(shù)據(jù)存儲(chǔ)操作。

3.4 基于區(qū)塊聯(lián)盟鏈的智能電纜井蓋數(shù)據(jù)維護(hù)

由于監(jiān)測(cè)設(shè)備模塊故障、傳輸線路老化、電纜井環(huán)境惡劣等因素都會(huì)造成電纜井蓋監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的失真或缺失，進(jìn)而對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)后期的智能分析造成阻礙。因此，為實(shí)現(xiàn)井蓋監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)保真，需在數(shù)據(jù)的上鏈過(guò)程中對(duì)存儲(chǔ)的信息進(jìn)行合法性驗(yàn)證，并通過(guò)智能電纜井蓋數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)出現(xiàn)異常數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行重新采集。

為此，智能電纜井蓋數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)信息的融合加密并生成一個(gè)新區(qū)塊后，還將對(duì)該區(qū)塊的信息進(jìn)行維護(hù)，如圖4所示。每當(dāng)一個(gè)系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)生成一個(gè)新區(qū)塊，就會(huì)將其通過(guò)系統(tǒng)的拓?fù)涫骄W(wǎng)絡(luò)進(jìn)行廣播，系統(tǒng)內(nèi)的其余節(jié)點(diǎn)將根據(jù)該區(qū)塊的索引、時(shí)間戳、哈希值及Merkle根等基本信息進(jìn)行合法性共識(shí)，并將驗(yàn)證結(jié)果反饋給系統(tǒng)管理節(jié)點(diǎn)。當(dāng)管理節(jié)點(diǎn)收到的反饋中通過(guò)數(shù)≥2/3時(shí)，將賦予自身數(shù)字簽名并再次進(jìn)行系統(tǒng)廣播，并將該區(qū)塊鏈接到自身主鏈上，同時(shí)系統(tǒng)內(nèi)其余節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)賬本也將進(jìn)行同步。合法區(qū)塊的上鏈過(guò)程一旦結(jié)束，系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)即會(huì)進(jìn)入下一區(qū)塊的生成過(guò)程。通過(guò)系統(tǒng)內(nèi)所有節(jié)點(diǎn)的共同維護(hù)將提高智能電纜井蓋數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的可靠性，實(shí)現(xiàn)井蓋監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的質(zhì)量保真，為井蓋事件的追責(zé)提供依據(jù)。

圖4 智能電纜井蓋數(shù)據(jù)維護(hù)流程

4 基于區(qū)塊聯(lián)盟鏈的智能電纜井蓋數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)仿真模擬

4.1 智能電纜井蓋數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)初始化模擬

為構(gòu)建基于區(qū)塊聯(lián)盟鏈的智能電纜井蓋數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，文中借助Java、Html、JavaScript、Css等編程語(yǔ)言和IDEA、Atom、Sql Server 2008等開(kāi)發(fā)工具，在jdk-8u211-windows-x64、apache-tomcat-8.5.55-windows-x64等運(yùn)行環(huán)境下進(jìn)行搭建。系統(tǒng)的正常運(yùn)行需在本地部署區(qū)塊鏈程序后，通過(guò)localhost端口進(jìn)行程序的初始化操作，并完成系統(tǒng)地圖的下載。基于區(qū)塊聯(lián)盟鏈的智能電纜井蓋數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)初始化模擬過(guò)程如圖5所示。

圖5 基于區(qū)塊聯(lián)盟鏈的智能電纜井蓋數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)初始化模擬

為保障數(shù)據(jù)信息的隱私安全，用戶可通過(guò)47.96.0.155：8081/login.html地址進(jìn)入系統(tǒng)登入界面進(jìn)行賬號(hào)的注冊(cè)與登錄操作，進(jìn)而在系統(tǒng)操作界面完成系統(tǒng)功能的操作過(guò)程。系統(tǒng)按用戶角色自身的業(yè)務(wù)范圍大小，將對(duì)其賦予不同的訪問(wèn)權(quán)限。系統(tǒng)管理者作為權(quán)限最大的用戶，可對(duì)智能電纜井蓋數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)造進(jìn)行拓展，對(duì)系統(tǒng)的功能進(jìn)行增刪查改等操作。供電公司員工可根據(jù)工作需要對(duì)電纜井蓋監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行下載應(yīng)用，診斷系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)處井蓋的狀態(tài)信息及電纜井情況，維護(hù)系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定。街道居民可通過(guò)進(jìn)入系統(tǒng)查詢自身附近的井蓋信息，了解周邊井蓋情況。

4.2 智能電纜井蓋數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)效果模擬

為驗(yàn)證智能電纜井蓋數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)底層區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的適用性，文中以吉林市、杭州市、北京市等地區(qū)內(nèi)的電纜井蓋為監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)，構(gòu)造了一種基于區(qū)塊聯(lián)盟鏈的智能電纜井蓋數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)。在初次進(jìn)入操作界面時(shí)，需先對(duì)原有節(jié)點(diǎn)ID信息進(jìn)行注冊(cè)存儲(chǔ)，用以完善電纜井蓋節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)的搭建。之后借助井蓋上安裝的監(jiān)測(cè)模塊進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并將采集的數(shù)據(jù)上傳至后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)，再經(jīng)過(guò)智能合約中約束條款的篩選，將符合閾值的信息進(jìn)行整理提交，進(jìn)而完成數(shù)據(jù)的上鏈操作。井蓋信息一旦以區(qū)塊的形式加入?yún)^(qū)塊鏈，那么這些數(shù)據(jù)信息則無(wú)法被二次篡改，用戶可通過(guò)登錄系統(tǒng)界面查看所有的區(qū)塊信息，為數(shù)據(jù)價(jià)值的分析以及事故的處理提供依據(jù)?；趨^(qū)塊聯(lián)盟鏈的智能電纜井蓋數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)信息存儲(chǔ)過(guò)程如圖6所示。

圖6 基于區(qū)塊聯(lián)盟鏈的智能電纜井蓋數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)信息存儲(chǔ)

基于區(qū)塊聯(lián)盟鏈的智能電纜井蓋數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的信息來(lái)源主要依賴于監(jiān)測(cè)模塊的實(shí)時(shí)采集。通過(guò)將電纜井蓋的信息存入?yún)^(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)用戶即可在監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的操作界面根據(jù)井蓋ID進(jìn)行電纜井信息的具體查詢，包括電纜井溫濕度、井蓋傾斜狀態(tài)、井蓋GPS定位、開(kāi)蓋照片等信息?；趨^(qū)塊聯(lián)盟鏈的智能電纜井蓋數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)信息提取結(jié)果如圖7所示。

圖7 基于區(qū)塊聯(lián)盟鏈的智能電纜井蓋數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)信息提取

經(jīng)過(guò)上述的系統(tǒng)功能驗(yàn)證表明，本文設(shè)計(jì)的基于區(qū)塊聯(lián)盟鏈的智能電纜井蓋數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在研究過(guò)程中緊密結(jié)合電纜井蓋事故多發(fā)原因，以區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)作為底層架構(gòu)，增添開(kāi)蓋圖像取證環(huán)節(jié)，這保證了在實(shí)現(xiàn)井蓋監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)保真、數(shù)據(jù)來(lái)源可追溯的同時(shí)，也為后期的智能分析與糾紛追責(zé)提供了現(xiàn)實(shí)依據(jù)。此外，該系統(tǒng)也滿足了供電公司對(duì)于智能電纜井蓋監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)應(yīng)用的安全透明、可追溯、不可篡改及易監(jiān)管的功能需求，通過(guò)Web服務(wù)層的封裝使得成果展示更加的直觀易懂，滿足其正常的使用需求。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著智慧城市的發(fā)展，配電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行已與電纜井的建設(shè)緊密相連。為解決相應(yīng)的井蓋移位、行人誤墜、井下起火、井內(nèi)電纜被盜等電纜井安全事故，并及時(shí)處理故障定位、責(zé)任落實(shí)等問(wèn)題，文中提出了一種基于區(qū)塊聯(lián)盟鏈的智能電纜井蓋數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。經(jīng)過(guò)研究仿真表明，該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)電纜井蓋的傾斜狀態(tài)、GPS定位、開(kāi)蓋圖像、井內(nèi)溫濕度等信息的采集與存儲(chǔ)，能夠保障電纜井蓋監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)真實(shí)可靠、實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)精準(zhǔn)溯源的同時(shí)，也實(shí)現(xiàn)了配電網(wǎng)在電纜井環(huán)節(jié)中各參與主體間責(zé)任的落實(shí)，為后期的運(yùn)維保障提供了決策依據(jù)。但文中設(shè)計(jì)的系統(tǒng)隨著網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的增多，對(duì)系統(tǒng)的共識(shí)壓力逐漸增大，若在未來(lái)投入企業(yè)級(jí)應(yīng)用，還需對(duì)實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)的高效共識(shí)進(jìn)行深入研究。