环境监测系统构建中区块链和物联网技术的应用

伦迪

摘要：现有的环境监测系统虽然具备一定的物联网功能属性，但仍有很多环节依赖人工控制完成，而且系统架构设置过于集中，极易遭到网络病毒的攻击，导致系统信息安全面积较大威胁。本文结合国网漯河供电公司群众创新项目，分析了当前环境监测系统构建中亟待解决的问题，之后针对环境监测系统构建过程中区块链和物联网技术的应用策略进行了相关探究，希望相关经验总结与措施建议可以为我国环境监测工作做出积极贡献[1]。

关键词：环境监测系统;区块链;物联网技术;应用策略

引言：国网漯河供电公司群众创新项目是通过“物联网”和“区块链”的有机融合，构建起一种更加先进科学的环境监测装置。它不仅为电力机房安全运行提供更加多元化的管控手段，实现更高层次的自动化管控。而且不同以往的系统模块化设计，更有利于监测模块的迭代升级，使通信机房移动通信设备的稳定性、可靠性和经济性获得全面提升，更在很大程度上降低了设备维护成本。因此，值得针对这一项目案例的宝贵经验进行深入系统的研究。

一、国网漯河供电公司群众创新项目简介

在国网漯河供电公司以往的环境监测系统中，运用的是B/S架构和C/S架构的集中式部署方案。在这种模式下，一旦机房环境发生变化，则需要针对整个监控系统重新做出调整。不仅会消耗大量资金成本，还不利于机房设备的迭代升级。因此，该公司决定通过物联网和区块链的结合运用，对以往的环境监测系统进行创新升级，全面解决环境监测装置在实际应用中相对固化、不便于灵活部署、设备无法更新迭代、环境记录容易恶意篡改等一系列障碍问题。

二、项目研究内容及技术原理

（一）研究内容

本项目研究内容包括小型化、模块化、高集成度的环境监测装置。研究目标是借助区块链技术提高环节监控记录的可靠性，防止监控数据被人为篡改。在装置设计中，着重提高接口的兼容性，使其能够同时适配多种型号的传感器，搭配出可适应多同情况的最小化系统，该系统还要具备较强的扩展性，实现真正意义上的量身定制，体现出因地制宜的发展理念。具体的研究内容包括：第一，研究新型单片机及配套的RPI微型电脑平台，针对微型平台开发适配多种传感器的接口;第二，研究區块链技术，并将区块链技术应用到环境监测装置中，保证监测数据的可靠性;第三，研制基于区块链和物联网技术的环境监测装置[2]。

（二）技术原理

1.嵌入式处理器及微电脑平台

目前，最具代表性的嵌入式处理器微电脑平台当属树莓派。它是一款基于ARM的微型电脑主板，其内存硬盘为SD/MicroSD卡;卡片主板周围，设置了1/2/4个USB接口和1个10/100以太网接口。这些接口除了用于连接键盘、鼠标和网线以外，还为输出视频模拟信号的电视和HDMI高清视频提供了输出接口。以上部件全部整合在同一张主板上，该主板的尺寸虽然只有一张信用卡大小，却集合了所有PC的基本功能。只需接通电视机和键盘，可以扫行制作电子表格、文字处理、玩游戏、播放高清视频等多项功能。图1即为微电脑主板：

图1 微电脑主板

微电脑平台得益于体积小、外部接口多，能够实现多种功能，如项目所需的外部接口，如图2所示，17个GPIO及HAT规格铺设可满足项目所需的外部传感器接口定制。

图2 接口定义图

2.区块链技术

区块链是一种自引用的数据结构。其主要用途是存储大量交易信息，并且将每一条记录按照从后向前的顺序链接成一个整体，从而赋予数据信息公开透明、无法篡改、方便追溯等优势特点。使用区块链技术，把分布于各个机房的末端计算设备链接起来，通过一种共识机制互相证实机房环境记录的真实性和可靠性，从而达到环境巡视记录不可篡改的目的[3]。

3.传感器外接适配及内外部接口

利用微电脑平台所带的GPIO接口，能够开发出适配多种传感器的外接适配，如图3所示，此种做法有利于外接传感器模块的升级迭代，不会因为传感器的升级而需要更换大量适配设备。

图3 装置结构框图

装置中可以利用嵌入式程序的方式，融合区块链技术，搜集处理传感器数据后，记录数据并通过共识机制发布到公链上，防止记录被篡改[4]。

三、环境监测系统构建中区块链和物联网技术的应用成果

国网漯河供电公司群众创新项目中，凭借环境监测技术、物联网以及区块链的综合运用，解决了环境监测装置在实际生产中相对固化、系统无法实现一次建设、设备更新迭代问题、环境记录人为篡改一系列弊端问题。而且，借助区块链和物联网技术，只需将环境监测装置安装到一台普通的末端计算当中，即可执行各项操作命令，体现出较强的灵活性与经济性。使用区块链技术，可将分布于各个机房的末端计算链接成一个网络，再建立起一种共识机制，实现所有末端计算机的互相证实，避免环境巡视记录被人为篡改，使机房环境记录的真实性与可靠性获得显著提升[5]。

结语：机房环境监测系统当中的数据为科学研究、企业管理以及相关工作决策提供非常重要的参考依据。然而，很多机房环境监测系统由于受到技术水平和设计理念上的限制，存在诸多不科学、不合理之处，导致在实际应用过程中遇到系统无法一次建设、设备难以迭代升级、环境记录容易被人为篡改一系列问题。为了解决上述问题，相关技术人员通过对环境监测技术、物联网以及区块链的综合运用，构建起更加先进科学的环境监测系统，有效保证了数据信息的安全性与真实，为数据信息的高效利用提供了极大的技术支撑。

参考文献：

[1]冯顺萍.物联网中区块链技术的应用与展望[J].电子技术与软件工程，2021（14）：188-189.

[2]张立群，丰希奎，高丽莎，李佩泽.基于“物联网+”区块链技术的工程检测管理系统[J].信息系统工程，2021（05）：48-50.

[3]时晔.区块链技术在物联网中应用研究[J].电子测试，2021（06）：73-74+100.DOI：10.16520/j.cnki.1000-8519.2021.06.032.

[4]田志宏，赵金东.面向物联网的区块链共识机制综述[J].计算机应用，2021，41（04）：917-929.

[5]陈锦煌，刘志洋.基于区块链的环境监测数据安全共享的探究[J].中小企业管理与科技（上旬刊），2020（07）：82-83+87.