基于区块链技术的化工厂污染排放溯源系统可行性研究

郑帅 臧丽 李梦竹

摘要：由于化工厂的特殊性，使其在进行污染排放时有定期监测的需求，且应保证数据搜集的完整性与真实性。为达到这一目的，构建具有去中心化特征的溯源系统为极为重要，无论是溯源系统还是网络接入点，均应在确保數据公平、公正、稳定的前提下展开。该文以实际情况为基础，简述了化工厂污染排放溯源系统的构建方向，并详细阐述了最终确定使用的双链溯源系统设计，分析了系统的应用难点与可行性技术。

关键词：区块链技术;化工厂污染排放;溯源系统;可行性

中图分类号：TP311        文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2022）14-0111-03

化工厂作为生产工业、生活等领域需求化合物的主要场地，其排放污染物的控制问题一直以来都是社会所关注的关键问题。若无法保证污染物排放的控制效果，将必然会对周边生态环境造成难以估量的影响。因此，寻找构建污染排放溯源系统的途径极为重要，且由于对系统数据真实性的要求，若能够在其中融入区块链技术，将最大限度地发挥溯源系统的应用优势。基于此，对区块链技术应用背景下的化工厂污染排放溯源系统的构建可行性予以深入分析，具有极为重要的现实意义。

1 化工厂污染排放溯源系统的整体构建方向

1.1 动态流量测量

该系统构建的主要目的为明确污染物生成与排放量，因此不仅应保证此系统所应用软件程序的先进性，也需要提供足够的硬件支撑条件。实际的化工生产过程中，由于污染物的产生具有随时性与不确定性，因此若长期采取定期检测方式，将无法保证污染物的清理及时性[1]。构建该系统的核心要素为保证流量的动态监测效果，且需要明确影响到污染排放的关键因素，以充分发挥系统应用优势。系统构建必须在原监测系统之上对数据信息的获取来源予以扩大，并准确定位数据监测环节问题，以达到最大限度地降低污染、提高处理控制效果的目的。

1.2 历史数据自动保存

对于化工厂排污环节来说，历史数据所起到的主要作用为保证工作展开的合理性与状况分析的科学性，并能在此条件支持下完善系统一系列的数据更新与自动记录流程[2]。在构建溯源系统时，需要将历史数据的自动保存作为系统执行任务的核心。想要实现这一目标，关键在于自动获取到数据构建过程中的资源应用量，并联系过往数据以保证所计算出的排污监测结果的准确性，继而将其评估作用予以充分发挥。历史数据保存与对比分析功能是保证化工厂排污状况评估完整性的重要基础。在记录一系列历史数据的基础上，通过构建溯源分析系统将发挥历史数据为此环节质量评估依据的应用优势，并依照各个节点所接收到的功能请求分配调动权限，而此环节的顺利推行离不开数据分析预算计算，这就需要系统构建者对基础框架知识予以全面掌握，且应以不同的分层功能需求制定后续处理计划。

2 双链溯源系统设计

2.1 需求分析

本文所预估制造的溯源系统，其以区块链技术为核心用以对排污过程中的流量信息予以搜集。为保证数据的完整性与真实性，充分利用了区块链的不可篡改性质，用以消除所带来的信息篡改风险。围绕此特性，即可将其去中心化特征予以充分表现，搭建对应系统。从过往以公有链或多系统参与者为核心的溯源系统应用情况来看，在载体方面存在着诸多缺陷[3]。而若将所需求的溯源信息完全归入至以太坊或比特币的公有链条中，将产生极大的系统运营成本，因此一般建议选择许可链的储存方式。但由于许可链本身节点数量极少，被攻击风险较大，同样需要耗费较高的维护成本。为满足信息安全与存储成本的相关要求，就需要将现有公有链与许可链予以融合，继而制定出一套双链溯源方案。

2.2 许可链设计

交易存储是溯源系统中溯源信息储存在许可链中的重要过程，通常情况下溯源信息包含节点记录数据与上一条溯源交易号码，呈现出如图1所示的溯源存储结构。为达到在某一节点处迅速定位责任人的目的，所呈现信息还需要包括信息签名、公钥等。

2.3 公有链设计

溯源系统在实际应用过程中通常会采取预定方式存储许可链区块头验证信息，起到的作用主要是判断区块信息是否有被篡改迹象。此方式通常包括两类：公有链发布交易与合约存储哈希[4]。本文所探讨溯源系统主要采取公开区块链用以实现智能合约部署的方式，以便让每个人均能完成合约逻辑的观察任务，并达到存储合约中信息哈希验证的目的。若直接公开交易，则每十秒就需要产生一次调用智能合约的行为。且系统中所应用节点在有溯源信息存储需求的情况下，需要耗费大量时间在存储环节。因此，为最大限度地降低存储成本，建议以默克树的方式来组织许可链区块头，其根的存储途径为公有链。

2.4 录入与查询

此排污溯源系统应用后，其录入过程仅仅需要通过一个桌面软件即可实现，且能够在所开发的对应手机App上跟踪排污动态流量变化。操作人员只需要填好溯源信息，或在不同节点处的下拉菜单中选择需求信息，扫描二维码即可将所产生的这一阶段的历史数据归入到溯源系统[5]。智能手机的出现，让用户能够随时随地进行溯源与信息观察，继而将查询系统的应用优势发挥到最大。

3 溯源系统构建过程中区块链技术应用难点分析

3.1 信息安全保障

由于区块链技术的特殊性，使其在以此为基础的系统构建过程中，极容易在开放环境背景下遭受到来自外界的攻击，影响系统运行的稳定性与安全性。因此，强调信息安全保障的重要性极为关键。在开放环境的大技术背景下，一切有关排污系统的应用操作均具有便捷特点，并可根据自身实际情况与不同时间节点的使用需求，严控污染排放溯源系统的应用过程，继而提升系统适应性与应用效果[6]。但也正是由于信息的开放性特征，使其在信息安全层面始终存在着较多的安全隐患，操作过程稳定性下降的同时，也增大了数据信息的丢失风险，不利于后续持续性的系统完善与软件升级应用。因此，在构建针对化工厂的排污溯源系统时，必须严格遵循系统运行的基本规律，并以历史数据为依据制订后续的操作流程方案，彻底消除所存在的系统信息安全隐患。

3.2 永久性信息特征

原始数据本身并不具备不可更改与不可删除等特征，但由于所构建溯源系统以区块链技术为核心，使其所产生的一系列数据表现出了永久性特点。但需要注意的是，排污控制系统在使用过程中，将以实际对排污溯源系统的使用需求变化系统汇编程序，以满足不同阶段的系统需要[7]。虽然历史信息具有永久性特征，是构建与各个项目之间稳定联系的重要基础，但却极有可能会导致溯源系统功能实现效果受到不良影响，其既是应用优势，同时也是系统应用难点。若能够构建二者之间的平衡关系，攻克应用难点并做好功能协调工作过渡，即可达到最大限度开发程序功能优势的目的，从而解除信息永久属性对程序汇编所造成的限制。

3.3 数据交互环境

从程序的试运行过程来看，在当下以区块链技术为核心的交互环境下，受数据因素影响使得信息传输控制效果无法达到预期目标，其也成为系统开发与设计的难点问题。在所建设的程序应用范围内，系统之间各类信息具有关联性，并在多种数据信息之间做交换传输后实现预期功能。当下所存在的问题主要集中在所创设数据交互环境下对于各类信息权限的控制层面[8]。若不加以共享限制或不为其提供权限优化选择，将必然会影响数据信息的选择方向，甚至导致正处于传输过程中的信息批量丢失。若能够明确数据传输方向，营造稳定的数据交互氛围，后续的系统功能控制才能够依照预期方案实现各个节点的任务目标。

4 系统构建可行性技术分析

4.1 框架構建

首先应以化工厂所排放污染物的类型与特征联系周边实际情况构建基础的区块链架构，所构建的系统分为应用、数据、通信以及物理四部分，并将区块链构建技术融入基本框架内，且需要针对不同访问功能层，制订分类方案。对于化工厂来说，其展开针对性的排污溯源工作目的是实现多个监管部门共同进行数据分析的目标。由于明确了基本应用层级，对普通用户与监管用户进行了权限方面的区分，并在数据接入口处强调二者所对应数据的差异性，做区分处理后即可最大限度地消除在数据访问环节所出现的不良干扰[9]。基本框架构建与区块链溯源技术之间的融合具有功能标记与命令划分等多种功能，并在此前提下随着时间的推移而不断记录用户命令规律，继而对内容程序系统予以持续完善。各个框架层级所应用技术在中心化（部分）与公开化硬软件的支持下，为有需要数据查询与应用身份的用户提供了一定权限，其与当下化工厂污染排放系统的构建与应用需求相匹配，从其整体架构流程运行实况来看，具有实际应用价值。

4.2 数据库访问层构架

若有数据库访问需求，则应重点关注传感器探测层次，其获取到探测结果是实现数据库访问目标的重要基础。随后即可在区块链技术的帮助下，完成不同存储区域的划分任务，过程中应使用对应的专业数据反馈系统，用以接收功能信号与控制命令，访问请求通过后即可构建与数据库之间的连接，并根据实际需求查看数据库中的各类数据，整体安全性较高。对数据进行访问，现阶段主要依托网络平台，在网络接入点选择完成后，即可按照相应需求明确数据库的调动时间间隔[10]。作为决定数据传输与访问安全的数据库接入通道，溯源系统将依照所接收到的信息请求状况，针对接入点做自动接入或断开处理并确认合适的访问通道，这一过程可达到管理系统与分布式储存的基本目的。数据库在收入信息并自动保存后，其访问层面的分区状况将有较为理想的区分表现，为不同技术方法之间的相互融合奠定基础。

4.3 完善溯源系统机制

所构建的溯源系统具有同时完成多节点排污监测任务的能力，且能够在收入信息并做自动分析后，准确定位污染物的主要来源，并判断是否出现了污染物超标现象，以将其监督管理作用予以充分发挥。完善溯源系统的关键在于充分利用区块链的网络对接与数据库的针对性传输功能，继而实现围绕深入分析在所获取到排污信息的基础上，提升功能应用效率与信息整合的根本目标。完善机制所针对的主要为初期框架中的控制部分，不完善的框架构成极大地影响了数据库访问效果，且关联组合请求。针对组合请求范围内的功能完善需求，建议采取XML与EDI做数据交换处理的方式，帮助达到补充数据的目的，避免影响到信息完整性。随后即可依据反馈而来的一系列信息采取合适方式以实现距离控制目标。在对溯源系统机制的控制过程中，对应重点为其兼容性，且需要保证区块链中所包含所有互联网数据库的云存储效果与使用与其相匹配。这样一来，在历史数据积攒到一定程度后，即可依据事先设定好的预定存储值将所有数据上传至云空间，继而降低了数据丢失现象的发生风险。通过构建并持续完善溯源系统，有助于提升数据利用效率。从其实际应用情况来看，数据库建立后各类具有实时性特征的产生数据均强化了与平台之间的联系性，无论是需求的存储功能还是系统访问，均表现出了技术层面的操控可行性特征。

5 结束语

综上所述，若将区块链技术与化工厂排污溯源系统的构建过程相融合，即可在去中心化的思想引导下，实现对污染物进行全方位检测的目标，继而避免出现由于人为记录失误而出现的数据误差。在这一排污监测系统的应用背景下，化工厂排污的各个环节均能获得有效监管，避免出现责任互相推诿的现象，继而充分发挥系统应用与技术推广所带来的社会价值。

参考文献：

[1] 姚红梅.区块链技术在化工企业环境污染治理上的应用研究[J].化工管理，2020（1）：35-36.

[2] 谢春辉，熊蔚维，李国妹，等.基于区块链技术的中药材质量安全溯源系统设计[J].云南民族大学学报（自然科学版），2020，29（1）：84-90.

[3] 喻拓.基于区块链技术的链上数据及信息溯源系统：CN111523888A[P].2020-08-11.

[4] 柳祺祺，夏春萍.基于区块链技术的农产品质量溯源系统构建[J].高技术通讯，2019，29（3）：240-248.

[5] 严振亚，李健.基于区块链技术的碳排放交易及监控机制研究[J].企业经济，2020，39（6）：31-37.

[6] 明锐.区块链技术在政府环境污染治理中的应用研究[J].环境科学与管理，2019，44（6）：85-89.

[7] 刘雅东.基于区块链的溯源信息存储平台的研究与实现[D].北京：北京邮电大学，2019.

[8] 蒋轶伦，董威，陈立.上海市生活垃圾焚烧大气污染物排放特征与排放系数研究[J].四川环境，2020，39（5）：89-95.

[9] 谭洪舟，刘颜，陈荣军，等.一种基于区块链技术的农作物种子安全溯源系统：CN110135860A[P].20190816.

[10] 徐晓刚，钟培军，黄文勇.一种基于区块链技术的溯源管理系统：CN111429153A[P].2020-07-17.

收稿日期：2021-09-28

基金项目：潍坊工商职业学院科研项目：基于区块链技术的化工突发事件信息抽取的研究（项目编号：2019A05）

作者简介：郑帅（1990—），男，山东诸城人，教师，助理讲师，硕士研究生，主要研究方向为数据挖掘;臧丽（1986—），女，山东诸城人，教师，助理讲师，硕士研究生，主要研究方向为计算机软件与理论;李梦竹（1990—），女，山东诸城人，教师，助教，研究生，主要研究方向为计算机软件与理论。