新时期区块链技术在智慧水务的应用分析

李灿波

（潍坊市市政工程设计研究院有限公司）

1 引言

在我国社会体系中，区块链技术应用场景较多，包括医疗领域、教育领域、通信领域。近年来，智慧水务建设趋势逐渐明朗，但水务系统的升级仍存在较多阻碍，区块链技术渗透在智慧水务系统后，能够使我国水务系统顺利进入“智慧化决策”阶段。但是为保障智慧水务系统满足社会水务管理的实际需求，还应基于区块链技术，优化智慧水务建设方案。

2 智慧水务相关概述

“智慧水务”是基于现代信息技术体系，在GIS、大数据、物联网等技术的支持下，智能感知、监控城镇水务系统，并利用各类先进技术手段，分析水务数据，处理水务信息。随后在系统“智能感知”后，应用仿真技术、人工智能技术对水务业务进行智能决策。智慧水务是针对社会水务活动的综合性管理系统，有利于促进水务管理的精细化、智能化发展[1]。

近年来，我国智慧水务技术体系逐渐完善，但对于水务决策仍依赖于基础的数据资源。为保障水务智慧管理决策的合理性，区块链技术可凭借自身“可追踪”、“去中心化”、“不可篡改”特征，在系统内打造分布式数据库，并联合水务系统现有的技术终端，严谨地进行数据处理、存储、转换、安全管理，夯实我国智慧水务系统的数据基础。

3 我国智慧水务的发展阶段

相关数据显示，2021年我国智慧化水务建设中的投资数额即将突破100亿元。国家针对“智慧水务”建设提出一系列政策方针，且现代信息技术更为成熟，预计智慧水务在未来会进入高速发展阶段，行业规模将从2021年的159亿元突破到251亿元。

智慧水务建设是较为复杂的系统工程，不可一蹴而就，需要历经4个发展阶段：

①通过城镇水务系统的信息化建设，完善水务系统基础设施，使其具有“自动采集水务数据”的功能。

②在物联网、互联网技术的支持下，整合水务系统相关的网络数据，提升其自动化水平，使其能够和手机、电脑终端连接，实现远程水务管理。

③基于智慧水务平台，共享行业内的水务管理资源、水务信息、业务数据，促进智慧水务系统中的信息共享，实现水务管理信息互联互通。

④在大数据、云计算、区块链等技术的驱动下，增加水务系统决策的智慧化程度，真正意义地实现“智慧水务”。

4 智慧水务中应用区块链技术的必要性

目前，我国智慧水务建设中的“数据孤岛”问题、“数据价值挖掘不到位”的问题非常突出，导致智慧水务系统的决策能力较弱，且数据采集、分析过程中无法保障水务基础数据的真实性。智慧水务作为城市智慧化建设的重要结构，水务系统运行期间需采集大量的城市防汛数据、水质信息、水文数据、排水数据，并通过网络层数据分析作用，监测、处理水务数据，实现水务智慧化管理[2]。但物联网、大数据支持下的“中心化”技术结构会存在一定数据安全风险，需要借助区块链技术解决智慧水务系统的数据问题。

由此可见，区块链技术在智慧水务系统的数据结构中，可通过“去中心化”的基本模式，为水务业务的智慧管理提供可靠的数据支持，有利于增强水务管理决策的科学性。同时能够用基础水务数据，反映城镇区域内的真实情况，便于相关主体在水务管理中做好排水规划、水资源配置工作，确保城市水务治理效果。

5 基于区块链技术的智慧水务建设

5.1 确保供水信息的可靠性

智慧水务系统中，区块链技术的本质是作为一种数据透明、公开且去中心化的管理型账本，可追踪水务管理中的水交易信息、供水信息。若使用传统的“公有链”，在记录水量、水质信息时都会因个体、企业的违规操作导致数据不真实。区块链技术可通过采集不可变的供水信息、其他水务信息，帮助智慧水务管理验证系统内水信息的真实性，实现水数据的有效验证，为其制定管理决策打好基础。比如基于传统“中心化”的公有链，智慧水务系统在追溯水质污染源头、其他水务问题时所获取的信息存在失真、延时情况，继而影响水务决策的有效性[3]。

5.2 实现水交易的智慧管理

智慧水务系统联合应用物联网、区块链技术后，其管理效率更为高效，智能化程度加深，同时能够实现“水交易”的智慧管理。

①技术融合后，智慧水务系统可全面、实时监控城镇范围内的“供水管网”，不仅能够排查管网运行期间的漏失隐患，还能够利用智能化的水量数据、水压数据传感器，去中心化采集、传输基础水信息，发现异常水交易问题后，由传感器进行数据交换分析并给出预警信息。

②中心化数据结构中，水交易数据的管理难度较大。区块链技术，可以在智慧水务系统中针对水交易建立无中心数据节点，即在信任某一加密算法的前提下，利用区块链技术的可溯源、透明、不可篡改特点，管理水费交易、污染权排放交易等，且区块链底层结构具有可编程、可加载特点，可结合智慧水务的实际需求，扩大系统在水交易中的应用场景。

③基于区块链技术，智慧水务可实现城镇特定区域内水权“点对点交易”，让用户根据可靠的水交易信息，了解、共享水污染超额、水权利用时的共享数据资源，合理地进行点对点的水交易。

不仅如此，在区块链技术的支持下，智慧水务系统中的传感设备可实现水数据的安全传输，让用水主体能够掌握日常用水情况，做好水资源管理。发生漏水情况后，传感设备可发送提醒信息，或自动关闭水闸，减少水资源浪费。

5.3 提升智慧水务管理效率

智慧水务系统中，区块链技术能够提升水务管理效率，使系统有效地利用、处理水务信息，具体的应用思路如下：

①通过应用“区块链去中心化、分布式账本体系”，在智慧水务中建立数据共识机制、智能合约，建设用水企业、用水个体的数字化身份，并在水务系统的数字空间中，对各主体的用水数据进行确权。随后利用非对称加密技术、点对点网络技术存储、保护相关的水务信息，实现水交易、水务访问时的隐私保护[4]。另外，智慧水务建设中，水务管理范围内的数据信息较为复杂，区块链技术可在各地区的水文数据、水利数据、环保数据的采集中加强数据溯源、数据保护，为智慧水务管理提供可靠的数据支持。

②区块链技术可促进智慧水务管理的灵活性，为城镇范围内相同流域的用水主体提供差异化的用水建议，使其根据天气和气候信息、水价格、市场趋势，结合自身需求进行定制化用水。在此过程中，智慧水务管理的信息获取更为高效，甚至能够实时地管理水务业务，为智慧水务系统中个体消费者、企业用户、工业用水主体、水务公司、水务管理部门提供其所需的数据信息，优化其对水资源的应用策略。比如，某公司在智慧水务管理中，基于区块链技术验证电力生产时水资源的分区使用效果，结果表示区块链技术能够实现水资源的合理分配。因此，智慧水务系统同样可利用该技术，分配水资源，加强水资源管理。

5.4 保障基础水务数据的安全性

在智慧水务中应用区块链技术时，该技术不仅可实现水务数据的有效处理，还能够促进水务数据的深入分析，保障基础水务数据的安全性，为水务系统实现智能业务、业务智能创造良好条件。具体来说，针对智慧水务系统中物联网数据面临的“费用、容量”约束问题，以及数据结构缺陷问题、服务器停摆问题、操作问题，区块链技术可通过以下方式，维护水务数据的安全性。

①利用智慧水务系统中的“智能合约”使智能化设备安全通信，且通信过程中无须增设系统中的“中心实体”。

②依据智慧水务系统中所传递的安全信息，自动验证水务访问签名、设备标识、消息发送主体身份权限，确保水务数据传递时的加密管理效果。

③基于去中心化的数据结构，直接用计算机、智慧水务设备记录存储对应的水务信息，从而避免系统在面临网络攻击、软件运行问题时出现停机情况。

④通过数据不可欺骗的技术优势，检测智慧水务系统中的违规行为，并阻止分散后进行设备互锁，即发现某一设备区块链更新异常后，拒绝该设备的通信请求。

5.5 优化水务系统数据服务结构

区块链技术是从数据服务层面应用在智慧水务系统中，并通过数据结构的优化设计，为智慧水务建设提供可靠的数据服务体系。即利用区块链技术，开发独立的服务系统，如“区块链BaaS服务结构”，该服务结构可应用在系统的“公有云”、“水务业务”中，或保持独立，通过RESTful接口为智慧水务系统提供“数据溯源”、“注册区块链账户”、“水务数据验证”等服务[5]。

①智慧水务系统中的区块链服务层可凭借该技术的不可篡改、分布式账本特性，为水务系统上层业务管理提供可信的数据服务。比如，评估水务业务数据中数据信息的“健康状态”，验证其真实性，验证流程如下。

首先，在智慧水务系统利用物联网平台的标识ID管理智能水表时，凭借区块链技术，创建BaaS服务接口，注册区块链个账，激活后用区块链账户一一映射已有的标识ID。其次，根据智能水表显示的数据，由区块链账户验证其健康状态数据，未发现异常后通过NBIoT传输到智慧水务系统的物联网平台，并从区块链BaaS服务结构中的数据接口录入该智能水表的基础水交易信息。

②区块链技术可实现智慧水务系统高并发量的数据验证。区块链BaaS服务结构会结合智慧水务系统的应用场景，以及水务数据“高并发”的特点，自动化地拓展数据验证功能。从而在系统进行水务管理、处理智能水表数据，建立数据健康状态的验证模型，并利用系统已有的技术架构，多节点地接入数据，自动缓冲数据库，满足智慧水务系统中高并发数据的上链验证、分析需求，提升智慧水务管理期间数据写入效率，从系统底层验证高并发水务数据的可靠性。同时能够在水交易管理中，利用BaaS服务结构，突破区块链层吞吐海量水务数据时的限制，满足未来智慧水务系统高效管理的根本需求。

6 结语

综上所述，智慧水务系统建设中，区块链技术的数据透明性、不可篡改性特征能够增强水务管理中基础数据的真实性，减少水务管理风险。因此，在推进水务系统智能化建设时，还应合理利用区块链技术，优化智慧水务系统的数据结构，改善水务业务环境，为水务智能化管理提供更可靠的数据资源，确保智慧水务决策的合理性。