基于区块链的能源计量数据采集终端

李堃

［摘 要］在当前我国能源计量背景下，强化能源计量监管政策的效用，推动市场主体主动作为，具有重要的理论意义和现实作用。本文以×市为例，通过工作实践、借鉴相关研究文献以及政策法规，对地方政府的能源计量监管工作和重点用能单位能源计量管理工作的现状进行研究分析，总结其中存在的问题和困难，并提出相应对策及解决办法。

［关键词］区块链；能源计量；物联网

［中图分类号］N94文献标志码：A

在数字经济时代，数据已经成为企业竞争的重要资源和生产要素。传统计量实验室中的实验人员与设备之间缺乏有效的联动，存在大量的人工、重复性工作，导致实验室效率低下且运行风险高。在数字化转型的大趋势下，需要对传统计量实验室进行升级改造，采用物联网、大数据、人工智能等先进技术，建立基于数据驱动的互联互通智慧计量数字化实验室，实现器具管理、计量检定、计量数据应用等功能，提高实验室设备之间的互联互通性，减少数据维护工作量，为计量工作提供更加智能和高效的解决方案。

1 区块链

区块链主要运用的是哈希函数、点对点网络、共识机制、时间戳等技术，它的基本组成结构是区块。每个区块包含区块头和区块体两个区块体两个部分，数据存储于区块体之中，按时间顺序构建，形成链式结构。

2 行业形势

2022年由国务院印发的《计量发展规划2021—2035》提出，要完善企业计量体系，强化对工业测量过程、测量数据的管理，推广智慧计量理念。×市计量监督检测院为适应计量检测设备数字化转型趋势，采用物联网和通信技术，研发了一套统一的检测设备联网上云和检测数据采集平台。该平台可实现设备的统一监控和管理服务，并将检测数据上传至云端进行共享。方逸洲等通过结合AIoT产品和技术，为6种计量校准实验项目设计了物联网网关和数据分析软件，以管理实验数据流，将大量人工操作改进为智能型自动化操控，该项改进显著提质增效［1］。

3 当前主要矛盾

当前阶段计量行业的主要矛盾比较突出，较为明显的矛盾如表1所示。

3.1 能源计量管理人员配备不足，业务技术素质较低

大部分重点用能单位，特别是中小企业、民营企业缺乏熟悉计量工作的专业人员，缺少能源计量专业知识和计量专业化的系统培训学习，计量管理水平得不到提升，人员技术素质满足不了现代化能源计量管理要求。大部分重点用能单位配备的能源计量管理人员都为兼职，且经常发生岗位转换等情况，造成从事能源计量管理工作的人员能源计量知识欠缺，对《重點用能单位能源计量审查规范》（以下简称《审查规范》）的理解不到位，履职情况不能满足《审查规范》要求，给能源计量管理工作带来诸多问题。

3.2 计量器具管理工作量大、共享程度低且易错

计量管理环节由不同的部门和不同的人负责，并且都在线下以纸质记录的形式进行操作，使整个管理过程缺乏有效的衔接和沟通，无法实现互相融合和互相协作。同时，由于计量器具种类繁多且数量庞大，管理工作也面临着很大的困难［2］。另外，计量实验室中各类记录文件分散，缺乏有效的记录和整理，无法为设备更新和技术改进项目提供有力的参考依据。更重要的是，计量器具管理也缺乏全生命周期管理的理念，无法从整体上对器具进行全方位的管理和维护，导致效率低下。

3.3 能源计量器具的配备和检定/校准工作投入不足

从近年来的能源计量审查工作实践和工作调研来看，大部分重点用能单位更重视直接关系到企业的经济效益的一级能源计量器具的配备和周期检定，而其他大多都没有进行周期检定/校准。部分重点用能单位认为企业内部使用的能源计量器具不需要溯源，对二、三级能源计量器具的检定/校准工作未给予重视。

3.4 计量数据应用基本没有涉及

计量数据是通过计量器具进行定量测量获得的数据，具有时间间隔、比率、标称和有序的标度特征，可支撑正确构造出有用的数据，并应用不同场合和不同产品的制造过程，成为实现工业自动化、智能化的重要途径。但目前整体处于“雷声大、雨点小”的局面，计量数据的应用尤其与生产过程的结合应用尚未多见成熟案例。针对当前行业面临的问题与发展趋势，亟需从计量工作和管理角度出发，利用物联网、大数据、AI等先进技术，推动智慧计量实验室的

建设［3］。

4 基于区块链的能源计量数据采集终端设计

该终端设计较为复杂，模块较多，大概模块设计如表2所示。

4.1 采集终端软件设计

采集终端采用嵌入式系统软件架构进行设计，主要包括以下软件模块。

第一，主控程序。采用低功耗设计主控程序对采集通信端口UART1、2，LoRa通信端口UART3进行初始化，TimerA定时器500ms定时初始化，存储芯片初始化，开启UART1、2、3接收中断和系统总中断，主程序控制系统进入低功耗模式，关闭各个微控制器外围模块，降低终端功耗。

第二，采集通信程序。采用定时机制进行数据采集，利用TimerA定时器设置500ms定时中断函数唤醒微控制器退出低功耗模式，微控制器控制UART1、2个通信接口发送标准MODBUS协议码流。当计量仪表返回的数据码流进入微控制器时，产生接收中断，接收中断函数进行数据码流接收，并进行数据准确性验证，接收数据完成且数据完整，重新进入低功耗工作模式。

第三，数据区块程序。按照下一节区块建立方式和验证方式，在采集通信程序接收完成的数据且数据无误的情况下建立数据区块。建立区块的过程需要进行多次私钥、公钥验证，程序负责判定各方身份的合法性。

第四，LoRa通信程序。采用定时上送数据机制，利用TimerA定时器设置500ms定时中断函数唤醒微控制器退出低功耗模式，微控制器控制UART3通信接口发送制定的标准协议码流，码流通过LoRa模块将数据码流发出。同时，专用的接收中断函数负责接收上层监控系统发送的交互信息、验证信息。

第五，加解密程序。加解密算法采用三重数据加密算法。在MODBUS协议帧中，对于发送的数据字段需要进行加密，加密程序对发送的数据进行加密。接收的数据则需要利用解密程序进行解密，以确保数据的安全［4］。

4.2 计量数据中台技术

计量数据中台技术旨在通过全面的数据集成、流程集成、应用集成、服务集成及生态链集成，打通数据壁垒，盘活技术数据，并可提供整套大数据技术、产品、方法论及服务，让数据持续走向业务、赋能业务，助力数字化转型工作。数据中台中的数据仓库是一个同时支持实时和离线导入的数据存储平台，能够对海量数据进行高效分析。从业务中台和技术中台集成数据到中央存储库，数据仓库将当前和历史数据存储在一起，用于为整个系统的用户创建分析报告。存储在仓库中的数据从业务中台与数据中台上传。这些数据需要通过ODS数据库，并且进行额外操作的数据清理，以确保数据质量，然后才能在数据仓库中用于报告。数据中台需要自定义维护数据源，通过溯源连接器获取元数据，并支持数据的自定义处理，通过数据处理引擎完成对数据的加工、清洗、汇总，通过目标连接器将处理后的数据上报，供上层应用调用，为系统的数据中台提供支持［5］。

4.3 勘探技术发展对可控震源计量的新需求

地震勘探技术不断发展，节点仪器的普及打破了传统以仪器为中心的地震数据采集模式，基于数字电台、公共网络（4G、5G）、MESH自组网电台等多种通信方式开发的可控震源激发生产管理系统促使以震源为中心的采集模式成为现实。可控震源激发生产管理系统（VPM）大数据通信带宽为传输其它数据提供了基础，另外技术进步促使了PLUS+1工业计算机、CAN总线、数字仪表等计量新手段在可控震源上的应用，使可控震源技术参数的数字化、保存、传输成为可能。

新的地震数据采集的效率由原来受采集仪器制约转化为受可控震源激发效率制约，为了保证地震数据采集效率，需要新的可控震源计量方法，需要将计量数据与可控震源故障预判及诊断结合起来。但是计量哪些数据才能满足勘探生产要求，数据如何保存所占存储空间小、调用快捷高效，如何传输数据才能准确及时，如何管理数据才能满足实时作业、事后分析，科研人员都在进行不断探索。

4.4 智能移動终端集成电能计量自动化系统

社会各项事业的高速发展使得整体用电量不断攀升。为了全力确保电力设备处于良好的作业状态，电力企业可以应用电能计量自动化系统。在具体运行操作过程中，该系统不但可以有效降低人工成本，直接跳过线路或电表检查工作，还可以自动获取电力设备的运行信息及电量传输信息。工作人员可以根据此装置呈现的用电量及时掌握电力设备在实际运行过程中出现的一系列问题，然后锁定故障发生的位置，并采取有效的应对措施。另外，电力企业可以应用该装置预防偷电行为，有针对性地做好相关防范工作，确保电量供应的稳定性，提升电能计量工作的准确性。因此，电力企业应借助计量自动化系统，及时发现问题，同时做好对周边电路的维护工作［6］。

4.5 设备物联技术

智慧计量的核心目标是通过标准接口和智能软硬件构建检定工作操作简便、实验结果智能分析、实验报告快速出具的高效流程，从而实现计量检定设备数据、检定记录和证书报告之间的数据打通，将检定结果的数据实现物联传递，形成融合效应。设备物联技术的核心是建立一个端到端深度融合的联网中间件，通过连接设备、数据和人员，实现智慧计量实验室的建设。该技术将传统的计量检测模式向智慧检测模式转型，通过软件和数据接口的打通，采集并控制计量检定设备，并将数据汇聚至云上进行处理和分析。最终，云上平台会自动生成原始记录、证书等。这种技术实现了设备上云、数据上云的目标，并将新一代信息技术和制造业深度融合，为计量检定工作提供高效配置的载体［7］。

5 结语

电力行业的相关管理主要依据各数据平台（内部平台），数据的来源肯定是源自各个计量模块，要确保计量模块的准确性，才能保证得到的数据不出差错，进而能够提升工作效率，节省人力物力。

参考文献

［1］胡小明，沈东伟，陆学成，等. 电能计量模组无线智能传感技术［Z］. 浙江永泰隆电子股份有限公司，2021.

［2］张昌菊，单金光. 某智能燃油计量机构正向设计研究［J］. 新技术新工艺，2021（7）：35-42.

［3］李育桂. 基于文献计量的我国档案领域人工智能研究论述［J］. 文化产业，2021（19）：58-59.

［4］赵雪松，谢倩娴，尹仕红，等. 基于遍历原则电能计量设备测试技术研究［J］. 中国新技术新产品，2021（13）：1-6.

［5］万鹏，周峰，胡浩亮，等. 面向智能变电站的数字化计量标准进展与分析［J］. 供用电，2021，38（7）：34-39.

［6］吕彩霞. 武汉联宇：“智能明渠量水器”实现精准计量［J］. 中国水利，2021（12）：113.

［7］王春楠，郭爱华，宋延勇. 建设智能测控装置产业计量测试中心，赋能产业高质量发展［J］. 张江科技评论，2021（3）：13-15.