淺析區(qū)塊鏈技術(shù)在智慧水務(wù)的應(yīng)用對(duì)策和思考

吳國(guó)偉 湯晶晶 韓晨陽(yáng)

[摘? ? 要 ]通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)水務(wù)的現(xiàn)狀以及智慧水務(wù)、區(qū)塊鏈技術(shù)的特點(diǎn)進(jìn)行分析，從利用區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用在智慧水務(wù)中的智慧營(yíng)商、智慧防偽、智慧結(jié)算、智慧服務(wù)方面進(jìn)行論述，展望水務(wù)今后發(fā)展方向。

[關(guān)鍵詞]智慧水務(wù);區(qū)塊鏈;架構(gòu)體系;應(yīng)用對(duì)策

[中圖分類號(hào)]TP311.13;F124.3;G253[文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2020）08–00–03

Application Countermeasures and Thinking of Blockchain Technology in Smart Water

Wu Guo-wei， Tang Jing-jing， Han Chen-yang

[Abstract]Through the analysis of the current situation of traditional water affairs and the characteristics of smart water and blockchain technology， this paper discusses the application of blockchain technology in smart water business， intelligent anti-counterfeiting， intelligent settlement and intelligent service， and looks forward to the future development direction of water affairs.

[Keywords]smart water; blockchain; architecture system; Application Countermeasures

水務(wù)行業(yè)作為公共服務(wù)行業(yè)是社會(huì)文明和城市發(fā)展的基礎(chǔ)，智慧水務(wù)則是智慧城市重要組成之一，其生產(chǎn)、使用、消費(fèi)、維護(hù)等一系列過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)，其系統(tǒng)的穩(wěn)定高效運(yùn)行與群眾生活生產(chǎn)緊密相關(guān)。區(qū)塊鏈作為一種擁有公開(kāi)、防偽、可追溯、集體維護(hù)等特征的技術(shù)，為實(shí)現(xiàn)用戶、水務(wù)企業(yè)、設(shè)備供應(yīng)商、配套服務(wù)商、銀行、政府部門以及相關(guān)參與方的數(shù)據(jù)共享，實(shí)現(xiàn)水務(wù)數(shù)據(jù)資產(chǎn)的智慧管理，實(shí)現(xiàn)水務(wù)各方參與者之間信任問(wèn)題的有效解決，提供了必要的支撐。

1 現(xiàn)狀

1.1 水務(wù)信息現(xiàn)狀及難點(diǎn)

目前，國(guó)內(nèi)大型水務(wù)企業(yè)普遍建立了各類內(nèi)部業(yè)務(wù)系統(tǒng)，但涉及多系統(tǒng)管理，則普遍存在“信息孤島”現(xiàn)象，還難以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，因此無(wú)法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)效益增值，同時(shí)，在與外部系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換大多僅限微信、支付寶等繳費(fèi)系統(tǒng)，進(jìn)行簡(jiǎn)單接口連接?？梢哉f(shuō)目前水務(wù)行業(yè)的數(shù)據(jù)管理還處于聯(lián)網(wǎng)不共享階段，數(shù)據(jù)的輸入、傳輸、儲(chǔ)存、計(jì)算、分析、應(yīng)用各成一家，協(xié)同性較差。例如水務(wù)企業(yè)與設(shè)備供應(yīng)商、用戶、銀行、電力公司、道路養(yǎng)護(hù)單位、政府部門等水務(wù)參與方僅停留在水務(wù)單體系或個(gè)別雙體系內(nèi)進(jìn)行簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)交換，無(wú)法實(shí)現(xiàn)全過(guò)程數(shù)據(jù)共享。

1.2 智慧水務(wù)

2017年11月中國(guó)城鎮(zhèn)供水排水協(xié)會(huì)科學(xué)技術(shù)委員會(huì)與中國(guó)生態(tài)城市研究院智慧水務(wù)中心聯(lián)合發(fā)表《2017中國(guó)智慧水務(wù)發(fā)展白皮書(shū)》，闡述智慧水務(wù)是通過(guò)智能設(shè)備感知水務(wù)企業(yè)生產(chǎn)、環(huán)境、狀態(tài)等全方位變化，對(duì)海量感知數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸、存儲(chǔ)和處理，實(shí)現(xiàn)海量數(shù)據(jù)的智能分析，為水務(wù)企業(yè)生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)、服務(wù)和管理提供服務(wù)決策支撐，從而達(dá)到“智慧”狀態(tài)[1]。目前水務(wù)已建設(shè)有一批溫度、水量、水質(zhì)、水壓、溫度等傳感設(shè)備設(shè)施，也實(shí)現(xiàn)了將這些設(shè)施產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行遠(yuǎn)程傳輸和保存，但缺少一套可以將數(shù)據(jù)進(jìn)行高效處理、挖掘和共享的系統(tǒng)。

1.3 區(qū)塊鏈技術(shù)

通俗的說(shuō)，區(qū)塊鏈技術(shù)可以在無(wú)須第三方背書(shū)的情況下實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中所有數(shù)據(jù)信息的公開(kāi)透明、不可篡改、不可偽造、可追溯[2]。2008年，有一個(gè)化名為“中本聰”的神秘人士發(fā)表了一篇論文《比特幣：一種點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的電子現(xiàn)金系統(tǒng)》，第一次提出區(qū)塊鏈概念。2019年，我國(guó)國(guó)家互聯(lián)網(wǎng)信息辦公室為規(guī)范區(qū)塊鏈技術(shù)相關(guān)服務(wù)，發(fā)布《區(qū)塊鏈信息服務(wù)管理規(guī)定》。

2 架構(gòu)體系與應(yīng)用對(duì)策

2.1 架構(gòu)體系

2.1.1 架構(gòu)選擇

一般來(lái)說(shuō)，區(qū)塊鏈系統(tǒng)由數(shù)據(jù)層、網(wǎng)絡(luò)層、共識(shí)層、激勵(lì)層、合約層和應(yīng)用層組成[3]?；趨^(qū)塊鏈的智慧水務(wù)數(shù)據(jù)資產(chǎn)管理選用綜合考慮水務(wù)行業(yè)區(qū)塊鏈可選用5層架構(gòu)，具體如表1所示。

2.1.2 區(qū)塊類型選擇

區(qū)塊鏈類型通常分為完全去中心化的公有區(qū)塊鏈、部分去中心化的聯(lián)合（行業(yè)）區(qū)塊鏈行業(yè)區(qū)塊鏈、完全中心化的私有區(qū)塊鏈3種[4]?；谒畡?wù)行業(yè)關(guān)系國(guó)家民生，數(shù)據(jù)相關(guān)行業(yè)眾多，智慧水務(wù)區(qū)塊鏈區(qū)塊類型需兼顧國(guó)家安全和效率兩個(gè)方面，因此可選用“聯(lián)合（行業(yè)）區(qū)塊鏈+私有區(qū)塊”2種疊加使用模式。

2.1.3 應(yīng)用場(chǎng)景

應(yīng)用場(chǎng)景如圖1所示。

2.2 應(yīng)用對(duì)策

2.2.1 智慧營(yíng)商

區(qū)塊鏈的分布式技術(shù)可以讓水務(wù)、供電、天然氣、通訊等服務(wù)商以及政府部門集中到一個(gè)鏈上，所有辦事流程交付智能合約，使服務(wù)流程優(yōu)化、服務(wù)體驗(yàn)提升。例如當(dāng)用戶隨意走進(jìn)一家城市公共設(shè)施服務(wù)商的一個(gè)服務(wù)大廳或登錄本地區(qū)的政務(wù)服務(wù)網(wǎng)在完成身份識(shí)別后，進(jìn)行新裝、更名、還是過(guò)戶等業(yè)務(wù)，可以形成智慧業(yè)務(wù)，使智慧業(yè)務(wù)在類似水務(wù)、電力、天然氣等系統(tǒng)中一起自動(dòng)流轉(zhuǎn)及處理，隨即完成審批或變更，省去中介環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)直接對(duì)接，一鍵資料輸入，多種跨行業(yè)業(yè)務(wù)一起辦理一起完成，從而降低成本，提高業(yè)務(wù)辦理時(shí)效，提升服務(wù)體現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)多業(yè)務(wù)一次辦、跨部門業(yè)務(wù)網(wǎng)上辦，助力“最多跑一次”。

2.2.2 智慧防偽

水務(wù)行業(yè)全過(guò)程時(shí)時(shí)刻刻產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)，目前，大部分水務(wù)企業(yè)基本上采用將這些海量數(shù)據(jù)進(jìn)行遠(yuǎn)程傳輸，并集中式存儲(chǔ)和異地備份模式，只能實(shí)現(xiàn)對(duì)點(diǎn)單向數(shù)據(jù)恢復(fù)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)成員數(shù)據(jù)庫(kù)間對(duì)等信任和糾錯(cuò)。而區(qū)塊鏈則可以通過(guò)哈希時(shí)間戳證明某個(gè)文件或者數(shù)字內(nèi)容在特定時(shí)間的存在，驗(yàn)證數(shù)據(jù)真實(shí)性，恢復(fù)數(shù)據(jù)，為水務(wù)企業(yè)、設(shè)備設(shè)施生產(chǎn)商、設(shè)計(jì)院等建立全過(guò)程數(shù)據(jù)證據(jù)鏈。例如利用區(qū)塊鏈作為泵機(jī)、壓力傳感器等設(shè)備的公共賬簿，實(shí)時(shí)準(zhǔn)確采集采購(gòu)、使用、故障、維修、報(bào)廢等信息，實(shí)時(shí)保全數(shù)據(jù)形成證據(jù)鏈，將為設(shè)備供應(yīng)商產(chǎn)品改進(jìn)、設(shè)計(jì)院設(shè)備選型、使用方性價(jià)比確定等提供完美的技術(shù)參考。

2.2.3 智慧結(jié)算

區(qū)塊鏈在水務(wù)行業(yè)結(jié)算深度應(yīng)用后，推動(dòng)數(shù)據(jù)資產(chǎn)化和結(jié)算智慧化，以數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)結(jié)算場(chǎng)景的數(shù)據(jù)化應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)水務(wù)行業(yè)內(nèi)外供需直接對(duì)接，從而減少中間環(huán)節(jié)，加速轉(zhuǎn)化為商業(yè)價(jià)值。水務(wù)市場(chǎng)參與者共同維護(hù)，利用區(qū)塊鏈加密技術(shù)保證總賬安全透明，便于監(jiān)管。例如利用區(qū)塊鏈技術(shù)讓用戶、設(shè)備供應(yīng)商、設(shè)備制造商、水廠、設(shè)計(jì)院、第三方服務(wù)商等參與者獲取水廠設(shè)備的生命周期信息，以調(diào)節(jié)自身的采購(gòu)資源配置，結(jié)合國(guó)家金融政策，在實(shí)現(xiàn)票據(jù)數(shù)字化上鏈后在供應(yīng)商之間流轉(zhuǎn)，降低運(yùn)營(yíng)成本，是類似支付寶微信水費(fèi)繳費(fèi)模式的拓展。同時(shí)，通過(guò)區(qū)塊鏈技術(shù)將水務(wù)行業(yè)中不涉及國(guó)家機(jī)密和商業(yè)秘密的結(jié)算數(shù)據(jù)上鏈，利用區(qū)塊鏈公開(kāi)透明特征，成為企業(yè)、個(gè)人信用評(píng)價(jià)的重要數(shù)據(jù)，以及陽(yáng)光結(jié)算的重要監(jiān)督手段。

2.2.4 智慧服務(wù)

通過(guò)區(qū)塊鏈技術(shù)將全水務(wù)行業(yè)的相關(guān)數(shù)據(jù)上鏈，構(gòu)建可證可溯的電子證據(jù)存證，實(shí)現(xiàn)用戶、水務(wù)企業(yè)、設(shè)備供應(yīng)商、配套服務(wù)商、銀行、政府部門以及相關(guān)參與方數(shù)據(jù)共享，并在此基礎(chǔ)上輔助事前決策、事中跟蹤、事后評(píng)估。例如借助區(qū)塊鏈將水務(wù)行業(yè)的原水（污水、雨水等）、水處理廠、管網(wǎng)、泵機(jī)、流量計(jì)、水表等生產(chǎn)消費(fèi)數(shù)據(jù)與遙感、衛(wèi)星圖像、天氣數(shù)據(jù)、經(jīng)濟(jì)景氣指數(shù)、工業(yè)用電量，結(jié)合人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)，輸入節(jié)假日、重大事件、空間位置等數(shù)據(jù)信息將提前預(yù)測(cè)區(qū)域供水的水量和峰谷需求，以此優(yōu)劣判斷、早期預(yù)警、及時(shí)反饋、事后評(píng)估，指導(dǎo)調(diào)度，優(yōu)化管網(wǎng)運(yùn)行，合理投加藥劑，調(diào)節(jié)工藝水池液位高低，合理開(kāi)停各級(jí)泵機(jī)，降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益，從而更好地滿足百姓需求。通過(guò)區(qū)塊鏈技術(shù)將水務(wù)的數(shù)據(jù)與城市管理數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上鏈互聯(lián)互通，實(shí)現(xiàn)水務(wù)基礎(chǔ)設(shè)施信息與城市管理信息共享，讓市民、游客、城市配套服務(wù)者、城市管理者等每個(gè)城市參與者共享總賬帶來(lái)的管理效益溢出。如自來(lái)水水管發(fā)生破損，水務(wù)企業(yè)供水管理系統(tǒng)根據(jù)管網(wǎng)情況作出搶修方案，天氣、溫度、搶修位置、搶修占用公共通行面、通行指數(shù)、搶修預(yù)計(jì)時(shí)間、供水影響范圍等數(shù)據(jù)上鏈，方便交通部門調(diào)整交通指示燈啟停時(shí)間，方便水務(wù)企業(yè)優(yōu)化搶修車行駛路線和選擇搶修作業(yè)面，方便市民合理選擇出行和安排用水。

3 發(fā)展方向思考

區(qū)塊鏈面臨跨行業(yè)協(xié)調(diào)要求高，跨領(lǐng)域技術(shù)門檻高，跨空間信息更新快等困難，類似區(qū)塊信息如何承載、如何存儲(chǔ)，如何驗(yàn)證尚需有效解決，但總體區(qū)塊鏈在智慧水務(wù)應(yīng)用前景廣泛。區(qū)塊鏈將在去中心化優(yōu)勢(shì)方面，促進(jìn)行業(yè)在信息、資金、人才、征信的互聯(lián)互通，提升預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性;在公開(kāi)透明優(yōu)勢(shì)方面，促進(jìn)公平競(jìng)爭(zhēng)、穩(wěn)定透明的營(yíng)商環(huán)境;在安全共享優(yōu)勢(shì)方面，促進(jìn)信息數(shù)據(jù)共享、服務(wù)效率提升，深化“最多跑一次”改革，為社會(huì)提供更好地水務(wù)服務(wù)體現(xiàn)。

4 結(jié)束語(yǔ)

區(qū)塊鏈技術(shù)目前在水務(wù)行業(yè)的應(yīng)用和技術(shù)研究還處于初步階段，水務(wù)行業(yè)數(shù)字化、智能化、物聯(lián)化程度水平不高，在應(yīng)用中存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)需要可觀的資金技術(shù)投入，利用區(qū)塊鏈技術(shù)在智慧水務(wù)中應(yīng)用將提升水務(wù)行業(yè)管理的智能化、精準(zhǔn)化水平，促進(jìn)人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)挖掘、輔助決策等技術(shù)在水務(wù)行業(yè)的應(yīng)用和發(fā)展，提升服務(wù)水平、提

升群眾滿意率，提高工作效率、降低運(yùn)營(yíng)成本，從而整體提升城鄉(xiāng)智慧化水平。隨著區(qū)塊鏈技術(shù)的發(fā)展，問(wèn)題將能得到解決，區(qū)塊鏈技術(shù)在智慧水務(wù)應(yīng)用前景廣泛。

參考文獻(xiàn)

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