區(qū)塊鏈技術(shù)在農(nóng)村智慧水利建設中的應用

李俊杰 劉亞茹 吳 霞

（河南水利與環(huán)境職業(yè)學院，河南 鄭州 450000）

0 引言

水利是國家經(jīng)濟發(fā)展及社會進步的重要條件之一，是社會大眾賴以生存的基礎條件?，F(xiàn)階段，區(qū)塊鏈技術(shù)逐漸影響和改變?nèi)藗兊纳詈蜕a(chǎn)方式，使水利現(xiàn)代化建設也不再局限于工程建設，而是轉(zhuǎn)向智慧水利建設。

1 區(qū)塊鏈技術(shù)概論

區(qū)塊鏈技術(shù)起源于20世紀80年代，是利用塊鏈式數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來驗證與存儲數(shù)據(jù)、利用分布式節(jié)點共識算法來生成和更新數(shù)據(jù)、利用密碼學的方式保證數(shù)據(jù)傳輸和訪問安全、利用由自動化腳本代碼組成的智能合約來編程和操作數(shù)據(jù)的一種全新的分布式基礎架構(gòu)與計算范式。用區(qū)塊鏈技術(shù)所串接的分布式賬本能讓兩方有效紀錄交易，且可永久查驗此交易。當前，區(qū)塊鏈技術(shù)最大的應用是數(shù)字貨幣。對于農(nóng)村智慧水利建設工程，區(qū)塊鏈技術(shù)的應用能保證工程施工質(zhì)量與準確性，實際應用結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 區(qū)塊鏈結(jié)構(gòu)

2 區(qū)塊鏈技術(shù)特點

2.1 去中心化

在區(qū)塊鏈系統(tǒng)中，任意節(jié)點的權(quán)利和義務都是均等的，所有的節(jié)點都有能力用計算能力投票，從而保證得到承認的結(jié)果是過半數(shù)節(jié)點公認的結(jié)果。加之該技術(shù)所具備的密碼學和共識機制能夠確保各個節(jié)點之間直接交換數(shù)據(jù)和信息，無須第三方再次認證，因此，在日常數(shù)據(jù)管理環(huán)節(jié)，任何一節(jié)點的缺少都不會影響區(qū)塊鏈技術(shù)發(fā)揮作用。

2.2 公開性

區(qū)塊鏈技術(shù)通過各個節(jié)點所達成的共識管理制度具有顯著優(yōu)勢。由于區(qū)塊鏈技術(shù)中的信息和數(shù)據(jù)主要以副本的形式儲存在各個節(jié)點，因而每個節(jié)點都可以通過公鑰管理信息的精準程度，不僅能確保系統(tǒng)運行規(guī)則及數(shù)據(jù)內(nèi)容的公開性與透明性，還能保證數(shù)據(jù)的真實性與安全性。

2.3 無法更改

區(qū)塊鏈技術(shù)中的共識區(qū)域可以確保所有節(jié)點達成一致性，在同步修改各自副本的同時，讓所有節(jié)點中內(nèi)容相同。但是為了保證副本內(nèi)容的精準性，其節(jié)點更改率只有大于50%才能從根本上更改區(qū)塊鏈中的數(shù)據(jù)與信息。

2.4 可追溯

區(qū)塊鏈在實施過程中，需要按照時間順序和流程連接成數(shù)據(jù)鏈，并且一旦形成數(shù)據(jù)鏈，將不能輕易修改。因此，該技術(shù)具有較強的追溯性。

2.5 安全穩(wěn)定

在共同保護機制中，系統(tǒng)節(jié)點之間應相互信任，所以無須公開身份信息就能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)之間的交流與溝通，并且節(jié)點信息隱私受到基礎保護。除此之外，區(qū)塊鏈技術(shù)實施過程中，非對稱加密計算方式中的數(shù)據(jù)與信息加密功能、共識機制所形成的強大計算能力都能夠有效防止和避免出現(xiàn)數(shù)據(jù)泄露問題。

3 農(nóng)村智慧水利建設面臨的機遇與挑戰(zhàn)

3.1 機遇

農(nóng)村智慧水利主要指的是在水利工程實際建設中，綜合應用大數(shù)據(jù)系統(tǒng)、云計算技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)平臺及人工智能等全新技術(shù)，以此完成水利數(shù)據(jù)的全收集、全觀察，最大限度地增強水利工程預防自然災害的基礎能力?，F(xiàn)階段，我國農(nóng)村智慧水利發(fā)展過程中所使用的全新技術(shù)主要包含大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)等。以上技術(shù)的綜合使用可以有效轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)工程建設模式，從根本上增加農(nóng)村水利建設與經(jīng)營的科學技術(shù)含量。

開展農(nóng)村智慧水利建設能夠有效解決我國農(nóng)村水利工程落后局面，積極引進全新技術(shù)，提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)規(guī)模化水平，達到減少經(jīng)濟成本、提升社會競爭力的發(fā)展目標。其中，大數(shù)據(jù)技術(shù)的應用可以讓農(nóng)村智慧水利工程獲得更多類型和數(shù)量的信息數(shù)據(jù)，極大提升數(shù)據(jù)分析和處理的精準程度與效率，完成水利工程建設數(shù)據(jù)的實時收集與詳細分析，更好地為水利工程決策提供理論支持。人工智能技術(shù)的使用能夠更好地代替人力資源，只需少數(shù)技術(shù)人員就能夠進行水利工程的全流程管理和技術(shù)操作，有效解決農(nóng)村水利工程建設時勞動力短缺等問題，確保工程項目建設能按照規(guī)劃方案更科學、合理且精準地開展，確保能實時觀察、實時監(jiān)測工程建設情況。

3.2 挑戰(zhàn)

第一，我國現(xiàn)有的水利工程建設范圍較小，施工技術(shù)相對比較落后，施工人員素質(zhì)較低，致使農(nóng)業(yè)高新技術(shù)無法正常應用，長此以往導致水利工程建設無法正常推進。

第二，由于農(nóng)村交通不便，一旦需要開展水利工程建設，會導致施工材料流通成本增加。

第三，在目前我國水利工程建設中，信息技術(shù)應用程度明顯不高，信息化基礎設施建設十分薄弱。加之水利工程建設所產(chǎn)生的信息和數(shù)據(jù)普遍具有量大、處理時間長等，對于計算能力、數(shù)據(jù)儲存等提出了較高的要求。

4 區(qū)塊鏈技術(shù)在農(nóng)村智慧水利建設中的應用策略

4.1 數(shù)據(jù)安全

水利數(shù)據(jù)和信息的來源十分廣泛，其中包含水文資源、水利水電工廠、水土保持等重點業(yè)務和項目建設領域。目前，各部門之間數(shù)據(jù)和信息相互不流通，導致部門之間的“信息孤島”現(xiàn)象突出。區(qū)塊鏈技術(shù)從本質(zhì)上來看是一個分享式的共享信息和數(shù)據(jù)庫，所以利用該技術(shù)能夠解決數(shù)據(jù)與信息流通過程中信息認證、更改及追溯源頭等核心問題，且為解決水利工程項目數(shù)據(jù)管理時可能存在的安全性及數(shù)據(jù)壁壘問題提供可能。

在農(nóng)村智慧水利建設環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)管理模式無法有效且實時驗證數(shù)據(jù)授權(quán)的有效性，不能對數(shù)據(jù)流通開展合理化控制與信息審核。相較于傳統(tǒng)的管理模式，采用區(qū)塊鏈技術(shù)時所有節(jié)點都可以參與信息與數(shù)據(jù)的計算和記錄，全流程數(shù)據(jù)不能隨意更改，并且可以實時共享信息授權(quán)記錄，因此該技術(shù)查詢效率較高。除此之外，該技術(shù)將每個管理區(qū)域的交易信息相互結(jié)合，有效構(gòu)建出一個完整的交易列表，而列表不可隨意改變，需要通過驗證其他信息的可行性與安全性完成信息路徑的追溯。由此可見，區(qū)塊鏈技術(shù)在農(nóng)村智慧水利建設中的應用具有安全性與共享性。

4.2 供水管理

傳統(tǒng)模式下，農(nóng)村水利供水設備的日常操作、維護及供水等數(shù)據(jù)和信息缺少備份和監(jiān)督管理，則無法保證信息記錄的真實性與系統(tǒng)性。而使用區(qū)塊鏈技術(shù)能夠?qū)⒐┧W(wǎng)絡平臺、信息傳感器、信息儲存和中央控制模塊統(tǒng)一整合，利用分布式賬本，確保水利工程項目供水過程中各個施工環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)和信息的安全。與此同時，區(qū)塊鏈技術(shù)自身所具備的可追溯性及信息不可篡改性同樣有利于管理人員對于供水流程開展全面監(jiān)督，如果發(fā)現(xiàn)問題，可以溯源，極大地提升水利工程供水流程管理的智能化程度。

4.3 用水管理

在用水管理環(huán)節(jié)，要求實時且精準地針對水資源全流程開展系統(tǒng)化管理，但是實際工作中，受技術(shù)人員素質(zhì)、資金投入及設備等因素的影響，經(jīng)常出現(xiàn)用戶違規(guī)用水、數(shù)據(jù)造假等問題。因此，在用水管理過程中，使用區(qū)塊鏈技術(shù)將各環(huán)節(jié)信息上鏈處理，讓所收集的信息數(shù)據(jù)不能輕易被更改，不僅可以確保水資源管理流程數(shù)據(jù)和信息的真實性，還可以有效減少數(shù)據(jù)在審核及匯總環(huán)節(jié)的人力支出成本。

4.4 項目建設管理

農(nóng)村智慧水利工程建設涉及施工、質(zhì)量監(jiān)理及材料供應等多個部門。若采取傳統(tǒng)工程建設方式，需要施工方嚴格把控施工進度，實時獲得方案設計、項目施工及質(zhì)量監(jiān)理等各個環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)，因此，項目建設管理不僅十分復雜，而且難度大。

針對此種現(xiàn)狀，技術(shù)人員應基于區(qū)塊鏈分布式賬目管理技術(shù)及共享施工原則，科學、有效地建設與管理水利工程項目。這不僅可以縮短對施工文件和項目數(shù)據(jù)真實性的明確時間，簡化簽字與蓋章等施工流程，而且能方便各項工程數(shù)據(jù)的收集、分析及儲存，確保水利工程項目施工進度，提升水利工程建設水平。

4.5 飲水安全

保障農(nóng)村飲水安全是實施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的一個關鍵任務，現(xiàn)階段，我國已經(jīng)建成較為完整的鄉(xiāng)村供水工程體系，農(nóng)村集中供水率達到了88%，農(nóng)民自來水普及率達到了83%，整體農(nóng)村供水水平得到了明顯提高。

雖然多數(shù)農(nóng)村供水工程建設了水質(zhì)監(jiān)測站點，但是還未有效構(gòu)建水質(zhì)監(jiān)測結(jié)構(gòu)體系，水質(zhì)檢測能力明顯不足，對于水資源運輸、水資源凈化等全流程水質(zhì)檢測能力較差，無法及時、全面地了解農(nóng)村安全供水實際情況。而利用區(qū)塊鏈技術(shù)能夠?qū)⑥r(nóng)村飲用水水質(zhì)及水源信息監(jiān)測全流程進行上鏈處理，在共享數(shù)據(jù)的同時防止數(shù)據(jù)被擅自更改，實現(xiàn)飲用水水質(zhì)情況全流程追溯，從根本上提升農(nóng)村供水安全的智能化管理水平。

4.6 水利監(jiān)督

農(nóng)村智慧水利建設和作業(yè)監(jiān)督一般采用信息檢查、施工稽查、考核評價等方式，并且通過信息記錄描述、拍照錄像等方式進行結(jié)果儲存。但電子存證普遍具有易消亡、易篡改及技術(shù)性較強等特點，所以與傳統(tǒng)實物文件證據(jù)相比，電子證據(jù)真實性及合法性的基礎認定難度相對較大。而采用區(qū)塊鏈技術(shù)將拍照、錄音、錄像及文字描述等取證文件、取證時間及經(jīng)緯度信息實時上鏈鎖定，使得取證內(nèi)容不能修改，可確保取證的及時性、客觀性及可追溯性。

5 結(jié)語

區(qū)塊鏈技術(shù)作為一種全新的信息技術(shù)，相對于傳統(tǒng)技術(shù)來說有助于推動水利建設數(shù)據(jù)和信息的流通，能夠提升水利行業(yè)基礎監(jiān)管能力，全面推進農(nóng)村智慧水利建設。雖然該技術(shù)具有一定優(yōu)勢和特點，但是實際使用過程中，無論是技術(shù)研究還是實踐都處于初級階段，自身存在著一定的風險問題。為此，技術(shù)人員需要結(jié)合區(qū)塊鏈技術(shù)的應用特點進一步加強研究和探索。