淺析區塊鏈技術在智慧水務的應用對策和思考

吳國偉 湯晶晶 韓晨陽

[摘? ? 要 ]通過對傳統水務的現狀以及智慧水務、區塊鏈技術的特點進行分析，從利用區塊鏈技術應用在智慧水務中的智慧營商、智慧防偽、智慧結算、智慧服務方面進行論述，展望水務今后發展方向。

[關鍵詞]智慧水務;區塊鏈;架構體系;應用對策

[中圖分類號]TP311.13;F124.3;G253[文獻標志碼]A [文章編號]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

水務行業作為公共服務行業是社會文明和城市發展的基礎，智慧水務則是智慧城市重要組成之一，其生產、使用、消費、維護等一系列過程中會產生大量數據，其系統的穩定高效運行與群眾生活生產緊密相關。區塊鏈作為一種擁有公開、防偽、可追溯、集體維護等特征的技術，為實現用戶、水務企業、設備供應商、配套服務商、銀行、政府部門以及相關參與方的數據共享，實現水務數據資產的智慧管理，實現水務各方參與者之間信任問題的有效解決，提供了必要的支撐。

1 現狀

1.1 水務信息現狀及難點

目前，國內大型水務企業普遍建立了各類內部業務系統，但涉及多系統管理，則普遍存在“信息孤島”現象，還難以實現數據共享，因此無法實現數據效益增值，同時，在與外部系統的數據交換大多僅限微信、支付寶等繳費系統，進行簡單接口連接?？梢哉f目前水務行業的數據管理還處于聯網不共享階段，數據的輸入、傳輸、儲存、計算、分析、應用各成一家，協同性較差。例如水務企業與設備供應商、用戶、銀行、電力公司、道路養護單位、政府部門等水務參與方僅停留在水務單體系或個別雙體系內進行簡單數據交換，無法實現全過程數據共享。

1.2 智慧水務

2017年11月中國城鎮供水排水協會科學技術委員會與中國生態城市研究院智慧水務中心聯合發表《2017中國智慧水務發展白皮書》，闡述智慧水務是通過智能設備感知水務企業生產、環境、狀態等全方位變化，對海量感知數據進行傳輸、存儲和處理，實現海量數據的智能分析，為水務企業生產、經營、服務和管理提供服務決策支撐，從而達到“智慧”狀態[1]。目前水務已建設有一批溫度、水量、水質、水壓、溫度等傳感設備設施，也實現了將這些設施產生的數據進行遠程傳輸和保存，但缺少一套可以將數據進行高效處理、挖掘和共享的系統。

1.3 區塊鏈技術

通俗的說，區塊鏈技術可以在無須第三方背書的情況下實現系統中所有數據信息的公開透明、不可篡改、不可偽造、可追溯[2]。2008年，有一個化名為“中本聰”的神秘人士發表了一篇論文《比特幣：一種點對點的電子現金系統》，第一次提出區塊鏈概念。2019年，我國國家互聯網信息辦公室為規范區塊鏈技術相關服務，發布《區塊鏈信息服務管理規定》。

2 架構體系與應用對策

2.1 架構體系

2.1.1 架構選擇

一般來說，區塊鏈系統由數據層、網絡層、共識層、激勵層、合約層和應用層組成[3]?；趨^塊鏈的智慧水務數據資產管理選用綜合考慮水務行業區塊鏈可選用5層架構，具體如表1所示。

2.1.2 區塊類型選擇

區塊鏈類型通常分為完全去中心化的公有區塊鏈、部分去中心化的聯合（行業）區塊鏈行業區塊鏈、完全中心化的私有區塊鏈3種[4]?；谒畡招袠I關系國家民生，數據相關行業眾多，智慧水務區塊鏈區塊類型需兼顧國家安全和效率兩個方面，因此可選用“聯合（行業）區塊鏈+私有區塊”2種疊加使用模式。

2.1.3 應用場景

應用場景如圖1所示。

2.2 應用對策

2.2.1 智慧營商

區塊鏈的分布式技術可以讓水務、供電、天然氣、通訊等服務商以及政府部門集中到一個鏈上，所有辦事流程交付智能合約，使服務流程優化、服務體驗提升。例如當用戶隨意走進一家城市公共設施服務商的一個服務大廳或登錄本地區的政務服務網在完成身份識別后，進行新裝、更名、還是過戶等業務，可以形成智慧業務，使智慧業務在類似水務、電力、天然氣等系統中一起自動流轉及處理，隨即完成審批或變更，省去中介環節，實現點對點直接對接，一鍵資料輸入，多種跨行業業務一起辦理一起完成，從而降低成本，提高業務辦理時效，提升服務體現，實現多業務一次辦、跨部門業務網上辦，助力“最多跑一次”。

2.2.2 智慧防偽

水務行業全過程時時刻刻產生大量數據，目前，大部分水務企業基本上采用將這些海量數據進行遠程傳輸，并集中式存儲和異地備份模式，只能實現對點單向數據恢復，無法實現成員數據庫間對等信任和糾錯。而區塊鏈則可以通過哈希時間戳證明某個文件或者數字內容在特定時間的存在，驗證數據真實性，恢復數據，為水務企業、設備設施生產商、設計院等建立全過程數據證據鏈。例如利用區塊鏈作為泵機、壓力傳感器等設備的公共賬簿，實時準確采集采購、使用、故障、維修、報廢等信息，實時保全數據形成證據鏈，將為設備供應商產品改進、設計院設備選型、使用方性價比確定等提供完美的技術參考。

2.2.3 智慧結算

區塊鏈在水務行業結算深度應用后，推動數據資產化和結算智慧化，以數據驅動結算場景的數據化應用，實現水務行業內外供需直接對接，從而減少中間環節，加速轉化為商業價值。水務市場參與者共同維護，利用區塊鏈加密技術保證總賬安全透明，便于監管。例如利用區塊鏈技術讓用戶、設備供應商、設備制造商、水廠、設計院、第三方服務商等參與者獲取水廠設備的生命周期信息，以調節自身的采購資源配置，結合國家金融政策，在實現票據數字化上鏈后在供應商之間流轉，降低運營成本，是類似支付寶微信水費繳費模式的拓展。同時，通過區塊鏈技術將水務行業中不涉及國家機密和商業秘密的結算數據上鏈，利用區塊鏈公開透明特征，成為企業、個人信用評價的重要數據，以及陽光結算的重要監督手段。

2.2.4 智慧服務

通過區塊鏈技術將全水務行業的相關數據上鏈，構建可證可溯的電子證據存證，實現用戶、水務企業、設備供應商、配套服務商、銀行、政府部門以及相關參與方數據共享，并在此基礎上輔助事前決策、事中跟蹤、事后評估。例如借助區塊鏈將水務行業的原水（污水、雨水等）、水處理廠、管網、泵機、流量計、水表等生產消費數據與遙感、衛星圖像、天氣數據、經濟景氣指數、工業用電量，結合人工智能和機器學習，輸入節假日、重大事件、空間位置等數據信息將提前預測區域供水的水量和峰谷需求，以此優劣判斷、早期預警、及時反饋、事后評估，指導調度，優化管網運行，合理投加藥劑，調節工藝水池液位高低，合理開停各級泵機，降低生產成本，提高經濟效益，從而更好地滿足百姓需求。通過區塊鏈技術將水務的數據與城市管理數據實時上鏈互聯互通，實現水務基礎設施信息與城市管理信息共享，讓市民、游客、城市配套服務者、城市管理者等每個城市參與者共享總賬帶來的管理效益溢出。如自來水水管發生破損，水務企業供水管理系統根據管網情況作出搶修方案，天氣、溫度、搶修位置、搶修占用公共通行面、通行指數、搶修預計時間、供水影響范圍等數據上鏈，方便交通部門調整交通指示燈啟停時間，方便水務企業優化搶修車行駛路線和選擇搶修作業面，方便市民合理選擇出行和安排用水。

3 發展方向思考

區塊鏈面臨跨行業協調要求高，跨領域技術門檻高，跨空間信息更新快等困難，類似區塊信息如何承載、如何存儲，如何驗證尚需有效解決，但總體區塊鏈在智慧水務應用前景廣泛。區塊鏈將在去中心化優勢方面，促進行業在信息、資金、人才、征信的互聯互通，提升預測的準確性;在公開透明優勢方面，促進公平競爭、穩定透明的營商環境;在安全共享優勢方面，促進信息數據共享、服務效率提升，深化“最多跑一次”改革，為社會提供更好地水務服務體現。

4 結束語

區塊鏈技術目前在水務行業的應用和技術研究還處于初步階段，水務行業數字化、智能化、物聯化程度水平不高，在應用中存在一定的安全風險，同時需要可觀的資金技術投入，利用區塊鏈技術在智慧水務中應用將提升水務行業管理的智能化、精準化水平，促進人工智能、物聯網、數據挖掘、輔助決策等技術在水務行業的應用和發展，提升服務水平、提

升群眾滿意率，提高工作效率、降低運營成本，從而整體提升城鄉智慧化水平。隨著區塊鏈技術的發展，問題將能得到解決，區塊鏈技術在智慧水務應用前景廣泛。

參考文獻

[1] 中國城鎮供水排水協會科學技術委員會、中國生態城市研究院智慧水務中心.2017中國智慧水務發展白皮書[R].2017.

[2] 李文森，王少杰，伍旭川，等.數字貨幣可以履行貨幣職能嗎？[J].新理財，2017（6）：25-28.

[3] 張健.區塊鏈：定義未來金融與經濟新格局[M].北京：機械工業出版社，2016.

[4] 吳國偉，金城志.CAS系統在蕭山供水調度中的應用[J].自動化技術與應用，2007，26（12）：133-134，85.

[5] 孫鋒.區塊鏈技術在智慧水務中的應用初探[J].供水技術，2019（2）：11.