一种基于区块链的农业面源污染溯源和预警系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于区块链的农业面源污染溯源和预警系统，包括面源污染信息管理模块和面源污染溯源预警应用模块，所述面源污染信息管理模块包括数据采集传输层、数据层和共识层；所述面源污染溯源预警应用模块包括网络层、智能合约层和应用层。本发明专利技术利用去中心分布式账本形式将多个部门单位(节点)的数据存储在区块链平台上，实现资源的共享，且经哈希算法加密防止数据的篡改，保障数据安全，可广泛应用于互联网技术领域。泛应用于互联网技术领域。泛应用于互联网技术领域。

【技术实现步骤摘要】
一种基于区块链的农业面源污染溯源和预警系统


[0001]本专利技术涉及互联网
，尤其是一种基于区块链的农业面源污染溯源和预警系统。

技术介绍

[0002]面源污染也称为非点源污染，其污染源分布广泛且多样，污染物以微量、分散的、广域的形式进入地下和水体中，往往难以识别和确定污染发生位置和边界。农业面源污染是指农村生活和农业生产活动中，各类污染物，如农田中的土粒、氮素、磷素、农药重金属、农村禽畜粪便与生活垃圾等有机或无机物质，从非特定的地域，在降水和径流冲刷作用下，通过农田地表径流、农田排水和地下渗漏，使大量污染物进入受纳水体(河流、湖泊、水库、海湾)所引起的污染。由于农业面源污染涉及范围广、隐蔽性强、随机性大、潜伏周期长，导致溯源和预警难度很大。
[0003]现有面源污染溯源技术主要可分为2大类，一是通过同位素示踪或是三维荧光光谱来确定污染物的来源，该方法耗时耗力效率低，且过多的人为参与环节可能使得溯源结果受到过多人为因素干扰导致准确率低；另一类是通过水动力模型和优化算法逆向推算污染位置，该方法受模型不确定性影响大，仅通过下游水体检测来推求溯源信息，不能确认各个环节的污染情况，可靠性较低。面源污染预警依赖大量的数据，现有面源污染信息管理系统多采用中心数据库，中心化管理下数据透明度低，受人为干扰因素大，且数据的可信度和分享度低。面源污染预警需要大量的数据，当前中心化管理模型导致各职能部门之间数据联动低，面源污染涉及面广，依托单一智能部门的中心数据库进行预报预警，导致预报精度低且效率低下。
专利技术内容
[0004]有鉴于此，本专利技术实施例提供一种高效且准确性高的，基于区块链的农业面源污染溯源和预警系统。
[0005]本专利技术实施例提供了一种基于区块链的农业面源污染溯源和预警系统，包括面源污染信息管理模块和面源污染溯源预警应用模块；
[0006]其中，所述面源污染信息管理模块包括数据采集传输层、数据层和共识层；所述面源污染溯源预警应用模块包括网络层、智能合约层和应用层；
[0007]所述数据采集传输层，用于采集与农业面源污染迁移相关的多源信息，并将所述多源信息传输至数据层；
[0008]所述数据层，用于将接收到的多源信息转化成区块链可读的区块；
[0009]所述网络层为通过各个区块节点组成得到的分布式网络；所述共识层用于对各个区块节点上传的信息进行验证，并通过所述网络层和所述共识层将通过验证的信息上传至联盟链中存储；其中，每个区块节点为对应的部门单位对象；
[0010]所述智能合约层，用于集成多个智能合约，每个智能合约用于从联盟链中获取不
同的输入数据后分析得到污染程度分析结果；
[0011]所述应用层，用于根据所述污染程度分析结果，生成溯源和预警信息。
[0012]可选地，所述数据采集传输层采用物联网通信方式或5G通信方式将多源信息传输至数据层；其中，所述多源信息包括但不限于：气象信息、水质信息、径流信息以及土壤含水率信息。
[0013]可选地，所述数据层根据哈希算法或时间戳信息，将接收到的多源信息转化成区块链可读的区块。
[0014]可选地，所述网络层的各个节点持有授权信息以及密钥信息，所述分布式网络采用P2P网络模式；所述网络层中各个节点之间的消息传播采用广播式传播；
[0015]所述共识层嵌套在区块链的链码中，采用图形工作量证明机制对各节点上传的信息进行验证。
[0016]可选地，所述智能合约层中集成的智能合约包括以下至少之一:
[0017]根据水污染相关标准构建得到的第一智能合约，用于通过自动对比水质监测数据和规范规程值，得到面源污染程度的判断结果；
[0018]根据人工智能算法构建得到的第二智能合约，用于利用机器学习对气象水文数据进行分析，得到面源污染程度的判断结果；
[0019]根据分布式水文水质模型构建得到的第三智能合约，用于利用气象水文数据模拟预测面源污染程度；
[0020]根据时间戳和传感器位置构建得到的第四智能合约，用于根据时间戳和传感器位置对面源污进行溯源，确定面源污染发生位置和原因。
[0021]可选地，每个所述区块节点包括区块头和区块体；其中，区块头包括前一个区块节点的节点信息，所述节点信息包括但不限于哈希值、时间戳、哈希树根以及版本号；区块体中存储面源污染数据和对应的传感器编号；
[0022]每个区块节点通过区块头中存储的前一区块节点的哈希值与所述前一区块节点相连，形成区块链条。
[0023]本专利技术的实施例的农业面源污染溯源和预警系统包括面源污染信息管理模块和面源污染溯源预警应用模块，所述面源污染信息管理模块包括数据采集传输层、数据层和共识层；所述面源污染溯源预警应用模块包括网络层、智能合约层和应用层。本专利技术利用去中心分布式账本形式将多个部门单位(节点)的数据存储在区块链平台上，实现资源的共享，且经哈希算法加密防止数据的篡改，保障数据安全。
[0024]此外，在一些实施例中，将各类水污染标准规范、人工智能算法和分布式水文水动力模型写入智能合约，实现面源污染自动溯源和预报预警，并且预警数据通过平台由多个部门共同决策污染事件的危险性，避免单一部门决策的风险。
附图说明
[0025]为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0026]图1为本专利技术实施例提供的系统的整体模块框图；
[0027]图2为本专利技术实施例提供的面源污染信息管理模块的结构示意图；
[0028]图3为本专利技术实施例提供的面源污染溯源预警应用模块的结构示意图；
[0029]图4为本专利技术实施例提供的农业面源污染溯源和预警系统的网络构架示意图。
具体实施方式
[0030]为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
[0031]针对现有技术存在的问题，本专利技术实施例提供了一种基于区块链的农业面源污染溯源和预警系统，包括面源污染信息管理模块和面源污染溯源预警应用模块；
[0032]其中，所述面源污染信息管理模块包括数据采集传输层、数据层和共识层；所述面源污染溯源预警应用模块包括网络层、智能合约层和应用层；
[0033]所述数据采集传输层，用于采集与农业面源污染迁移相关的多源信息，并将所述多源信息传输至数据层；
[0034]所述数据层，用于将接收到的多源信息转化成区块链可读的区块；
[0035]所述网络层为通过各个区块节点组成得到的分布式网络；所述共识层用于对各个区块节点上传的信息进行验证，并通过所述网络层和所述共识层将通过验证的信息上传至联盟链中存储；其中，每个区块节点本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于区块链的农业面源污染溯源和预警系统，其特征在于，包括面源污染信息管理模块和面源污染溯源预警应用模块；其中，所述面源污染信息管理模块包括数据采集传输层、数据层和共识层；所述面源污染溯源预警应用模块包括网络层、智能合约层和应用层；所述数据采集传输层，用于采集与农业面源污染迁移相关的多源信息，并将所述多源信息传输至数据层；所述数据层，用于将接收到的多源信息转化成区块链可读的区块；所述网络层为通过各个区块节点组成得到的分布式网络；所述共识层用于对各个区块节点上传的信息进行验证，并通过所述网络层和所述共识层将通过验证的信息上传至联盟链中存储；其中，每个区块节点为对应的部门单位对象；所述智能合约层，用于集成多个智能合约，每个智能合约用于从联盟链中获取不同的输入数据后分析得到污染程度分析结果；所述应用层，用于根据所述污染程度分析结果，生成溯源和预警信息。2.根据权利要求1所述的一种基于区块链的农业面源污染溯源和预警系统，其特征在于，所述数据采集传输层采用物联网通信方式或5G通信方式将多源信息传输至数据层；其中，所述多源信息包括但不限于：气象信息、水质信息、径流信息以及土壤含水率信息。3.根据权利要求1所述的一种基于区块链的农业面源污染溯源和预警系统，其特征在于，所述数据层根据哈希算法或时间戳信息，将接收到的多源信息转化成区块链可读的区块。4.根据权利要求1所述的一种基于区...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡茂川，贺斌，刘丙军，李银林，
申请(专利权)人：广东省科学院生态环境与土壤研究所，
类型：发明
国别省市：