基于云链技术的智慧环境系统构建

孙凯

摘要：云计算、大数据、区块链等技术的兴起为各级政府环境信息化建设提供了创新发展思维逻辑和技术工具。通过调研z市在完善全市生态环境监测网络、实现生态环境监测信息集成共享、建立生态环境监测与监管联动机制和完善核心业务的信息化应用四个方面的需求和目标，提出了基于“云计算+区块链”的基础架构，构建包括生态环境决策支持平台、生态环境业务管理平台、生态环境物联网平台、生态环境大数据平台、IOT赋能平台、运营维护平台以及基础设施平台的智慧环境系统，最后对系统实施的效益和风险进行了探析。

关键词：云链技术;智慧环境系统;环境信息化;架构

引言

人类社会正在从信息化走向数字化和智能化，随着云计算、大数据和区块链等新兴技术在生态保护领域的深入应用，科技对于环境保护的作用被不断强化，智慧环境系统建设亟待启动。智慧环境系统是环境信息化发展的新阶段，可以在环评质量监测、污染源监控、环境应急管理、排污管理、污染投诉处理平台、环境信息发布平台、放射源管理等方面为环保行政部门提供实时的监测数据，提供行政处罚依据，有效提高环保部门的管理效率，提升环境保护效果，解决监管任务繁重的问题，并实现环保移动办公，移动执法，移动公文审批，移动查看污染源监控视频等功能。

1、智慧环境系统构建需求和目标

1.1构建需求

以Z市为例，智慧环境系统构建的需求表现在完菩全市生态环境监测网络、实现生态环境监测信息集成共享、建立生态环境监测与监管联动机制和完善核心业务的信息化应用四个方面。

（1）完善全市生态环境监测网络

建设“天地空”立体式大气环境监测网络。在重点乡镇建设大气环境监测标准站，重点区域开展大气环境监测微观站加密布点，通过车载环境监测设备对城市交通主干线两侧污染物进行监测，接入住建部门重点施工工地扬尘噪声在线监测数据。

重点河流断面建设地表水监测标准站，监控出入境河流水质情况。在辖区内河流重点排污口附近建设地表水监测小型站，实时监控区内河流水质变化情况，发生污染事件时及时上报，快速溯源，及时处理。

加强工业污染源监测监控。在原有污染源自动监控系统上增加动态管控系统，实时监测自动监测设备的工作状态和工作参数，防止监测数据被人为篡改。对废气废水重点污染源增設高清视频监控系统，实时监控废水企业站房、排污口、废气企业站房和烟囱排烟情况。

（2）实现生态环境监测信息集成共享

建立云链共享中心，通过对各自独立的数据源进行整合、处理和开放，充分挖掘数据价值。

建立信息发布平台，及时准确发布全市污染源监测信息，提高政府环境信息发布的权威性和公信力，保障公众知情权。

构建生态环境监测大数据平台。建设污染源监控指挥调度中心，对现有污染源监控业务子系统进行有机整合，实现污染源监控、业务管理数据互联、互通、互用，实现污染源监控工作的统一指挥和调度。

（3）建立生态环境监测与监管联动机制

为考核问责提供技术支持。通过建设环保网格化监管平台、信访管理平台，完善生态环境监测与评估指标体系。

实现生态环境监测与执法联动。结合网格化管理方式，建立监测与监管执法联动快速响应机制，实施生态环境监测与生态环境执法有效联动。

（4）完善核心业务的信息化应用

建立与监测与执法业务系统配套的辅助系统，包括污染企业相关的一企一档，企业环境信用评级系统、建设项目审批（备案）及辅助决策系统。

建立社会公众参与机制，通过开放app公众举报、浏览信息发布平台内容等方式了解环保知识、问题处理情况。

1.2构建目标

形成“天地空”立体式环境监测网络，加强污染源监测与管控，整合全市污染源在线监控网络，监测数据系统实现互联共享，为生态环境监管提供有效服务，使生态环境监测能力与生态文明建设需求相适应。

搭建智慧环保支撑体系，构筑智慧环保应用创建环保数据中心、信息共享平台、大数据辅助决策分析。利用物联网、云计算、大数据等信息化技术，全面监测全市污染源、水环境、大气环境、土壤环境的质量情况。当监测数据超标时，系统自动向不同的责任人发送告警短信，责任人将会在第一时间内收到告警信息，通过大数据分析，知晓影响生态环境的因素，并迅速定位污染源头，实现对z市生态环境的预先感知、分析、治理。

2、系统总体架构设计

2.1系统设计思路

智慧环境系统的架构设计紧紧围绕打造一个充满智慧并能够实现自感知、自学习、自进化的生态环境大数据智慧平台，设计保证各应用系统的持续扩展、互通、升级的能力，并充分考虑可信和实用。由此，系统设计使用“云计算+区块链”的基础架构，云链技术的整体实施原则为“宜云则云，宜链则链”、“直属上云，合作上链”、“管理上云，服务上链”。

（1）宜云则云，宜链则链

系统内部包含环评系统、移动执法系统、排污权交易系统等数据;系统外部包含住建局、交通局、气象局等数据。所有的数据没有必要全部接人到一个数据库进行数据共享。可以共享的数据是各自所需的数据，且这些数据要通过共识机制建立起来，这是区块链的一个优势，可以通过建立一套体系，把上链的数据通过智能合约的形式管理起来，哪些数据可以上链，哪些数据不用上链，也就是“宜云则云，宜链则链”，在管理层面上采用智能合约、共识机制的方式作为链上管理的机制，其它的数据源“宜云则云，宜链则链”，云链结合快速形成一个大数据库。

（2）直属上云，合作上链

可采用的环境系统内部信息化数据是有限的，大量环境信息化需要的数据是外部的，如来自企业的污染源信息，来自小区的生活源信息，来自交警的交通源信息，来自城管的餐饮油烟信息，这些数据很难也不需全部接人到环境系统里，可以采用公网加密的形式用前置机把需要的数据链入，即将环境系统直属的系统数据上云，环境系统合作部门数据上链。

（3）管理上云，服务上链

主要体现在公众信访投诉举报信息在链上能全部推送到相关部门，到网格员及各个相关部门，且执行情况不可篡改，大大减少了转接传达环节，环保局内部对相关人员的管理可以通过上云登录oA进行，环保局对公众服务的数据上链。

云链结合实际上把外因、内因，直属、合作，管理、服务这些方面统一在大数据平台上。环保工作更多的是实现平台数据共享以后，从以前的层层接力到今后的数据共享，分工协作各取所需。

2.2系统总体架构

智慧环境系统（如下图1所示）包括生态环境决策支持平台、生态环境业务管理平台、生态环境物联网平台、生态环境大数据平台、IOT赋能平台、运营维护平台以及基础设施平台。

本系统采用区块链技术做为底层架构支撑，基于区块链的生态环境大数据平台是一个基于云链架构基础之上的弱中心化的、可信任的、可靠安全的底层架构并具有良好的隐私保护性与可维护性，提供数据支撑。

在平台建设完成后，联盟内各成员使用时只需要按照其应用程序接口规范调用所需服务资源即可，为了达到这个目标，本系统的设计与建设需要严格遵循如下原则：

（1）弱中心化

使用分布式计算和存储，在一个分布有众多节点的系统中，节点之间可以自由連接，任意节点的权利和义务都是均等的、阶段性的，系统中的数据块由系统中所有具有维护功能的节点来共同维护。

（2）先进性

按照高起点高标准进行系统设计，引入云计算、区块链和分布式记账等先进理念进行基础架构。

（3）标准性、开放性

系统所采用的相关标准必须符合国际标准。系统是开放的、透明的，除用户持有的奖励和交易被加密，区块链的帐本对所有节点公开，任意节点都可以通过公开的接口查询区块数据。

（4）自治性

由于采用基于协商一致的规范和协议，整个系统中的所有节点能够参与评价投诉和信访信息的可靠性，合理利用“群众的力量”进行虚假信息的监督。

（5）信息不可篡改

一旦信息经过验证并添加至区块链，就会永久的存储起来，除非能够同时控制住系统中多数的节点，否则单个节点上对数据库的修改是无效的，因此区块链的数据稳定性和可靠性极高。

（6）隐私性

参与监督的群众可匿名注册信息，防止举报后带来的打击报复，减少公众参与的担忧。

（7）数据安全和共享

敏感数据经过专业和数学论证的对称加密算法进行保护，并可根据业务情况灵活调整数据共享方式，如数据共享、接口共享等。云链作为见证者和管理者，即可防止意外灾难导致的数据损毁，也可统一管理共享权限。

（8）扩展性

系统应适应各相关业务部门、人员以及业务流程调整的需求;系统应能满足与其他业务部门、其它应用系统对信息共享和整合的需要。区块链共享网络组成后，通过动态发布智能合约，可以持续扩展在此区块链网络上的场景，如在环保信息链内，部门节点有很好的扩展性。

（9）稳定性

应采取各种必要技术措施，保证政务业务具备有健壮的稳定性，在保证性能的前提下，为所有业务提供7x24小时持续的支撑服务。

3、系统实施社会、经济效益和风险分析

3.1社会效益分析

（1）提高环境监管和决策质量。构建智慧环境系统，有利于环保部门掌握充分的数据与分析结果，提高管理和决策的科学性，获得较高的工作质量。

（2）形成监管合力和新型监管机制。智慧环境系统的实施，实现政府部门之间互联互通和业务协同，构建以数据公开为基础的监管机制。

（3）促进环境保护综合信息化水平提高。智慧环境系统的实施，能够促进环境信息化建设投入，提升环境监管信息化的水平，提高环保监管能力。

（4）提高政府公共服务的质量。环境监管信息系统的实施，将促进政务公开化、行政服务化、管理透明化、决策民主化，提高社会和公众的满意度。 3.2经济效益分析

（1）通过综合采用云计算、互联网、大数据等信息技术手段，实现了环境监管的自动化、智能化、全覆盖，节省大量的人力物力去进行实地操作，帮助管理部门及时做出反应，提高政府职能部门的办事效率，减少环保工作人员的工作压力，带来了直接的经济效益。

（2）通过日常监管力度的增加，促进排污企业的环境风险管理能力的提升;通过环境风险管理和应急响应能力的提升，能够最大限度的降低环境污染事故造成的经济损失，带来巨大的间接经济效益。

（3）通过系统实施，将促进数据共享技术的系统集成体系、智能前端设备等相关产业链的发展，同时也将带动第三方运营、环境咨询服务、环境信用通证等行业发展，产生良好的经济效益。

3。3风险分析

本系统实施的风险主要体现在系统建设风险、基础数据风险、运行风险等方面。

（1）系统建设风险

在应对方面，建议在市环境相关单位选取具有一定技术水平、丰富业务经验的人员把控整个项目建设，基于环境信息化建设项目实际情况编制需求分析报告。

（2）基础数据风险

在应对方面，应结合业务的实际情况，进行充分的业务调研与业务分析，定制环境数据资源共建共享管理办法等制度保障措施，明确数据的审核、供给、使用、发布的权限和责任，并完善相关数据的标准规范。

（3）系统运行风险

应对措施包括：实施策略层面，确保系统试运行满足要求并且运行正常之后，再逐步推广;技术层面，做好安全运行管理系统和备份系统的设计和建设，关键设备采用必要的冗余设计;应用层面，考虑客观存在的人才、技术差异的因素，安排不同形式和内容的技术培训，提高工作人员系统应用水平。