基于区块链技术的生态环境监测仪器设备数字化管理研究

祝志秋

（广州市微生物研究所集团股份有限公司，广东省 广州市 510700）

引言

随着科技的进步，仪器设备作为科学研究的重要工具，在重现物质运动规律和现象方面发挥着至关重要的作用。尤其是在环境科学领域，现代精密仪器的广泛应用不仅为生态环境监测提供了高科技手段，生态还进一步推动了生态环境保护与治理工作。这些高水平的环境监测技术和仪器设备在科学监测、环境治理和科研中扮演着关键角色。然而，随着环境监测技术的不断提升，仪器设备的复杂性和数据量的增加也对其管理提出了更高的要求。因此，有效的数字化管理变得尤为重要。

1 环境监测仪器设备管理的意义

保障生态平衡和提升人类生活质量，除了经济方面的保障，环境保护也不可或缺。然而，随着工业生产的多样性，环境污染问题日益严重，废水、废气等污染物的排放威胁人类健康。为更准确了解环境状况，我国积极加强生态环境监测，为环境治理提供科学依据，保障管理工作的科学性和可行性[1]。在生态环境监测的实践中，专业仪器设备是获取准确监测数据的关键，确保监测信息准确有效。然而，新型科技仪器的广泛应用也使得环境监测更加依赖于仪器设备，一旦设备出现问题，监测数据的可靠性和有效性将受到影响。因此，重视生态环境监测仪器设备管理，采取规范措施，保证设备有效运作，对于生态环境监测至关重要。

2 区块链的基本特征

区块链技术具有去中心化特性，核心在于分布式记账，与传统中心记账不同。数据不再依赖中央节点处理，而是分布式记录在各节点上。每个节点在系统中拥有平等权利和义务，数据保存与节点联系紧密，不再有单一中心节点或管理机构。分布式记账是基于密码算法，与个人信用无关，系统不易受单一节点损坏影响。区块链中，攻击者必须控制51%以上节点才能实施控制，保证了系统的安全性。区块链的透明性高，节点可查询相关信息，确保监测数据的透明性和准确性。区块链系统的限制要求新区块必须通过51%验证，确保信息准确存储[2]。

区块链采用数字加密签名机制，包括非对称性加密算法、公钥和私钥。非对称性加密算法通过哈希散列函数实现，其安全性经受时间考验，不可逆且不易受攻击。哈希算法转换输入内容，产生数字和字母的混合输出，前导量越大，计算难度越大，保证了数据的安全性。分布式共识机制是验证数据的关键，利用技术和网络信任，确保数据的准确性和可靠性，有效地防止数据篡改，维护了整个系统的安全性。

3 环境监测中存在的问题

3.1 电子数据采信困难

生态环境监测逐渐引入信息化技术，但也带来了一系列信任问题。尽管电子监测设备能解决传统监测滞后和数据交互问题，却容易遭受数据篡改、损坏和灭失风险，挑战数据可信性。电子证据生成依赖监测设备，但其易损坏，导致数据缺乏时效性，且缺乏第三方机构监管[3]。污染企业可能篡改数据，影响监测数据的准确性，如将监测设备设置在有利位置，掩盖污染情况，或在污染产生地不设监测设备，损害监测可信度。

3.2 日常巡检不到位

在生态环境监测工作中，日常巡检对于保障设备的正常运行和监测结果的准确性至关重要。然而，当环境监测仪器安装在室外时，由于各种原因，日常巡检往往存在一系列问题，这可能对环境监测工作产生人为干扰的负面影响。首先，人手不足和人员安排不合理是导致巡检不到位的主要原因之一。现代生态环境监测仪器通常分布在不同的地点，覆盖范围广泛，需要有足够的人员对其进行定期巡检和维护。其次，一些使用单位并未制定明确的巡检计划，或者缺乏巡检记录的建立与管理。巡检计划的缺失意味着巡检工作无法有序进行，可能会导致一些监测点长时间未受到检查。

在室外环境中，监测仪器容易受到外界环境的影响，从而影响设备的性能和准确性。恶劣的天气条件，如强风、暴雨、极端温度等，可能对设备造成损坏或影响数据采集的精确性[4]。这对于环境监测尤为关键，因为即使轻微的设备故障或误差也可能导致监测数据的不准确。

此外，长期没有进行巡检和维护，环境监测仪器可能会逐渐出现性能下降的情况，从而影响数据采集的准确性和稳定性。

3.3 维护保养不专业

环境监测仪器设备在现代环境管理中起着关键作用，其高度的技术性和复杂性要求维护保养工作必须由专业技术人员根据严格的标准和规范进行。然而，实际情况中存在着许多单位在维护保养方面不专业的问题，这可能对环境监测工作造成严重的负面影响。

首先，由于环境监测仪器设备的技术性强，需要具备专业的知识和技能才能进行有效的维护保养。其次，针对室外设备的维护保养问题尤为突出。室外环境通常复杂多变，设备容易受到恶劣的天气条件和外界环境的影响。在软件方面，不及时的升级也可能导致数据差错或无法正常监测。随着技术的不断更新，生态环境监测仪器设备的软件也需要定期升级，以适应新的环境监测需求和数据处理技术。

维护保养不专业还可能导致设备的故障难以及时发现和排除。环境监测仪器设备是环境管理工作的重要工具，一旦出现故障，可能会导致监测数据的缺失，影响环境问题的及时处理。如果维护保养不专业，可能无法在早期发现设备的潜在问题，进而延误了设备的维修时间。

3.4 环境整治协同治理效率低

当前环境监测工作在信息处理和协同治理方面仍存在一系列挑战，导致整体治理效率相对较低。虽然环境监测的重要性不容忽视，但采用了传统的中心化数据处理方式，这在一定程度上制约了协同治理的深度和广度，限制了环境问题整治的最大效果。

首先，生态环境监测领域仍然面临着信息孤岛的问题，不同部门、领域和地域的环境监测数据，往往处于独立的信息系统中，缺乏互通和共享。其次，中心化数据处理方式限制了跨平台协同的能力。

区块链技术的引入为解决这一问题提供了新的思路。区块链的分布式特性和不可篡改性，使得数据可以实现安全、透明、可追溯的共享。通过在区块链上存储环境监测数据，不同部门和地区可以共享数据，实现更高效的信息整合。同时，区块链的智能合约功能，还可以帮助实现数据的自动处理和跨平台的协同工作，进一步提升环境治理效率。

4 基于区块链技术的环境监测仪器设备数字化管理措施

4.1 加强设备维护保养

设备维护保养在环境监测中扮演着至关重要的角色，它不仅能够提高监测设备的可靠性和使用寿命，还能够确保监测数据的准确性和可信度。有效的设备维护保养计划可以有效降低设备事故的风险，提高监测工作的稳定性和效率。

首先，制定合理的设备维护计划是至关重要的一步。其次，维护保养工作必须严格按照标准和规范进行。在软件方面，设备的稳定运行同样离不开定期的升级和维护。生态环境监测设备往往需要使用相关软件来进行数据处理和分析，因此，软件的稳定性直接影响着监测数据的准确性[5]。定期进行软件的升级和维护，能够修复已知的漏洞和问题，提高系统的稳定性和安全性，确保监测数据的可信度。

此外，为了保证监测数据的准确性，还需要定期委托仪器计量单位针对生态环境监测仪器进行校准或检定；委托权威的第三方检测机构针对监测环境进行比对性检测。

4.2 加大设备巡检力度

设备巡检是确保环境监测设备正常运行的重要环节，它能够及时发现问题、解决隐患，从而保障监测工作的持续稳定性和数据的可靠性。加大设备巡检力度，需要从巡检人员的安排、巡检频率的确定以及巡检内容的细致考虑来进行。首先，设备巡检需要有专人负责。指派专人负责设备巡检能够保证巡检工作的专业性和连续性。同时，专人负责还能够提高巡检工作的效率和准确性，确保每一台设备都得到充分的关注和检查。其次，巡检频率的确定至关重要。巡检频率应当根据设备的特点和使用情况来进行合理的安排。

在巡检过程中，需要仔细检查各个方面的情况。首先，要检查设备的摆放位置是否合适，是否受到外界干扰。其次，要检查连接线路是否完好，有无松动或腐蚀现象。机械部件也需要做好检查，确保其正常运转，没有异常声响。同时，要注意检查设备的润滑情况和油位，保证设备在运行过程中不会因为润滑不足而损坏。一旦在巡检中发现问题，必须要及时处理或上报。如果问题较小，巡检人员可以在现场进行简单的维护和修复。如果问题较大或需要专业人员来处理，应当及时上报，并采取紧急措施来保障监测工作的正常进行。最后，巡检记录的做好也至关重要。巡检记录包括发现的问题、处理的情况、巡检时间等信息，能够为后续的维护保养工作提供有力的参考。

4.3 加强设备的采购与验收管理

设备的采购和验收是生态环境监测体系中的重要环节，它直接关系到监测数据的准确性和可靠性。首先，选择适当的生态环境监测仪器设备是关键。根据实验室的规划和需求，应当明确所需设备的类型、规格和功能。不同的监测任务需要不同类型的设备，因此在采购前要充分了解实际需求，避免购买不必要的设备或漏掉必要的功能。同时，要根据设备的性能指标、质量、售后服务等因素，从多个供应商中选择合适的合作伙伴。

供应商评价是确保设备质量的重要环节。评价供应商的信誉度、技术实力、服务水平等，可以从之前的业绩、客户评价等方面进行综合考量。保留供应商评价记录有助于未来合作的决策和参考，也能够为其它单位提供有价值的信息。

在进行设备采购时，应当按照技术文件的要求进行采购申请。申请中应包括设备的详细信息、规格、性能要求等，以确保供应商了解采购需求并提供符合要求的设备。同时，采购申请的审批流程也需要合理设置，确保采购决策的透明和科学性。

设备的验收过程至关重要。验收旨在核实所采购设备是否符合规格和性能要求。验收记录要详细、准确，包括验收人员、验收时间、验收结果等信息，有助于评估设备的质量和性能。

设备验收合格，就需要将设备移交给管理人员进行后续管理。这涉及到设备的入库、分类、编码等工作，以便后续的维护保养和使用。同时，对于未合格的设备或验收中发现的问题，需要及时与供应商进行沟通和协商，采取合适的解决方案，以确保设备问题得到妥善处理。

4.4 设备信息管理

设备信息管理是环境监测体系中的一个重要环节，它涵盖了设备的基本信息和生命周期信息，为保障设备运行的透明性、可追溯性和数据的完整性提供了有效手段。区块链技术作为一种去中心化、不可篡改的分布式账本技术，为设备信息管理提供了创新的解决方案。

每个生态环境监测仪器设备都有其独特的基本信息，包括设备名称、型号、生产商、出厂日期等。这些信息对于设备的识别和管理至关重要。借助区块链技术，可以将每个设备的基本信息记录在一个独立的区块中，这些区块构成了一个不断增长的区块链。这样的设计可以确保设备基本信息的透明度，相关人员都可以在区块链上查看设备的基本属性，减少了信息不对称和误解的可能性。

设备的生命周期信息，包括设备的购置、调配、检修、维护和报废等不同阶段。这些信息在设备的运行和管理中都起着重要作用。在传统的管理方式下，这些信息可能会分散在不同的部门和系统中，导致信息孤岛和数据不一致的问题。而借助区块链技术，每当设备发生变更时，都可以将变更记录写入一个新的区块，并将该区块链接到之前的区块链中，形成一个连续的、不可篡改的变更历史。这样的记录方式，确保了生命周期信息的完整性和可追溯性，任何设备的变更都无法被篡改或删除，从而提高了信息的可信度。

区块链技术在设备信息管理中还具有防篡改的特点。每个区块都包含了前一个区块的哈希值（散列函数），这种链接机制使得一旦有人试图篡改一个区块的信息，就会导致所有后续区块的哈希值发生变化，从而被立即发现。这种防篡改的特性确保了设备信息的安全性和完整性。

5 结语

通过深入分析目前环境监测仪器设备管理所存在的问题，探讨区块链技术在环境监测仪器设备数字化管理中的应用前景。验证结果表明，采用基于区块链技术的环境监测仪器设备与数字化管理方案，在实际环境监测中表现出的可行性和实际效果，显著提升了设备管理的准确性与效率，推动了环境监测工作的科学化和规范化进程。在未来，我们有必要进一步完善这一基于区块链技术的环境监测仪器设备数字化管理方案，为环境监测工作注入新的活力。