CN112734612A - 基于gis和区块链技术的城市地下空间监测技术方案 - Google Patents
基于gis和区块链技术的城市地下空间监测技术方案 Download PDFInfo
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Abstract
一种基于地理信息***(GIS)和区块链技术(Blockchain)的城市地下空间监测技术方案。该技术方案包括感知***、传输***、归集***和应用***四部分，通过监测设备、监测***平台、机器鼠来保障监测的顺利实施。可以实现对城市地下空间温度、湿度、噪声、颗粒物浓度、有害气体浓度、沉降量、地下水位等有关参数实施自动监测，节省了人力成本；运用区块链技术有效保障了有关数据的真实性、可回溯性，为城市地下空间管理提供可靠数据；运用地理信息***实现城市地下空间相关数据的可视化，为地下空间管理单位提供了便利；通过市级中心平台的分析功能，实现了对城市地下空间有关数据的整体分析，为智慧城市建设提供了便利；通过运用机器鼠，可以实现恶劣环境下的监测设备安装和巡检，以及应急探测和救援，有效消除城市地下空间管理盲区和安全隐患，提升城市管理能力。
Description
技术领域
本发明属于智慧城市技术领域，是一种基于地理信息***(GIS)和区块链技术(Blockchain)的城市地下空间监测技术方案。
背景技术
随着城市发展集约化程度的不断提升，城市地下空间对经济社会发展的影响越来越 大，城市的可持续发展和民生改善对城市地下空间的依赖性越来越强。在我国推进智慧城市 发展、加强城市监测能力建设背景下，由于城市地下空间的通信覆盖能力、可观察性等与地 上空间截然不同，对城市地下空间整体监测能力不足，成为智慧城市建设的明显短板。
区块链技术快速发展，区块链技术去中心化、开放性、独立性、安全性等特性对于城 市地下空间有关数据的获取和监测能力的形成具有重要价值。
本技术方案基于GIS建立可视化的城市地下空间监测数据平台，基于Blockchain建 立监测数据的储存和利用***，以构建城市地下空间整体监测体系，弥补城市监测能力短板。
发明内容
城市地下空间监测技术方案包括感知***、传输***、归集***和应用***四部分。 需要监测设备、监测***平台、机器鼠来保障监测的顺利实施。
感知***由分布在城市地下空间特定点位并标注在GIS的监测设备组成，监测设备对 地下空间有关参数进行自动监测。鉴于地下空间的特殊性，一些监测设备需要机器鼠进行安 装及巡检。
传输***主要采用无线方式把各个监测设备的监测数据传送到地下空间各管理单位 的管理平台，采用互联网把数据传送到城市街道级、区级、市级等多级中心平台。
归集***由各管理平台和城市多级中心平台组成，利用区块链技术和大数据分析进行 信息鉴别和归集整理。监测数据不可被篡改、伪造，人为删除后可强制恢复，保证数据的完 整性。
应用***主要进行数据分析，并根据权限向各平台或用户发放直观、形象的整体分析、 异常报警、变化趋势等多种服务。包括并不限于：
a.对地下空间有关参数进行日常分析和预警，服务管理主体；
b.分析城市开发对地下空间的影响，服务城市开发主体；
c.为突发事件提供即时数据，服务城市应急管理；
d.研究城市地下空间的可持续发展条件，服务城市总体规划；
e.研究城市地下空间环境状况，服务民生健康；
f.研究城市地下空间整体利用状况，服务政府其他需求。
附图说明
附图用于更清楚地说明本技术方案，并不构成对本申请的不当限定。
图1是***构架示意图。
图2是特殊地下空间利用机器鼠安装监测设备示意图。
具体实施方式
下面对本发明作进一步阐述。需要说明的是，这些阐述用于帮助理解本发明，但并不 构成对本发明的限定。本文阐述的特定结构和功能细节仅用于描述该技术方案，然而，可用 很多备选的形式来体现本发明，并且不应当理解为本发明限制在本文阐述的实施例中。
城市地下空间监测技术方案需要监测设备、监测***平台、机器鼠来保障实施。
以电池和低耗电集成电路组成的监测设备，要求体积小巧、不易损坏、安装便捷：
a.监测设备可以实现对温度、湿度、噪声、颗粒物浓度、有害气体浓度、沉降量、地下水位 等有关参数的监测；
b.监测设备固定在城市地下空间特定点位(出入口，反映地下工程角部、中心、最低点等特 征的部位)；
c.监测参数通过无线接力传输，到达管理单位的管理平台，数据传输频度一般为每天12时和 24时各一次，特殊情况可以根据需要由城市市级中心平台进行调整。
基于GIS和Blockchain的城市地下空间监测***平台，对地下空间有关参数进行管 理。城市地下空间监测***平台分为市级中心平台、区级平台、街道级平台、管理单位平台 等层次。其功能包括：
a.数据处理功能。每个监测设备出厂的时候都有唯一的一个设备序列号，监测设备的编码、 坐标和安装标高均标注和显示于地理信息***，对监测设备采集到的数据加上项目、时间、 管理单位等组成的唯一识别码，从而构造无法被篡改、无法进行匿名的新区块。其中项目应 该具有识别行政地理位置以及项目类型的特征，便于高效率的进行数据的检索以及查询；时 间由***根据数据发布日期自动生成；管理单位认证的私钥由市级中心平台按照一定的规则 进行统一发放及管理；
b.数据校验功能。各管理单位的管理平台，城市街道级、区级、市级等多级中心平台共同构 成区块链，利用哈希算法对数据进行加密、打包传输，网内每个参与者都拥有一份数据拷贝。 将数据进行拆包和校验，检查数据来源的可靠性，验证数据的有效性，只有经过数据校验模 块校验的数据区块才能进入数据库；
c.数据分析功能。市级中心平台设数据分析中心，根据需求或申请，向城市管理部门发送整 体的地下空间有关情况和趋势，向需求者发送有关数据；
d.市级中心平台还可以实现***升级和数据深度分析功能的更新。
承载平台功能的服务器包括本地服务器、可信服务器两种。各服务器协同工作，既保 障数据的真实性，又兼顾效率，组成一个去中心化的网络***平台，维持区块链的正常运转： 本地服务器是各监测数据所在区域配置的分布式服务器之一，由地下空间管理单位自行管理 与维护，在本地服务器输入网址，进入***平台的登录界面，用户输入用户名和密码登录系 统。相关单位可以根据授权将保存在本地服务器上的监测数据进行分析与展示，也可以根据 本单位实际情况自行开发软件，满足自身的需求；
可信服务器用于各级中心平台的统一管理与维护，市级中心平台拥有对数据区块链私钥以及 公钥加密、解密的管理与维护的权限，同时对项目的项目戳拥有制定命名规则以及统一分配 的权限。各级平台有权限的区别，权限由市级中心平台授予。
机器鼠用于城市地下空间中，大量由于淤积、有害气体、空间狭窄等原因，无法人工 安装监测设备的情形。对于长距离地下空间，可以利用监测设备功能，通过无线接力传输通 信，实现对机器鼠的遥控操作：
a.通过专用装置对机器鼠进行遥控操作，实现恶劣环境中监测设备的安装；
b.对人工不宜进入的地下空间定期进行巡检，对损坏的监测设备进行修复；
c.发生灾害情况时，对特定的地下空间情况进行探测、参与救援。
本发明有以下优点：
a.运用监测设备对城市地下空间实施自动监测，节省了人力成本；
b.运用区块链技术有效保障了有关参数的真实性、可回溯性，为城市地下空间管理提供可靠 数据；
c.运用地理信息***实现城市地下空间相关参数的可视化，为地下空间管理单位提供了便利；
d.通过市级中心平台的分析功能，实现了对城市地下空间有关参数的整体分析，为智慧城市 建设提供了便利；
e.通过运用机器鼠，可以实现恶劣环境下的监测设备安装和巡检，以及应急探测和救援，有 效消除城市地下空间管理盲区和安全隐患，提升城市管理能力。
以上所述仅为本发明的实施例，并不用于限制本发明。对于本领域的技术人员来说， 本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、 改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
上述虽然结合附图对本技术方案进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属 领域技术人员应该明白，在本技术方案基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可 做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (7)
1.一种基于地理信息***(GIS)和区块链技术(Blockchain)的城市地下空间监测技术方案，其特征在于，本技术方案基于GIS建立可视化的城市地下空间监测数据平台，基于Blockchain建立监测数据的储存和利用***，以构建城市地下空间整体监测体系，弥补城市监测能力短板。
2.根据权利要求1所述的基于地理信息***(GIS)和区块链技术(Blockchain)的城市地下空间监测技术方案，其特征在于，该技术方案包括感知***、传输***、归集***和应用***四部分：
感知***由分布在城市地下空间特定点位并标注在GIS的监测设备组成，监测设备对地下空间有关参数进行自动监测，鉴于地下空间的特殊性，一些监测设备需要机器鼠进行安装及巡检；
传输***主要采用无线方式把各个监测设备的监测数据传送到地下空间各管理单位的管理平台，采用互联网把数据传送到城市街道级、区级、市级等多级中心平台；
归集***由各管理平台和城市多级中心平台组成，利用区块链技术和大数据分析进行信息鉴别和归集整理，监测数据不可被篡改、伪造，人为删除后可强制恢复，保证数据的完整性；
应用***主要进行数据分析，并根据权限向各平台或用户发放直观、形象的整体分析、异常报警、变化趋势等多种服务，包括并不限于：
a.对地下空间有关参数进行日常分析和预警，服务管理主体；
b.分析城市开发对地下空间的影响，服务城市开发主体；
c.为突发事件提供即时数据，服务城市应急管理；
d.研究城市地下空间的可持续发展条件，服务城市总体规划；
e.研究城市地下空间环境状况，服务民生健康；
f.研究城市地下空间整体利用状况，服务政府其他需求。
3.根据权利要求1所述的基于地理信息***(GIS)和区块链技术(Blockchain)的城市地下空间监测技术方案，其特征在于，该技术方案通过监测设备、监测***平台、机器鼠来保障监测的顺利实施。
4.根据权利要求3所述的基于地理信息***(GIS)和区块链技术(Blockchain)的城市地下空间监测技术方案，其特征在于，以电池和低耗电集成电路组成的监测设备体积小巧、不易损坏、安装便捷：
a.监测设备可以实现对温度、湿度、噪声、颗粒物浓度、有害气体浓度、沉降量、地下水位等有关参数的监测；
b.监测设备固定在城市地下空间特定点位(出入口，反映地下工程角部、中心、最低点等特征的部位)；
c.监测参数通过无线接力传输，到达管理单位的管理平台，数据传输频度一般为每天12时和24时各一次，特殊情况可以根据需要由城市市级中心平台进行调整。
5.根据权利要求3所述的基于地理信息***(GIS)和区块链技术(Blockchain)的城市地下空间监测技术方案，其特征在于，通过城市地下空间监测***平台对地下空间有关参数进行管理，城市地下空间监测***平台分为市级中心平台、区级平台、街道级平台、管理单位平台等层次，其功能包括：
a.数据处理功能，每个监测设备出厂的时候都有唯一的一个设备序列号，监测设备的编码、坐标和安装标高均标注和显示于地理信息***，对监测设备采集到的数据加上项目、时间、管理单位等组成的唯一识别码，从而构造无法被篡改、无法进行匿名的新区块，其中项目应该具有识别行政地理位置以及项目类型的特征，便于高效率的进行数据的检索以及查询；时间由***根据数据发布日期自动生成；管理单位认证的私钥由市级中心平台按照一定的规则进行统一发放及管理；
b.数据校验功能，各管理单位的管理平台，城市街道级、区级、市级等多级中心平台共同构成区块链，利用哈希算法对数据进行加密、打包传输，网内每个参与者都拥有一份数据拷贝，将数据进行拆包和校验，检查数据来源的可靠性，验证数据的有效性，只有经过数据校验模块校验的数据区块才能进入数据库；
c.数据分析功能，市级中心平台设数据分析中心，根据需求或申请，向城市管理部门发送整体的地下空间有关情况和趋势，向需求者发送有关数据；
d.市级中心平台还可以实现***升级和数据深度分析功能的更新。
6.根据权利要求5所述的基于地理信息***(GIS)和区块链技术(Blockchain)的城市地下空间监测技术方案，其特征在于，承载平台功能的服务器包括本地服务器、可信服务器两种，各服务器协同工作，既保障数据的真实性，又兼顾效率，组成一个去中心化的网络***平台，维持区块链的正常运转：
本地服务器是各监测数据所在区域配置的分布式服务器之一，由地下空间管理单位自行管理与维护，在本地服务器输入网址，进入***平台的登录界面，用户输入用户名和密码登录***，相关单位可以根据授权将保存在本地服务器上的监测数据进行分析与展示，也可以根据本单位实际情况自行开发软件，满足自身的需求；
可信服务器用于各级中心平台的统一管理与维护，市级中心平台拥有对数据区块链私钥以及公钥加密、解密的管理与维护的权限，同时对项目的项目戳拥有制定命名规则以及统一分配的权限，各级平台有权限的区别，权限由市级中心平台授予。
7.根据权利要求3所述的基于地理信息***(GIS)和区块链技术(Blockchain)的城市地下空间监测技术方案，其特征在于，使用机器鼠，用于城市地下空间中，大量由于淤积、有害气体、空间狭窄等原因，无法人工安装监测设备的情形，对于长距离地下空间，可以利用监测设备功能，通过无线接力传输通信，实现对机器鼠的遥控操作：
a.通过专用装置对机器鼠进行遥控操作，实现恶劣环境中监测设备的安装；
b.对人工不宜进入的地下空间定期进行巡检，对损坏的监测设备进行修复；
c.发生灾害情况时，对特定的地下空间情况进行探测、参与救援。
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