CN113222763A - 基于区块链的充电交易管理方法及*** - Google Patents

Abstract

本发明提供基于区块链的充电交易管理方法，属于电动汽车充电交易的应用领域。包括：根据用户信誉值计算用户本次充电服务的服务费单价；根据服务费单价、计算出用户本次需支付的充电费用；用户结算充电费用完毕后，根据用户的用户信息、运营商信息以及本次充电结算数据更新运营商与平台之间的账本信息；将账本信息广播到区块链网络并保存至充电桩节点，在充电桩节点处打包成区块并上链；获取用户对本次充电服务的评分；基于用户评分、以及用户信誉，计算出服务评分值；将更新后的服务评分值广播到区块链网络并保存至充电桩节点，在充电桩节点处打包成区块并上链。本发明还提供基于区块链的充电交易管理***。

Description

基于区块链的充电交易管理方法及***

技术领域

本发明涉及区块链技术在电动汽车充电交易的应用领域，尤其涉及一种基于区块链的充电交易管理方法及***。

背景技术

随着节能减排观念的普及、以及国家对新能源市场的推进，新能源汽车的使用占比正在大幅度提高，相应地，对充电桩的需求也越来越大，充电桩运营商也开始兴建充电桩且存在行业竞争。

目前，国内对新能源汽车充电桩的建设还在起步阶段，充电基础设施建设及运营管理模式存在问题：对于用户方面，没有足够的约束机制，存在回款滞后、结算不及时的问题；对于充电桩的维运方面，运营商不能及时地了解充电桩的用户使用体验情况，用户会避开使用体验差的充电桩、选择等待使用体验好的充电桩，常常出现有车无桩、车多桩少等发展不协调的现象。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种基于区块链的充电交易管理方法及***，以充电桩作为区块链网络中的节点，建立用户信誉计算机制，用户信誉值可直接影响用户对充电桩的使用权限以及充电费用，可提高用户的充电交易行为完成效率；对于充电桩和其所属运营商，建立用户评价机制，管理者可用户优先推荐评价高的充电桩，以促进运营商之间的良性竞争、提高市场整体服务水平，提高用户体验，使用户与充电桩服务方之间建立良性循环，促进新能源汽车行业的发展。

本发明实施例解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于区块链的充电交易管理方法，包括：

电动汽车充电结束时，根据用户信誉值R_v计算用户本次充电服务的服务费单价f_s：

所述参数ρ为所述服务费单价f_s随所述用户信誉值R_v的变化速度，所述

为充电时段j所对应的分时电价，j∈{1,2,3…23,24}，所述参数θ用于调节所述服务费单价f_s与所述分时电价

之间的关系，所述参数r用于判断充电行为是否发生在工作日，r∈{0,1}；

根据所述服务费单价f_s、充电量、所述充电时段j和所述分时电价

计算出所述用户本次需支付的充电费用，所述充电费用为电费与服务费的总和，所述服务费为所述充电量与所述服务费单价f_s的乘积，所述电费是根据所述充电量、所述充电时段j和所述分时电价

分段计价得出的；

所述用户结算所述充电费用完毕后，根据所述用户的用户信息、运营商信息以及本次充电结算数据更新运营商与平台之间的账本信息；

将所述账本信息广播到区块链网络并保存至充电桩节点，在所述充电桩节点处打包成区块并上链；

获取所述用户对所述本次充电服务的用户评分W_n；

基于所述用户评分W_n、以及所述用户信誉R_v，对所述充电桩进行评分，计算出服务评分值R_cs,n：

R_cs,0＝0

E_n＝R_cs,_n-1/DE_n＝R_cs,n-1/D

所述M为运营商交易量占平台总交易量的交易量权重，所述l为运营商账本信息更新次数，所述L为平台账本信息更新总次数，δ为所述交易量权重M的调整参数，R_cs,n-1为所述充电桩第n-1次的服务评分值，所述参数α为服务评分值的变化速度，E_n为本次预计获得的评分期望，所述s(R)为阻尼函数，所述σ为所述阻尼函数s(R)中的参数；

更新所述服务评分值R_cs,n；

将更新后的所述服务评分值R_cs,n广播到所述区块链网络并保存至所述充电桩节点，在所述充电桩节点处打包成区块并上链。

较优地，所述根据用户信誉值R_v计算用户本次充电服务的服务费单价f_s之前，还包括：

根据所述用户的历史交易行为，计算出所述用户信誉值R_v：

所述C_vk是用户在第k次结算所述充电费用完毕后的应得积分。

较优地，根据所述用户的历史交易行为，计算出所述用户信誉值R_v之后，根据用户信誉值R_v计算用户本次充电服务的服务费单价f_s之前，还包括：

判断所述R_v是否高于信用阈值R_low；

当R_v<R_low时，提示所述用户无法通过所述平台查看所述充电桩的所述服务评分值R_cs,n；

当R_v≥R_low时，提示所述用户可以通过所述平台查看所述充电桩的所述服务评分值R_cs,n；

或者，

判断所述R_v是否高于最低信用阈值R_min；

当R_v<R_min时，提示所述用户无法在所述充电桩充电；

当R_v≥R_min时，提示所述用户可以在所述充电桩充电。

较优地，所述将更新后的所述服务评分值R_cs,n广播到所述区块链网络并保存至所述充电桩节点，在所述充电桩节点处打包成区块并上链之后，还包括：

所述用户通过所述平台查找所述充电桩时，所述平台按照所述服务评分值R_cs,n从高到低的顺序为所述用户推荐所述充电桩。

本发明还提供一种基于区块链的充电交易管理***，包括信息管理模块、交易结算模块、服务评价模块和区块链监控模块，

所述信息管理模块包括：

用户注册单元，用于提供用户注册服务，采集用户的注册信息、分配用户ID以及创建用户信息；

运营商注册单元，用于提供运营商注册服务，采集运营商的注册信息、分配运营商ID以及创建运营商信息；

充电桩注册单元，用于提供充电桩注册服务，采集充电桩的注册信息、分配充电桩ID以及创建充电桩信息，所述充电桩的注册信息包括所述充电桩的所属运营商数据；

所述交易结算模块，用于根据用户信誉值R_v和充电量计算所述用户所需支付的充电费用；还用于在所述用户结算所述充电费用完毕后，根据所述用户信息、所述运营商信息以及充电结算数据更新所述运营商与所述平台之间的账本信息；还用于将所述账本信息广播到区块链网络并保存至充电桩节点，在所述充电桩节点处打包成区块并上链；

所述服务评价模块，用于计算所述充电桩的服务评分值R_cs,n；还用于更新所述服务评分值R_cs,n；还用于将更新后的所述服务评分值R_cs,n广播到区块链网络并保存至所述充电桩节点，在所述充电桩节点处打包成区块并上链；

所述区块链监控模块包括：

运营商监控单元，用于监控区块链网络内的运行状态，查询各个所述充电桩的运行状况、各个所述运营商的交易量与盈利数、所述平台的总交易量与收益情况；

平台收益单元，用于在前端页面展示所述运行状态。

较优地，所述交易结算模块包括：

交易信息获取单元，用于获取参与交易的所述用户信息和所述充电桩信息；

费用计算单元，用于根据所述用户信誉值R_v计算所述用户本次充电服务的服务费单价f_s：

所述参数ρ为所述服务费单价f_s随所述用户信誉值R_v的变化速度，所述

为充电时段j所对应的分时电价，j∈{1,2,3…23,24}，所述参数θ用于调节所述服务费单价f_s与所述分时电价

之间的关系，所述参数r用于判断充电行为是否发生在工作日，r∈{0,1}；

所述费用计算单元，还用于根据所述服务费单价f_s、所述充电量、所述充电时段j和所述分时电价

计算出所述充电费用，所述充电费用为电费与服务费的总和，所述服务费为所述充电量与所述服务费单价f_s的乘积，所述电费是根据所述充电量、所述充电时段j和所述分时电价

分段计价得出的；

信息更新单元，用于所述用户结算所述充电费用完毕后，根据所述用户信息、所述运营商信息以及所述充电结算数据更新所述运营商与所述平台之间的所述账本信息；还用于将所述账本信息广播到所述区块链网络并保存至所述充电桩节点，在所述充电桩节点处打包成区块并上链。

较优地，所述服务评价模块包括：

服务信息获取单元，用于获取所述用户对所述本次充电服务的用户评分W_n；还用于获取所述用户信誉值R_v；

所述评价计算单元，用于基于所述用户评分W_n、以及所述用户信誉R_v，对所述充电桩进行评分，计算出服务评分值R_cs,n：

R_cs,0＝0

所述M为运营商交易量占平台总交易量的交易量权重，所述l为运营商账本信息更新次数，所述L为平台账本信息更新总次数，δ为所述交易量权重M的调整参数为，R_cs,n-1为所述充电桩第n-1次的服务评分值，所述参数α为服务评分值的变化速度，E_n为本次预计获得的评分期望，所述s(R)为阻尼函数，所述σ为所述阻尼函数s(R)中的参数；

评价更新单元，用于更新所述服务评分值R_cs,n；还用于将更新后的所述服务评分值R_cs,n广播到所述区块链网络并保存至所述充电桩节点，在所述充电桩节点处打包成区块并上链。

较优地，所述信息更新单元，还用于根据所述用户的历史交易行为，计算出所述用户信誉值R_v：

所述Cvk是所述用户在第k次结算所述充电费用完毕后的应得积分。

较优地，所述运营商监控单元，还用于判断所述R_v是否高于信用阈值Rlow；

所述平台收益单元，还用于R_v<Rlow时，提示所述用户无法通过所述平台查看所述充电桩的所述服务评分值R_cs,n；

所述平台收益单元，还用于R_v≥Rlow时，提示所述用户可以通过所述平台查看所述充电桩的所述服务评分值R_cs,n；

所述运营商监控单元，还用于判断所述R_v是否高于最低信用阈值Rmin；

所述平台收益单元，还用于R_v<Rmin时，提示所述用户无法在所述充电桩充电；

所述平台收益单元，还用于R_v≥Rmin时，提示所述用户可以在所述充电桩充电。

较优地，所述运营商监控单元，还用于所述用户通过所述平台查找所述充电桩时，按照所述服务评分值R_cs,n从高到低的顺序将所述充电桩排序；

所述平台收益单元，还用于按照所述服务评分值R_cs,n从高到低的顺序展示所述充电桩信息给所述用户。

由上述技术方案可知，本发明实施例提供的基于区块链的充电交易管理方法及***，以充电桩作为区块链网络中的节点，建立用户信誉计算机制，用户信誉值可直接影响用户对充电桩的使用权限以及充电费用，可提高用户的充电交易行为完成效率；对于充电桩和其所属运营商，建立用户评价机制，管理者可用户优先推荐评价高的充电桩，以促进运营商之间的良性竞争、提高市场整体服务水平，提高用户体验，使用户与充电桩服务方之间建立良性循环，促进新能源汽车行业的发展。

附图说明

图1为本发明实施例的基于区块链的充电交易管理方法的流程图。

图2为本发明实施例的基于区块链的充电交易管理***的结构图。

图3为本发明实施例的充电用户角色用例图。

图4为本发明实施例的平台管理员角色用例图。

图5为本发明实施例的信息管理模块时序图。

图6为本发明实施例的交易结算模块时序图。

图7为本发明实施例的交易结算模块流程图。

图8为本发明实施例的服务评价模块时序图。

图9为本发明实施例的服务评价模块流程图。

图10为本发明实施例的区块链监控模块时序图。

图11为本发明实施例的区块链监控模块流程图。

图12为本发明实施例的服务质量值对充电服务评价的影响。

图13为本发明实施例的用户信誉值R_v对充电服务评价的影响-1。

图14为本发明实施例的用户信誉值R_v对充电服务评价的影响-2。

图15为本发明实施例的基于用户信誉值R_v的服务计费仿真。

具体实施方式

以下结合本发明的附图，对本发明的技术方案以及技术效果做进一步的详细阐述。

本发明提供的基于区块链的充电交易管理方法，主要包括两部分，一是建立用户信誉的评估机制，实现对信用较差的用户进行相应的限制，促使用户及时完成支付，提高结算效率，避免成为限制用户，通过提高自身信用，可获得查看充电桩服务评分值的权限以及服务费优惠；二是建立对充电桩的服务评价机制，平台在为用户推荐充电桩时会优先显示分值高的充电桩，以促进运营商之间的良性竞争、提高市场整体服务水平。

如图1所示，本发明提供的基于区块链的充电交易管理方法，包括如下步骤：

步骤S1，电动汽车充电结束时，根据用户信誉值R_v计算用户本次充电服务的服务费单价fs；

步骤S2，根据服务费单价fs、充电量、充电时段j和分时电价

计算出用户本次需支付的充电费用；

步骤S3，用户结算充电费用完毕后，根据用户的用户信息、运营商信息以及本次充电结算数据更新运营商与平台之间的账本信息；

步骤S4，将账本信息广播到区块链网络并保存至充电桩节点，在充电桩节点处打包成区块并上链；

步骤S5，获取用户对本次充电服务的用户评分W_n；

步骤S6，基于用户评分W_n、以及用户信誉R_v，计算出服务评分值R_cs,n：

步骤S7，更新服务评分值R_cs,n；

步骤S8，将更新后的服务评分值R_cs,n广播到区块链网络并保存至充电桩节点，在充电桩节点处打包成区块并上链。

为维持充电交易平台的可持续运行，用户须在每一笔充电交易完成时，缴纳一定比例的服务费。考虑到公平原则，通过本发明实施例设定了与用户信誉值R_v相关联的服务费定价机制，用户信誉值R_v越高的用户需付的服务费单价越低，反之则承担更高的服务费。该机制有利于促进低信誉用户在充电交易完成后及时支付以提高信誉值，维持平台的稳定运行。步骤S1-步骤S4用于实现提高用户完成交易效率。

步骤S1中，用户信誉值R_v是根据用户的历史交易行为进行评估的，用户在每次完成电动汽车充电交易后，计算用户信誉值R_v，如公式(1)所示：

其中，Cvk是用户在第k次结算充电费用完毕后的应得积分，用户在前一次充电交易后及时支付获得一个积分奖励，反之被扣除一个积分。当用户信誉值R_v低于信用阈值Rlow时，***可限制其无法查看充电桩的评分信息，提示用户无法通过平台查看充电桩的服务评分值R_cs,n；；当用户信誉值R_v低于平台设定的最低信用阈值Rmin时，限制用户无法使用充电服务，提示用户无法使用该充电桩充电。本***中，最低信用阈值可设为0。

电动汽车充电结束时，步骤S1根据用户信誉值R_v计算用户本次充电服务的服务费单价fs的计算模型如公式(2)所示：

其中，参数ρ为服务费单价fs随用户信誉值R_v的变化速度，ρ越大，服务费单价fs的变化越快，本发明实施例中，ρ值可设为1，

为充电时段j所对应的分时电价，j∈{1,2,3…23,24}，参数θ用于调节服务费单价fs与分时电价

之间的关系，θ越大，单位用电量所需支付的服务费就越高，本发明实施例中可将θ设为0.1，即最高的服务费单价为该时段电价的0.1倍。上述算法还考虑到了日型对电网负荷的影响，采用参数r，用于判断充电行为是否发生在工作日，r∈{0,1}，在休息日(r＝1)收取的服务费单价为相同条件下工作日(r＝0)的一半，以鼓励车主多在电网负荷较低的休息日进行充电。

步骤S2中计算的充电费用为电费与服务费的总和，其中，服务费为充电量与服务费单价fs的乘积，电费是根据充电量、充电时段j和分时电价

分段计价得出的。通过公式(1)和公式(2)可知，在θ＝0.1,ρ＝1的情况下，可参与交易的最低信誉用户(即信誉为0的用户)所需要支付的服务费为电费的0.1倍，而具有最高信誉值为1的用户仅需支付电费0.038倍的服务费。因此该机制可以促使用户提高起信誉值，及时完成支付，有利于交易平台的健康发展。

步骤S3和步骤S4则是完成区块链网络中的交易数据更新，本发明实施例中，充电桩可作为区块链网络中的其中一节点，进行实时结算和上传数据，具有广播账本信息、更新和保存账本信息、打包上链的作用。

为了促进充电交易市场的健康运转，应建立适当的服务评价机制，在相同条件下向用户优先显示评分更高的充电桩，以促进电力服务运营商之间的良性竞争、提高市场整体服务水平。步骤S5-步骤S8用于实现服务评价机制的建立。

在步骤S5获取用户对本次充电服务的评分W_n之后，步骤S6根据用户信誉值R_v、用户评分W_n，算出充电桩本次的的服务评分R_cs,n。用户评分与最终服务评分均为1-5分。即W_n∈[1,5]、R_cs,n∈[1,5]。

充电桩的服务评价由不同信誉值用户给出的评分和运营商占平台的交易量权重决定，同时考虑了初期的低评分对改善服务水平后的评价影响，公式如下：

步骤S6中计算充电桩服务评价R_cs,n是随着交易次数n的增加而更新的，即每一次充电交易后都会发生充电桩服务评价R_cs,n更新事件。，基于标准评分值W_n对充电桩进行评分，计算出服务评分值R_cs,n，如公式(3)所示：

其中，M为运营商交易量占平台总交易量的交易量权重，R_cs,n-1为充电桩第n-1次的服务评分值，参数α为服务评分值的变化速度，通过调节α的值使得评分较低的节点在改善服务后，不会一直受到过去低评分的影响，α>1时，α越大，受过去评价的影响就越久。E_n为本次预计获得的评分期望，s(R)为使充电桩服务评分变化趋于平缓的阻尼函数，σ为阻尼函数s(R)中的参数，σ越大，阻尼函数s(R)越平缓，本***中可设置σ值设为0.8。上述参数的计算模型如下：

R_cs,0＝0 (4)

E_n＝R_cs,n-1/DE_n＝R_cs,n-1/D (6)

为激励各运营商提升各自的服务水平，将运营商交易量占平台总交易量的权重纳入到充电桩服务评价计算中，如公式(7)所示：

其中，l为运营商账本信息更新次数，L为平台账本信息更新总次数，δ为交易量权重M的调整参数为。上述公式(3)-(5)构成充电桩服务评价模型。

最后，***更新服务评分值R_cs,n，将更新后的服务评分值R_cs,n广播到区块链网络并保存至充电桩节点，在充电桩节点处打包成区块并上链。

通过上述步骤进行充电桩服务评分，参考了用户信誉值，使得充电桩受低信誉值用户做出的评价影响较小；同时考虑到了其所属运营商占平台交易量的权重，这一参数可以反映该运营商的整体服务水平，不仅使评价更合理，还能激励各运营商提升其充电桩使用体验、维护区块链充电交易平台的稳定运行。

上述方法的实施主体为一种基于区块链的充电交易管理***，其中主要分为两种角色，包括充电桩用户和管理员，如图3和图4所示。

充电桩用户是充电交易管理***的主要使用者，注册个人信息后便可使用充电服务，并在交易结束后进行交易结算实现点对点的可靠交易，充电交易管理***使用智能合约，根据用户信誉值、充电时段等计算出电费、服务费并更新平台与运营商的账本信息，保证了交易的可靠与平台的盈利。交易结束后，用户可以进行充电服务的评价。

***管理员可以注册运营商以及充电桩信息上链，并可以对充电交易管理***的运行状况进行监控，包括各运营商的充电桩数量、盈利情况以及平台的盈利情况。

区块链网络可支持节点平等性，充电桩作为背书节点具有进行实时结算和上传数据，具有广播账本信息、更新和保存账本信息、打包上链的权限，可保证数据一致性。

本发明的充电交易管理***采用分层的模块架构设计方式，总体上分为四层，从下向上分为数据层、核心层、合约层和应用层，其中：

数据层包括了区块链数据存储的基本结构，包括区块的数据结构、散列函数、默克尔二叉树等技术；

核心层主要是区块链的一些底层技术，包括点对点网络、非对称加密、共识算法、节点管理等，它们保证了模块中区块链部分的正常运行和管理；

合约层实现了支撑顶层应用的各种业务的处理与判断逻辑，通过Fabric官方提供的SDK实现服务端和区块链平台的数据信息交互，利用区块链核心层的分布式存储、非对称加密、共识机制等，实现对充电交易与评价数据的可信存储和更新；

应用层主要用来实现***功能。基于场景需求，围绕信息管理模块、交易结算模块、服务评价模块和区块链监控模块来进行区块链智能合约的开发。使用Golang语言设计API供前端调用。前端通过交互调用相应业务的智能合约，并显示出业务所需的数据。

如图2所示，本发明的基于区块链的充电交易管理***的应用层包括信息管理模块21、交易结算模块22、服务评价模块23和区块链监控模块24。

信息管理模块21用来实现用户和充电桩的注册、实现***交易双方数据的上链与存储、以及与区块链通过交易的形式进行数据的交互。此外，信息管理模块21还用于进行数据上链前的预处理工作，后续Fabric完成数据上链过程中的模拟交易、区块共识和更新账本信息等操作。

信息管理模块21包括：

用户注册单元211，用于提供用户注册服务，采集用户的注册信息、分配用户ID以及创建用户信息；

运营商注册单元212，用于提供运营商注册服务，采集运营商的注册信息、分配运营商ID以及创建运营商信息；

充电桩注册单元213，用于提供充电桩注册服务，采集充电桩的注册信息、分配充电桩ID以及创建充电桩信息，充电桩的注册信息包括充电桩的所属运营商数据。

信息管理模块21的时序图如图5所示，以充电桩信息注册上链为例，管理员可以在界面选择注册运营商信息还是充电桩信息，若是充电桩信息需要输入其所属运营商id。智能合约查询区块链账本中已有充电桩数量信息，并自动成生一个不重复的新id分配给当前充电桩。智能合约将充电桩数据的对象序列化成为字节数组生成交易信息，并调用FabricAPI写入帐本。Fabric区块链创建和广播区块，实现数据上链的共识和同步。

交易结算模块22是基于用户信誉的服务计费模型与平台盈利机制的具体实现，主要包含交易信息获取单元221、费用计算单元222和信息更新单元223三个部分：

交易信息获取单元221，用于获取参与交易的用户信息和充电桩信息；

费用计算单元222，用于根据用户信誉值R_v计算用户本次充电服务的服务费单价f_s，其中，用户信誉值R_v是根据用户的历史交易行为进行评估，R_v计算公式如前述公式(1)所示，服务费单价f_s的计算公式如前述公式(2)所示。

信息更新单元223，用于用户结算充电费用完毕后，根据用户信息、运营商信息以及充电结算数据更新运营商与平台之间的账本信息；还用于将账本信息广播到区块链网络并保存至充电桩节点，在充电桩节点处打包成区块并上链。

首先由信息获取单元221获得本次参与交易的用户信息、充电桩信息，其中的用户信誉值用于计算服务费与电费的比例，充电桩数据用于获取所属的运营商id以更新账户余额；费用计算单元222计算电费与相应的服务费；最后由信息更新单元223完成对用户余额、运营商和平台收益的更新，还用于根据用户是否完成结算更新其用户信誉值。交易结算模块22的时序图如图6所示。

用户充电完成后在页面点击交易结算按钮，后端服务器收到前端的请求调用相应的智能合约，由费用计算单元222根据充电量、充电时段和分时电价计算出电费，交易信息获取单元221将Fabric区块链上获取的Json数据反序列化后，得到用户信息、充电桩信息和平台的数据；费用计算单元222根据用户信誉值计算得出服务费，信息更新单元223从用户余额扣除相应的费用，并将计算所得出的电费更新至充电桩所属运营商的余额、将服务费更新至平台收益中，同时根据用户是否支付成功更新其信誉值。最后，信息更新单元223调用Fabric的API接口，将新的用户信息、运营商信息和交易数据广播至区块链，达成共识后更新至区块链账本。交易结算模块22的工作流程图如图7所示。

服务评价模块23包括：

服务信息获取单元231，用于获取用户对本次充电服务的用户评分W_n；还用于获取用户信誉值R_v；

评价计算单元232，用于基于用户评分W_n、以及用户信誉R_v，对充电桩进行评分，计算出服务评分值R_cs,n，R_cs,n的充电桩服务评价模型如前述公式(3)-公式(7)所示；

评价更新单元233，用于更新服务评分值R_cs,n；还用于将更新后的服务评分值R_cs,n广播到区块链网络并保存至充电桩节点，在充电桩节点处打包成区块并上链。

服务评价模块23的时序图如图8所示。对充电桩服务评价的计算要考虑到评分用户的信誉值、充电桩历史评分等因素。从正态分布的角度来看，所属运营商交易量占平台总交易量的交易量权重M反映了该充电运营商的整体服务水平，因此考虑到激励机制应将这交易量权重M纳入计算充电桩服务评分值的参数中。

在用户完成结算后在页面点击交易评价按钮，服务器收到请求调用相应的智能合约。首先，服务信息获取单元231从区块链获取Json数据并反序列化，得到用户信誉值、充电桩历史评分、运营商和平台交易量等必要信息，评价计算单元232计算得出本次交易的服务评分值。评价更新单元233调用FabricAPI实现服务评价的区块生成、广播、共识和账本更新。服务评价模块23的流程图如图9所示。

区块链监控模块24包括：

运营商监控单元241，用于监控区块链网络内的运行状态，查询各个充电桩的运行状况、各个运营商的交易量与盈利数、平台的总交易量与收益情况；

平台收益单元242，用于在前端页面展示运行状态。

运营商监控单元241，还用于判断R_v是否高于信用阈值R_low；

平台收益单元242，R_v<R_low时，提示用户无法通过平台查看充电桩的服务评分值R_cs,n；R_v≥R_low时，提示用户可以通过平台查看充电桩的服务评分值R_cs,n；

运营商监控单元241，还用于判断R_v是否高于最低信用阈值R_min；

平台收益单元242，R_v<R_min时，提示用户无法充电桩充电；R_v≥R_min时，提示用户可以在充电桩充电。

运营商监控单元241，用于用户通过平台查找充电桩时，按照服务评分值R_cs,n从高到低的顺序将充电桩排序；

平台收益单元242，用于按照服务评分值R_cs,n从高到低的顺序展示充电桩信息给用户。

区块链监控模块24的时序图如图10，工作流程图如图11所示：管理员点击监控界面输入管理员密码，身份验证通过后前端页面向后端发起调用相应智能合约的请求。智能合约根据运营商列表依次查询它们的交易数量、盈利情况以及平台的收益与交易量，并将这些数据返回至前端供管理员查看。

本发明实施例中的充电桩服务评价模型的仿真如下：

仿真图12体现了服务质量对服务评分值R_cs,n的影响，用户评分W_n服从正态分布，可以大致反映特定服务质量下的用户评分情况，期望值μ不同的几个正态分布代表了充电桩提供的服务质量的不同。在相同情况下，探究充电桩提供的服务质量对其服务评分的影响，三组数据下充电桩所属运营商交易权重M均为0.2，用户信誉值R_v均服从均匀分布U(0.6,0.8)，充电桩提供的充电服务质量由用户评分W_n表示，分别服从正态分布N(2.5,0.25)、N(3.5,0.25)、N(4.5,0.25)，充电桩服务评价初始值设为低评分1.5。通过图12可知经历了约200次交易评分的迭代后，充电桩服务评价达到稳定，且稳定在各自分布的期望值μ上。用户评分服从N(4.5,0.25)的服务评分最高，最终稳定在4.5分，服从N(3.5,0.25)的次之，服从N(2.5,0.25)的最低。可见，该模型在充电桩提高自己的服务质量水平后可以消除之前低评分的影响，且服务质量越高，最终的服务评价越高。

仿真图13体现了用户信誉值R_v对服务评分值R_cs,n的影响，充电桩服务评价模型应该考虑到用户信誉值R_v，用户信誉值R_v低的用户可能存在随意评分、故意评低分等情况。三组数据下充电桩所属运营商交易权重均为0.5，且服从用户评分为N(4.5，0.25)的正态分布，用户信誉值R_v则呈阶梯式下降，分别服从U(0.2，0.4)、U(0.4，0.6)、U(0.6，0.8)的均匀分布。可以看出，用户信誉值R_v服从均匀分布U(0.6，0.8)的曲线在交易评价迭代了300次左右达到稳定，而用户信誉值R_v在U(0.4，0.6)的经过了约400次交易评价迭代才稳定在期望值，而用户信誉值R_v在U(0.2，0.4)最低的曲线在500次迭代后仍未稳定。

重新进行实验，如图14所示，该曲线的服务评价在迭代800次后终于稳定于期望值4.5左右。可见在该模型中用户信誉值R_v低的用户对服务评价的影响较小，有利于减小恶意评价对充电桩服务评分的影响，同时有利于促使用户提高其用户信誉值R_v，更好的参与到交易评价中。

图15为基于用户信誉值R_v的服务计费仿真。其中，充电总费用由电费F_c和服务费F_s构成，其中服务费F_s通过上述公式计算得出，用户信誉值R_v低的用户可能存在破坏充电桩、抢占充电桩等行为，因此计算服务费F_s时应该考虑到用户信誉值R_v，同时考虑到设备维护成本会随着投入使用的时间而增加。下图展示了服务费F_s/电费F_c比值随着用户信誉值R_v的变化情况，可以看出在参数设为θ＝0.1,ρ＝1时，比值随着用户信誉值R_v的提高而降低，有利于激励用户信誉值R_v低的用户通过提高信誉值来减少服务费F_s；当θ＝0.1,ρ＝2时服务费F_s/电费F_c比值会随着用户信誉值R_v的增加而降低的更快，可以根据用户价格敏感程度的变化对计算模型进行微调；当θ＝0.16,ρ＝1时，相比于初始情况比值都有了增长，以适应设备维护成本提高等情况。

本发明致力于解决电动汽车充电交易过程中的信任问题、用户隐私及交易数据安全问题，引入区块链技术，使用智能合约完成交易，智能通过触发既定规则的条件自动执行，可以最大程度的降低人为干预的影响，同时区块链平台具有保证交易不可篡改、可追溯的特点。设计了考虑运营商激励的协同声誉模型与基于用户信誉的服务计费机制，有利于促进区块链充电交易市场的健康运转。

本发明实施例提供的基于区块链的充电交易管理方法及***，以充电桩作为区块链网络中的节点，建立用户信誉计算机制，用户信誉值可直接影响用户对充电桩的使用权限以及充电费用，可提高用户的充电交易行为完成效率；对于充电桩和其所属运营商，建立用户评价机制，管理者可用户优先推荐评价高的充电桩，以促进运营商之间的良性竞争、提高市场整体服务水平，提高用户体验，使用户与充电桩服务方之间建立良性循环，促进新能源汽车行业的发展。

以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种基于区块链的充电交易管理方法，其特征在于，包括：

电动汽车充电结束时，根据用户信誉值R_v计算用户本次充电服务的服务费单价f_s：

所述参数ρ为所述服务费单价f_s随所述用户信誉值R_v的变化速度，所述

为充电时段j所对应的分时电价，j∈{1，2，3...23，24}，所述参数θ用于调节所述服务费单价f_s与所述分时电价

之间的关系，所述参数r用于判断充电行为是否发生在工作日，r∈{0，1}；

根据所述服务费单价f_s、充电量、所述充电时段j和所述分时电价

计算出所述用户本次需支付的充电费用，所述充电费用为电费与服务费的总和，所述服务费为所述充电量与所述服务费单价f_s的乘积，所述电费是根据所述充电量、所述充电时段j和所述分时电价

分段计价得出的；

所述用户结算所述充电费用完毕后，根据所述用户的用户信息、运营商信息以及本次充电结算数据更新运营商与平台之间的账本信息；

将所述账本信息广播到区块链网络并保存至充电桩节点，在所述充电桩节点处打包成区块并上链；

获取所述用户对所述本次充电服务的用户评分W_n；

基于所述用户评分W_n、以及所述用户信誉R_v，对所述充电桩进行评分，计算出服务评分值R_cs，n：

R_cs，0＝0

E_n＝R_cs，n-1/DE_n＝R_cs，n-1/D

所述M为运营商交易量占平台总交易量的交易量权重，所述2为运营商账本信息更新次数，所述L为平台账本信息更新总次数，δ为所述交易量权重M的调整参数，R_cs，n-1为所述充电桩第n-1次的服务评分值，所述参数α为服务评分值的变化速度，E_n为本次预计获得的评分期望，所述s(R)为阻尼函数，所述σ为所述阻尼函数s(R)中的参数；

更新所述服务评分值R_cs，n；

将更新后的所述服务评分值R_cs，n广播到所述区块链网络并保存至所述充电桩节点，在所述充电桩节点处打包成区块并上链。

2.如权利要求1所述的基于区块链的充电交易管理方法，其特征在于，所述根据用户信誉值R_v计算用户本次充电服务的服务费单价f_s之前，还包括：

根据所述用户的历史交易行为，计算出所述用户信誉值R_v：

所述C_vk是用户在第k次结算所述充电费用完毕后的应得积分。

3.如权利要求1所述的基于区块链的充电交易管理方法，其特征在于，根据所述用户的历史交易行为，计算出所述用户信誉值R_v之后，根据用户信誉值R_v计算用户本次充电服务的服务费单价f_s之前，还包括：

判断所述R_v是否高于信用阈值R_low；

当R_v＜R_low时，提示所述用户无法通过所述平台查看所述充电桩的所述服务评分值R_cs，n；

当R_v≥R_low时，提示所述用户可以通过所述平台查看所述充电桩的所述服务评分值R_cs，n；

或者，

判断所述R_v是否高于最低信用阈值R_min；

当R_v＜R_min时，提示所述用户无法在所述充电桩充电；

当R_v≥R_min时，提示所述用户可以在所述充电桩充电。

4.如权利要求1所述的基于区块链的充电交易管理方法，其特征在于，所述将更新后的所述服务评分值R_cs，n广播到所述区块链网络并保存至所述充电桩节点，在所述充电桩节点处打包成区块并上链之后，还包括：

所述用户通过所述平台查找所述充电桩时，所述平台按照所述服务评分值R_cs，n从高到低的顺序为所述用户推荐所述充电桩。

5.一种基于区块链的充电交易管理***，其特征在于，包括信息管理模块、交易结算模块、服务评价模块和区块链监控模块，

所述信息管理模块包括：

用户注册单元，用于提供用户注册服务，采集用户的注册信息、分配用户ID以及创建用户信息；

运营商注册单元，用于提供运营商注册服务，采集运营商的注册信息、分配运营商ID以及创建运营商信息；

充电桩注册单元，用于提供充电桩注册服务，采集充电桩的注册信息、分配充电桩ID以及创建充电桩信息，所述充电桩的注册信息包括所述充电桩的所属运营商数据；

所述交易结算模块，用于根据用户信誉值R_v和充电量计算所述用户所需支付的充电费用；还用于在所述用户结算所述充电费用完毕后，根据所述用户信息、所述运营商信息以及充电结算数据更新所述运营商与所述平台之间的账本信息；还用于将所述账本信息广播到区块链网络并保存至充电桩节点，在所述充电桩节点处打包成区块并上链；

所述服务评价模块，用于计算所述充电桩的服务评分值R_cs，n；还用于更新所述服务评分值R_cs，n；还用于将更新后的所述服务评分值R_cs，n广播到区块链网络并保存至所述充电桩节点，在所述充电桩节点处打包成区块并上链；

所述区块链监控模块包括：

运营商监控单元，用于监控区块链网络内的运行状态，查询各个所述充电桩的运行状况、各个所述运营商的交易量与盈利数、所述平台的总交易量与收益情况；

平台收益单元，用于在前端页面展示所述运行状态。

6.如权利要求5所述的基于区块链的充电交易管理***，其特征在于，所述交易结算模块包括：

交易信息获取单元，用于获取参与交易的所述用户信息和所述充电桩信息；

费用计算单元，用于根据所述用户信誉值R_v计算所述用户本次充电服务的服务费单价f_s：

所述参数ρ为所述服务费单价f_s随所述用户信誉值R_v的变化速度，所述

为充电时段j所对应的分时电价，j∈{1，2，3...23，24}，所述参数θ用于调节所述服务费单价f_s与所述分时电价

之间的关系，所述参数r用于判断充电行为是否发生在工作日，r∈{0，1}；

所述费用计算单元，还用于根据所述服务费单价f_s、所述充电量、所述充电时段j和所述分时电价

计算出所述充电费用，所述充电费用为电费与服务费的总和，所述服务费为所述充电量与所述服务费单价f_s的乘积，所述电费是根据所述充电量、所述充电时段j和所述分时电价

分段计价得出的；

信息更新单元，用于所述用户结算所述充电费用完毕后，根据所述用户信息、所述运营商信息以及所述充电结算数据更新所述运营商与所述平台之间的所述账本信息；还用于将所述账本信息广播到所述区块链网络并保存至所述充电桩节点，在所述充电桩节点处打包成区块并上链。

7.如权利要求6所述的基于区块链的充电交易管理***，其特征在于，所述服务评价模块包括：

服务信息获取单元，用于获取所述用户对所述本次充电服务的用户评分W_n；还用于获取所述用户信誉值R_v；

评价计算单元，用于基于所述用户评分W_n、以及所述用户信誉R_v，对所述充电桩进行评分，计算出所述服务评分值R_cs，n：

R_cs，0＝0

E_n＝R_cs，n-1/DE_n＝R_cs，n-1/D

所述M为运营商交易量占平台总交易量的交易量权重，所述2为运营商账本信息更新次数，所述L为平台账本信息更新总次数，δ为所述交易量权重M的调整参数，R_cs，n-1为所述充电桩第n-1次的服务评分值，所述参数α为服务评分值的变化速度，E_n为本次预计获得的评分期望，所述s(R)为阻尼函数，所述σ为所述阻尼函数s(R)中的参数；

评价更新单元，用于更新所述服务评分值R_cs，n；还用于将更新后的所述服务评分值R_cs，n广播到所述区块链网络并保存至所述充电桩节点，在所述充电桩节点处打包成区块并上链。

8.如权利要求6所述的基于区块链的充电交易管理***，其特征在于，

所述信息更新单元，还用于根据所述用户的历史交易行为，计算出所述用户信誉值R_v：

所述C_vk是所述用户在第k次结算所述充电费用完毕后的应得积分。

9.如权利要求6所述的基于区块链的充电交易管理***，其特征在于，

所述运营商监控单元，还用于判断所述R_v是否高于信用阈值R_low；

所述平台收益单元，还用于R_v＜R_low时，提示所述用户无法通过所述平台查看所述充电桩的所述服务评分值R_cs，n；

所述平台收益单元，还用于R_v≥R_low时，提示所述用户可以通过所述平台查看所述充电桩的所述服务评分值R_cs，n；

所述运营商监控单元，还用于判断所述R_v是否高于最低信用阈值R_min；

所述平台收益单元，还用于R_v＜R_min时，提示所述用户无法在所述充电桩充电；

所述平台收益单元，还用于R_v≥R_min时，提示所述用户可以在所述充电桩充电。

10.如权利要求6所述的基于区块链的充电交易管理***，其特征在于，

所述运营商监控单元，还用于所述用户通过所述平台查找所述充电桩时，按照所述服务评分值R_cs，n从高到低的顺序将所述充电桩排序；

所述平台收益单元，还用于按照所述服务评分值R_cs，n从高到低的顺序展示所述充电桩信息给所述用户。

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