發布時間：2020-05-15所屬分類：工程師職稱論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要：近年來物聯網發展取得了顯著成果，被廣泛應用于智能礦山、健康醫療、交通運輸等領域。在礦山物聯網中數據傳輸和存儲過程中存在易丟失和被篡改等問題，將區塊鏈技術應用于礦山物聯網的數據傳輸與存儲中，可以構建以數據層、傳輸層、共識層為核心的礦山
摘要：近年來物聯網發展取得了顯著成果，被廣泛應用于智能礦山、健康醫療、交通運輸等領域。在礦山物聯網中數據傳輸和存儲過程中存在易丟失和被篡改等問題，將區塊鏈技術應用于礦山物聯網的數據傳輸與存儲中，可以構建以數據層、傳輸層、共識層為核心的礦山私有區塊鏈架構。本文就區塊鏈技術在礦山物聯網中的應用展開探討。
關鍵詞：礦山物聯網;礦山私有區塊鏈;數據塊;信息化
引言
區塊鏈(Blockchain)是分布式數據存儲、點對點傳輸、共識機制、加密算法等計算機技術的新型應用模式。狹義來講，區塊鏈是一種按照時間順序將數據區塊以順序相連方式組合成的一種鏈式數據結構，并以密碼學方式保證其不可篡改和不可偽造的分布式賬本。廣義來講，區塊鏈是利用塊鏈式數據結構來驗證與存儲數據，利用分布式節點共識算法來生成和更新數據，利用密碼學的方式來保證數據傳輸和訪問的安全，利用由自動化腳本代碼組成的智能合約來編程和操作數據的一種全新的分布式基礎架構與計算方式。區塊鏈本質上是一串使用密碼學方法相關聯產生的數據塊，每一個數據塊中包含了一批次比特幣網絡交易的信息，用于驗證其信息的有效性(防偽)和生成下一個區塊。
相關期刊推薦：《工礦自動化》Industry and Mine Automation(月刊)曾用刊名：煤礦自動化，1973年創刊，主要報道內容包括煤礦安全監測與控制裝備與技術，煤礦人員監測與管理裝備與技術，煤礦設備狀態監測與控制裝備與技術，采煤機自動化裝備與技術，掘進機自動化裝備與技術，帶式輸送機自動化裝備與技術，提升機自動化裝備與技術，煤礦電力驅動與控制裝備與技術，煤礦通信裝備與技術，煤礦搶險救災裝備與技術，礦用傳感器與儀器、儀表，礦用產品防爆技術，礦山電氣節能技術，智能礦山與物聯網技術等。
1礦山物聯網標準建設
《礦山物聯網頂層設計》指出“礦山物聯網是互聯網+時代的礦山安全生產公共服務平臺，可為礦山安全監管與科學執法、礦山生產過程監控等提供必要的技術支撐，更好地保障礦山的生產安全、生態安全和資源安全。”這就是說礦山物聯網必須是一個完全開放的網絡，以便于第三方將各種應用服務提供到礦山物聯網中，同時也為礦山今后不斷增長的應用服務提供平臺，這些今后的應用服務可能是現在無法預知的。在礦山綜合自動化系統建設過程中，從設計開始就沒有認真考慮容納第三方的服務，基本上是一種自己建設、自己使用、自己維護的“三自模式”，因此在建設后期，逐步出現了系統封閉、標準不一、信息應用困難、對礦山技術人員要求高等問題。而礦山物聯網的建設應該明確礦山物聯網的本質是服務承載平臺，要真正將礦山物聯網建設成這樣一個公共服務平臺，顯然，標準建設是非常重要的。這也是礦山物聯網建設有別于礦山綜合自動化系統建設的一個重要方面。
2基于區塊鏈技術的礦山物聯網數據傳輸與存儲
2.1數據傳輸
礦山物聯網中數據傳輸是否執行由區塊鏈網絡中具備相應算力的所有節點根據共識算法共同決定。在數據傳輸過程中，區塊鏈網絡節點分工、數據加密及數據共識是3個重要環節，如果采取集中式處理會極大提升數據傳輸的復雜程度。本文將礦山物聯網中數據傳輸的3個環節進行模塊化處理，即設置節點管理模塊、加密模塊和共識模塊。節點管理模塊對區塊鏈網絡各節點進行管理，實現節點鑒別、權限控制、節點劃分等功能。加密模塊對傳輸的數據進行加密，防止數據在傳輸過程中被惡意篡改、偽造甚至竊取，保證數據的真實性及可信任程度。共識模塊的設計基于區塊鏈網絡相應節點的算力，不需要引入新設備。共識模塊利用具備相應算力的區塊鏈網絡節點完成數據有效性的共識過程，減少虛假數據上傳。
2.2數據顯示
基于物聯網技術對軟件應用層進行搭建，還要應用算法對數據進行處理，使其在基于物聯網的礦山智能化管理系統中得以顯現。虛擬儀器是各個設備狀態監控的最佳選擇。利用圖形化編程軟件結合模塊化、開放的硬件以及虛擬儀器(LabVIEW)，對設計的物聯網智能礦山管理系統中，所獲得的溫度監測數據、聲學監測數據、振動監測數據進行重新編輯，大大減少了智能化管理系統的運行時間。應用虛擬儀器還可以提供各個設備的狀態監控(MCM)信息，包括監測到的設備應用演示、工作Demo程序等。因此，利用LabVIEW軟件作為實現管理系統中數據顯示的上位開發軟件，結合各個設備的狀態監控信息，利用上位程序對數據進行清理、處理，將數據以圖片、動畫、表格文字等方式顯示出來。最終完成基于物聯網的礦山智能化管理系統的設計
2.3數據存儲
考慮到礦山物聯網中存在節點計算能力不均、部分節點沒有足夠空間進行數據存儲等問題，提出一種基于私有區塊鏈的數據存儲結構。數據區塊層臨時存儲經區塊鏈網絡上傳的數據，區塊鏈網絡中的節點可通過該層實時傳輸數據。信息驗證層依據PBFT算法對數據區塊層中臨時存儲的數據進行驗證，當數據被規定數量的驗證節點驗證通過，才會被存儲在存儲節點中并同步更新到整個私有區塊鏈。存儲層的存儲節點需要有足夠的存儲空間來存儲數據。
3應用建議
3.1配套設備及信息傳輸設備的改進
區塊鏈是對企業所有裝備、設備的運行數據進行鏈接，并用一定的算法將其優化組合到一起，在實施信息傳輸時，要求各臺設備最終傳輸數據具有統一的格式，這樣才能實現數據的有效整合。因此，根據區塊鏈的整體要求，企業應及時將需要改進的配套設備及信息傳輸設備列入預算計劃，確保資金的落實。
3.2著力健全礦山物聯網技術標準體系
針對礦山物聯網標準建設滯后、阻礙礦山物聯網發展的矛盾，擬進一步組織社會優勢研發單位，完善礦山物聯網技術標準體系，并組織制定礦山物聯網系統建設和管理規范，重點破解當前礦山物聯網建設標準不統一，各廠家生產的傳感器、傳輸基站等物聯網設備無法兼容、通用性差，安全監測預警系統各成體系、技術路線和網絡架構相異、系統難以集成等問題。
3.3開拓或建設生產配套工程
連續生產必定需要接續的開拓或配套工程，在主要生產數據鏈接的條件下，區塊鏈可簡化企業的人力、物力，為企業的增益提供可能。但是，礦山企業需要對開拓或配套工程進行全面的評估，并對有關數據及工藝進行處理或優化，使區塊鏈的決策更符合企業的實際需要。
結語
將區塊鏈技術應用于礦山物聯網，建立了礦山私有區塊鏈架構，設計了基于共識模塊和數據區塊的礦山物聯網數據傳輸與存儲防護方案。目前，區塊鏈應用尚處于開發階段，但區塊鏈具有的去中心化、開放性、獨立性、安全性等特點，使其在眾多領域都有著良好的應用前景。隨著5G技術推動“萬物互聯”時代的到來，區塊鏈技術將對眾多領域產生顛覆性影響。礦業企業作為國民經濟的基礎產業之一，也應緊跟時代步伐，加快企業轉型改革，加強區塊鏈技術應用，促進企業發展。
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