区块链技术在矿山物联网中的应用研究

区块链技术在矿山物联网中的应用研究
摘要：近年来物联网发展取得了显著成果，被广泛应用于智能矿山、健康医疗、交通运输等领域。

在矿山物联网中数据传输和存储过程中存在易丢失和被篡改等
问题，将区块链技术应用于矿山物联网的数据传输与存储中，可以构建以数据层、传输层、共识层为核心的矿山私有区块链架构。

本文就区块链技术在矿山物联网
中的应用展开探讨。

关键词：矿山物联网；矿山私有区块链；数据块；信息化
引言
区块链(Blockchain)是分布式数据存储、点对点传输、共识机制、加密算法等
计算机技术的新型应用模式。

狭义来讲，区块链是一种按照时间顺序将数据区块
以顺序相连方式组合成的一种链式数据结构，并以密码学方式保证其不可篡改和
不可伪造的分布式账本。

广义来讲，区块链是利用块链式数据结构来验证与存储
数据，利用分布式节点共识算法来生成和更新数据，利用密码学的方式来保证数
据传输和访问的安全，利用由自动化脚本代码组成的智能合约来编程和操作数据
的一种全新的分布式基础架构与计算方式。

区块链本质上是一串使用密码学方法
相关联产生的数据块，每一个数据块中包含了一批次比特币网络交易的信息，用
于验证其信息的有效性(防伪)和生成下一个区块。

1矿山物联网标准建设
《矿山物联网顶层设计》指出“矿山物联网是互联网＋时代的矿山安全生产公
共服务平台，可为矿山安全监管与科学执法、矿山生产过程监控等提供必要的技
术支撑，更好地保障矿山的生产安全、生态安全和资源安全。

”这就是说矿山物联网必须是一个完全开放的网络，以便于第三方将各种应用服务提供到矿山物联网中，同时也为矿山今后不断增长的应用服务提供平台，这些今后的应用服务可能
是现在无法预知的。

在矿山综合自动化系统建设过程中，从设计开始就没有认真
考虑容纳第三方的服务，基本上是一种自己建设、自己使用、自己维护的“三自模式”，因此在建设后期，逐步出现了系统封闭、标准不一、信息应用困难、对矿山技术人员要求高等问题。

而矿山物联网的建设应该明确矿山物联网的本质是服务
承载平台，要真正将矿山物联网建设成这样一个公共服务平台，显然，标准建设
是非常重要的。

这也是矿山物联网建设有别于矿山综合自动化系统建设的一个重
要方面。

2基于区块链技术的矿山物联网数据传输与存储
2.1数据传输
矿山物联网中数据传输是否执行由区块链网络中具备相应算力的所有节点根
据共识算法共同决定。

在数据传输过程中，区块链网络节点分工、数据加密及数
据共识是3个重要环节，如果采取集中式处理会极大提升数据传输的复杂程度。

本文将矿山物联网中数据传输的3个环节进行模块化处理，即设置节点管理模块、加密模块和共识模块。

节点管理模块对区块链网络各节点进行管理，实现节点鉴别、权限控制、节点划分等功能。

加密模块对传输的数据进行加密，防止数据在
传输过程中被恶意篡改、伪造甚至窃取，保证数据的真实性及可信任程度。

共识
模块的设计基于区块链网络相应节点的算力，不需要引入新设备。

共识模块利用
具备相应算力的区块链网络节点完成数据有效性的共识过程，减少虚假数据上传。

2.2数据显示
基于物联网技术对软件应用层进行搭建，还要应用算法对数据进行处理，使
其在基于物联网的矿山智能化管理系统中得以显现。

虚拟仪器是各个设备状态监控的最佳选择。

利用图形化编程软件结合模块化、开放的硬件以及虚拟仪器（LabVIEW），对设计的物联网智能矿山管理系统中，所获得的温度监测数据、声学监测数据、振动监测数据进行重新编辑，大大减少了智能化管理系统的运行时间。

应用虚拟仪器还可以提供各个设备的状态监控（MCM）信息，包括监测到的设备应用演示、工作Demo程序等。

因此，利用LabVIEW软件作为实现管理系统中数据显示的上位开发软件，结合各个设备的状态监控信息，利用上位程序对数据进行清理、处理，将数据以图片、动画、表格文字等方式显示出来。

最终完成基于物联网的矿山智能化管理系统的设计
2.3数据存储
考虑到矿山物联网中存在节点计算能力不均、部分节点没有足够空间进行数据存储等问题，提出一种基于私有区块链的数据存储结构。

数据区块层临时存储经区块链网络上传的数据，区块链网络中的节点可通过该层实时传输数据。

信息验证层依据ＰＢＦＴ算法对数据区块层中临时存储的数据进行验证，当数据被规定数量的验证节点验证通过，才会被存储在存储节点中并同步更新到整个私有区块链。

存储层的存储节点需要有足够的存储空间来存储数据。

3应用建议
3.1配套设备及信息传输设备的改进
区块链是对企业所有装备、设备的运行数据进行链接，并用一定的算法将其优化组合到一起，在实施信息传输时，要求各台设备最终传输数据具有统一的格式，这样才能实现数据的有效整合。

因此，根据区块链的整体要求，企业应及时将需要改进的配套设备及信息传输设备列入预算计划，确保资金的落实。

3.2着力健全矿山物联网技术标准体系
针对矿山物联网标准建设滞后、阻碍矿山物联网发展的矛盾，拟进一步组织社会优势研发单位，完善矿山物联网技术标准体系，并组织制定矿山物联网系统建设和管理规范，重点破解当前矿山物联网建设标准不统一，各厂家生产的传感器、传输基站等物联网设备无法兼容、通用性差，安全监测预警系统各成体系、技术路线和网络架构相异、系统难以集成等问题。

3.3开拓或建设生产配套工程
连续生产必定需要接续的开拓或配套工程，在主要生产数据链接的条件下，区块链可简化企业的人力、物力，为企业的增益提供可能。

但是，矿山企业需要对开拓或配套工程进行全面的评估，并对有关数据及工艺进行处理或优化，使区块链的决策更符合企业的实际需要。

结语
将区块链技术应用于矿山物联网，建立了矿山私有区块链架构，设计了基于共识模块和数据区块的矿山物联网数据传输与存储防护方案。

目前，区块链应用尚处于开发阶段，但区块链具有的去中心化、开放性、独立性、安全性等特点，使其在众多领域都有着良好的应用前景。

随着5G技术推动“万物互联”时代的到来，区块链技术将对众多领域产生颠覆性影响。

矿业企业作为国民经济的基础产业之一，也应紧跟时代步伐，加快企业转型改革，加强区块链技术应用，促进企业发展。

参考文献
[1]张亮，刘百祥，张如意，等．区块链技术综述［J］．计算机工程2019，45（5）：1-12．
[2]赵小虎，张凯，赵志凯，等．矿山物联网网络技术发展趋势与关键技术［Ｊ］．工矿自动化，2018，44（4）：1-7．。