一种基于区块链的环境监测系统及方法与流程

本发明涉及区块链技术领域，特别是一种基于区块链的环境监测系统及方法。

背景技术：

环境监测是生态环境保护的基础工作，环境监测数据是生态环境综合决策和制定环境保护法律法规的科学依据，然而目前的环境监测系统都是以中心化服务器提供服务，属于高度集中的系统架构，在数据安全上存在重大隐患，同时也给环境执法带来了诸多困难，具体体现在以下方面：

1、环境监测数据易篡改：数据质量是环境监测工作的生命线，环保数据的真实性、综合性、长期性是环境监测最基本的要求，但是现在许多排污企业机构提供的数据质量低下，有时甚至存在数据被篡改的现象，影响国家治理环境的效果。

2、第三方检测机构检测数据及检测过程易篡改，排污企业方办理排污许可证等业务或环保机关在环境监管过程中需要第三方检测机构提供污染源相关检测报告或监测报告，第三方检测机构可能受到利益影响，提供假的检测报告或监测报告。

3、环境执法机构监管难：虽然国家规定环境自动监测数据可作为环境行政处罚等监管执法的依据，但执法人员在实践中认为一些企业提供的自动监测数据不靠谱、不可信，从而不敢用，使环境执法作用受限。

4、信息孤岛严重：各环境监测系统数据比较分散，严重阻碍了数据信息共享和交换，造成大大小小的信息“孤岛”，信息共享性比较差。

5、数据价值有待挖掘：随着大数据技术的发展，传统环境监测系统积累了环境监测、监管等各类信息，而大部分此类信息被采集存储后，由于系统互联互通难，无法发挥其数据价值，数据使用效率低下。

区块链技术具有分布式存储、公开透明、数据不可篡改、可追溯等特点，可在环境监测数据防篡改、安全共享及数据价值挖掘上起到重要作用；同时融合商用密码、电子签名、时间戳等技术，可实现环境监测服务的在线身份真实安全、服务过程透明留痕、线上数据可信存证，使环境执法机构行政处罚有据可依，使企业能够自证清白。因此，发明一种基于区块链的环境监测系统及方法势在必行。

技术实现要素：

针对上述情况，为解决现有技术之缺陷，本发明之目的就是提供一种基于区块链的环境监测系统及方法，可有效解决传统环境监测系统中存在的环境自动监测数据易篡改、数据共享及交换能力差、数据价值利用率低、环境执法机构监管难的问题。

本发明解决的技术方案是，该环境监测系统包括排污企业服务子系统、第三方服务子系统、专家端服务子系统、环保机构服务子系统、区块链服务子系统。

本发明利用区块链、电子签名、时间戳等技术，为系统使用各方提供环境监测、检测数据可信自证能力、安全共享能力，方便环境执法机构执法有据可依，提升监管能力，是环境监测系统上的创新。

附图说明

图1为本发明的系统架构图。

图2为本发明的系统拓扑图。

图3为本发明系统的实现方法实施例1，假设该基于区块链的环境监测系统应用于排污企业环评。

图4为本发明系统的实现方法实施例2，假设该基于区块链的环境监测系统应用于排污企业日常监管。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。

由图1-4给出，本发明环境监测系统包括排污企业服务子系统、第三方服务子系统、专家端服务子系统、环保机构服务子系统、区块链服务子系统。

所述的排污企业服务子系统用于为排污企业建立一个所有与环境管理、监察、处罚、监测等方面的台账，并分门别类、依序编排，统一建档，最终为每个排污企业形成一套全面的、全过程的、动态的、综合的并能真实反映污染源工作全貌的环保信息档案，其包括企业管理、企业注册、自主环保验收、自动监测数据采集模块、自动监测数据上报模块、自动监测数据预警通知、污染源基本信息维护、业务数据关联管理、业务数据扩展查询、环境管理属性维护、查询功能模块；

所述的第三方服务子系统主要是为排污企业提供环境评价、环保验收、环境监测等服务，包括环评单位管理、第三方企业信息化管理、合同管理、检测机构管理、环评报告服务、环评验收服务、第三方检测服务、检测任务派发、检测任务上报、环境风险及安全防范服务、企业信息化服务模块；

所述的专家服务子系统包括专家注册、专家基础信息维护、专家管理、专家库管理、专家选择、环评报告评审、环评符合性排查、产业政策符合性排查、排污许可执行情况排查模块；

所述的环保机构服务子系统包括环保机构人员管理、环评报告评估申请、环评报告审批、环评报告审批公示、环评验收申请、环评验收公示、企业超排预警通知、企业超排预警处理、环境执法检测结果、环境执法行政处罚、企业环保整改督导、环境应急管理、规范环保管理模块；

所述的区块链服务子系统主要为各服务平台提供企业自动环保检测、第三方环保检测服务、专家环评及环保排查、环保督导、环保管理等链上链下身份认证、电子签名、数据上链存证及可信共享服务，具体包括以下几个方面：

1、共识机制：采用dpos+pbft共识机制，节点达成一致速度更快，延时更低，同时全网吞吐量更高；

2、智能合约：根据具体环保业务场景设计不同智能合约，智能合约包含有关交易的所有信息，只要满足设定合约条件，交易就会自动执行，并且执行过程可追溯、结果不可逆转；

3、电子签名技术：采用电子签名、图像处理技术，针对业务层相关电子合同和电子表单进行在线数字签名验签，并呈现与纸质文件签字或盖章相同的可视效果，确保电子数据的真实性、完整性以及签名行为的不可抵赖性；

4、数字身份认证：用户需使用由权威机构发放的可信电子身份凭证，作为使用者真实身份信息的标识，保证业务交易的真实性、不可抵赖；

5、时间戳服务：提供精确可信的时间戳服务，用于表明待签名数据的时间属性，符合密码应用和电子签名相关法律、法规及标准规范，它采用精确的时间源、高强度、高标准的安全机制，以确认系统处理数据在某一时间的存在性和相关操作的相对时间顺序，为信息系统中的时间防抵赖提供基础服务。

本发明还提供一种基于区块链的环境监测方法，该方法通过构建环保联盟链将环境监测系统使用各方（排污企业方、第三方服务方、专家方、环保机构方等）纳入到一个体系之中，有效保障环保自动监测数据从设备采集、上报传输、可信存储全过程数据安全不可篡改真实可信以及环保数据开放共享、隐私保护提供安全支撑，推动环境监测产业成本下降、环保机构监管效率提升。如该环境监测系统应用于排污企业环评，在环评业务流程开始之前，各系统使用方需在相关子系统企业管理、第三方服务机构管理、专家管理、环保机构人员管理模块进行身份认证，ca机构验证其身份合法后为其颁发相关数字证书，证书用于身份认证及相关合同、文件、报告的电子签名、电子签章，且在区块链服务子系统需内置环评报告智能合约、专家智选智能合约、专家评审智能合约、环评报告审批智能合约、验收报告智能合约、企业验收意见智能合约及环评验收智能合约，其中环评报告智能合约用于第三方环评单位线上编写环评报告，编写环评报告时所需的合同信息、采集资料、环境信息、相关人员等编写报告记录在链上存储；专家智选智能合约用于环评报告评估专家选择，选择条件包含环评报告分类、专家等级、擅长领域等；专家评审智能合约用于环评报告的专家评审，编写评审意见的过程及评审意见在链上存储；环评报告审批智能合约用于环保机构对于环评报告的最终审批，批复结果在链上存储；验收报告智能合约用于第三方检测机构协助排污企业编写环评验收报告，编写环评验收报告时收集的材料及检测结果连同环评验收报告在链上存储；企业自主验收意见智能合约用于排污企业环评验收组编写验收意见，验收意见上链存储；环评验收审批智能合约用于环保机构对排污企业的验收意见进行审批，审批结果上链存储。

实施例1基于区块链的环境监测系统应用于排污企业环评，具体包括以下步骤：

1、环评报告合同签订

在第三方环评单位通过第三方服务子系统的环评单位管理模块注册并登记成为合法的环评单位后，环评单位可在企业信息化服务模块公开信息，供排污企业选择，排污企业通过第三方服务子系统的第三方企业信息化服务模块选择合适的第三方环评单位，然后环评单位预勘察排污企业现场，确定企业是否具有环评条件，若具备环评条件，排污企业和第三方环评单位通过第三方服务子系统的合同管理模块签订委托编写环评报告电子合同，双方加盖电子签章及时间戳信息，保障合同真实有效，合同签订完成的同时自动调用环评报告智能合约，将环评报告合同加密并上链存储，保障合同不被篡改、删除；

2、编写环评报告

第三方环评单位踏勘排污企业建设项目现场，踏勘内容包括项目地点、建设规模、性质、项目区域产业定位、总体规划、环保规划、项目区域自然条件、基础设施、交通状况、林网建设状况等，随后在第三方服务子系统的环评报告服务模块编制现场踏勘记录表、上传相关图片、视频资料，然后第三方环评单位再根据收集的资料按照环保机构要求在线编制成环评报告，环评报告编写完成后，系统自动调用环评报告智能合约，将环评报告进行加密和上链存储，保障环评报告内容不被篡改，真实有效，同时，排污企业可在线查看、下载环评报告，并可在线申请环保机构相关评估中心对环评报告进行评估；

3、评估中心评估

评估中心收到排污企业的环评报告评估申请后，可通过环保机构服务子系统的环评报告评估申请模块在线查看排污企业申请，并组织专家开会评估，评估专家由评估中心在专家服务子系统的专家选择模块调用专家智选智能合约，根据环保分类、分级等智能公开的选出合适的评估专家，避免违规评估，参评专家在专家服务子系统的环评报告评审模块自动验证上链环评报告，验证通过后，召开评审会进行讨论，得出评审意见并通过专家服务子系统的环评报告评审模块提交线上评审意见并对评审意见签名，同时系统调用专家评审智能合约，将评审过程及结果进行上链存储，保障专家评审意见真实可信，评审通过后，评审结果将推送到环保机构服务子系统；

4、环保机关审批

环保机构收到专家评审意见后，通过环保机构服务子系统的环评报告审批模块，查看最终版环评报告、专家评审意见等信息并进行环评报告审批，同时调用环评报告审批智能合约，将环评报告审批结果进行上链存储，批复通过后，通过环保机构服务子系统的环评报告审批公示模块公示排污企业环评报告批复结果。

5、环评验收

5.1编写验收报告

环评报告批复后，排污企业组织配套环保设施建设，建设完成后通过第三方服务子系统委托有能力的第三方检测机构开展自主验收，并在第三方服务子系统环保验收服务模块和第三方检测机构签订验收报告委托合同、编制验收报告。验收报告应包括验收监测依据、验收监测结果及分析、公众意见调查、结论和建议等，验收报告编制完成后调用验收报告智能合约将其连同相关证明材料上链存储。验收报告编写完成后，将验收报告及相关资料推送到企业服务子系统；

5.2成立验收工作组

验收报告编制完成后，排污企业组织成立验收工作组。验收工作组由排污企业、第三方环评单位、验收报告编制机构等单位代表和专业技术专家组成，验收工作组需严格依照国家有关法律法规对建设项目配套建设的环境保护设施进行验收，通过排污企业服务子系统自主环保验收模块组织工作组验收评审，工作组填写验收意见，并调用企业自主验收意见智能合约，将验收意见上链保存，验收意见达成一致后，将验收意见及验收报告提交到环保机构服务子系统进行验收审批；

5.3验收审批

环保机构收到排污企业提交的验收报告及验收意见后，通过环保机构服务子系统环保验收申请模块查看排污企业环保验收报告及环保意见，并对该企业进行审批，批复同时调用环评验收审批智能合约上链存储，保证环评验收结果真实可信，批复后，排污企业批复结果在环保机构服务子系统环评验收公示模块进行公示。

如该环境监测系统应用于排污企业日常监管，在日常监管业务流程开始之前，各系统使用方需在相关子系统企业管理、第三方服务机构管理、专家管理、环保机构人员管理模块进行身份认证，ca机构验证其身份合法后为其颁发相关数字证书，证书用于身份认证及相关合同、文件、报告的电子签名、电子签章，且在区块链服务子系统需内置自动监测数据智能合约、自动监测数据验证智能合约、自动监测数据预警智能合约、企业超排预警处理智能合约、第三方检测机构甄选智能合约、检测结果智能合约及环境执法行政处罚决定智能合约，其中，企业自动监测数据智能合约用于排污企业环境自动监测设备采集到的数据上链存储，保证原始排污数据的真实性；企业自动监测数据验证智能合约，用于企业自己验证采集数据的准确性，验证依据为历史采集数据；自动监测数据预警智能合约用于企业排污数值达到阈值时向排污企业和环境执法机构发出预警，合约中需设置废水、废气、噪声、固体废物等排放数量预警阈值；企业超排预警处理智能合约用于环境执法机关及企业超排预警进行处理，并将处理过程中相关调查资料及结果上链存储；第三方检测机构甄选智能合约用于帮助环境执法机关在环境执法立案调查时智能选择第三方检测机构，为执法机关提供可靠执法依据，甄选条件包括第三方检测机构的业务分类、技能分级、信用等级等；检测结果智能合约用于第三方检测机构将环境执行机关派发的环境调查检测记录及检测报告上链存储；环境执法行政处罚决定智能合约用于环境执法行政执法处罚决定上链存储。

实施例2：该环境监测系统用于排污企业环保机构日常监管，具体包括以下步骤：

1、数据采集上链

排污企业利用环境自动监测设备，将采集到的排污数据通过网关上报到企业服务子系统自动监测数据采集模块，企业服务子系统的自动监测数据上报模块将采集到的数据上报到环保机构服务子系统中，网关中安装有区块链客户端节点，自动监测数据上传至企业服务子系统自动监测数据采集模块的同时，通过调用自动监测数据智能合约，将环境监测数据上链存储，保障原始环境自动监测数据真实性，企业服务子系统自动监测数据验证模块可以通过自动监测数据验证智能合约对上报的数据准确性进行验证；

2、合约预警

自动监测数据智能合约内部调用自动监测数据预警智能合约，自动监测数据预警智能合约中可设置废水、废气、噪声、固体废物等排放数量预警阈值，当排放数值达到阈值时调用自动监测数据预警智能合约生成预警报告向企业服务子系统自动监测数据预警通知模块、环保机构服务子系统企业超排预警通知模块进行通知，通知方式可选短信、邮件等通知到相关责任人；

3、环境调查

3.1执法机构现场调查

若环保机构服务子系统企业超排预警通知模块收到超排预警后，通报环境执法机关进行立案调查，环境执法机关可通过资料查阅、现场检查、调查问询等方式确定企业是否真正存在超排事实，并将执法过程中的数据及时上报至环保机构服务子系统企业超排预警处理模块，每次上报数据的同时调用企业超排预警处理智能合约，将数据及时上传区块链；

3.2第三方检测机构检测鉴定

若在环境执法立案调查过程需要第三方检测机构提供检测鉴定等证据，在第三方服务子系统检测服务模块中调用第三方检测机构甄选智能合约，选出合适的第三方检测机构，甄选条件包括第三方检测机构的业务分类、技能分级、信用等级等，保障第三方检测公正公开；

4、调查结果上链

第三方服务子系统检测任务派发模块中可以查看由环境执法机关派发的对排污企业的检测任务，收到任务后，第三方检测机构检测鉴定现场采集污染样本、对样本检测形成检测报告，并对报告进行电子签章，检测过程中采样信息、检测信息、检测报告通过第三方服务子系统检测任务上报模块进行上报，将检测数据上报到环保机构服务子系统，同时调用检测结果智能合约，将相关检测记录及检测报告上链存储；

5、行政处罚

环境执法机构在环保机构服务子系统环境执法检测任务模块查看第三方检测报告，在线对第三方检测报告进行签名认证，根据环境调查等信息，确认排污企业违法事实后，根据相关法律规定，通过环保机构服务子系统环境执法行政处罚模块向排污企业下发行政处罚决定，同时调用环境执法行政处罚决定智能合约，将行政处罚决定上链存储。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

1、采用区块链技术，将企业自动环境监测、第三方环保检测服务、专家环评及环保排查、环保督导、环保管理等数据上链，保证各方提交的环境监测数据、检测数据、监管数据真实可信、不可篡改，自证清白，如出现纠纷完整的证据链可作为司法举证依据。

2、采用联盟链技术，将排污企业、第三方机构、专家服务、环保机构等环保各平台纳入到一个体系之中，实现上链数据的安全共享，如发现排污企业违法排污，环境执法机构可及时处理，且排污企业无法狡辩。

3、采用身份认证技术，使平台各方使用由权威机构发放的可信电子身份凭证，作为使用者真实身份信息的标识，保证环保业务交易的真实性、不可抵赖。

4、电子签名技术：采用电子签名、图像处理技术，针对平台各方涉及的相关电子合同和电子表单进行在线数字签名验签，并呈现与纸质文件签字或盖章相同的可视效果，确保电子数据的真实性、完整性以及签名行为的不可抵赖性。

本发明提供一种基于区块链的环境监测系统及方法，利用区块链、电子签名、时间戳等技术，根据区块链技术的分布式存储、不可篡改可溯源、共识机制、智能合约等特性，解决环境监测过程中身份认证和交易信任的问题，构建完整可信的环境监测证据链，实现环境监测服务的在线数据可信存证、验证，突破传统技术手段无法进行有效自证的障碍，是环境监测系统上的创新，具有良好的经济和社会效益。