处理环境空气监测数据的方法和装置与流程

本技术涉及处理环境空气监测数据的方法、装置、介质、电子设备、计算机程序产品。

背景技术：

1、随着我国大气污染防治工作的深入推进，环境空气质量自动监测网络已覆盖全国各级行政区域，形成了由数以千计的空气自动监测站点组成的庞大监测体系。每个站点配备多种分析仪器（如so2、nox、pm10、pm2.5、o3、co等监测设备），通过现场数据采集传输控制仪实现数据采集、处理和上传。然而，现有监测系统面临多重挑战：一是数据传输安全机制薄弱，易受网络攻击或数据篡改；二是不同品牌、型号的监测设备通信协议各异，集成难度大；三是站点间数据缺乏可信验证机制，难以保证监测数据的完整性和可追溯性；四是质控过程自动化程度低，依赖人工干预，导致数据质量参差不齐。虽然部分站点已引入边缘计算技术，但尚未形成将安全认证、多协议集成、跨站点验证与智能质控融为一体的综合解决方案。

2、现有的环境空气现场数据采集传输控制仪缺乏一种能够同时满足设备身份认证、多协议兼容、跨站点数据验证以及智能化质控处理的统一中间件平台。具体表现为：不同监测设备的数据采集依赖定制化驱动，扩展性差；数据传输过程缺乏有效的端到端安全机制，易被截获或篡改；站点间数据无法相互验证，难以发现系统性偏差；质控过程仍以人工操作为主，无法实现实时、自动化的质量评估。

3、当前的控制仪软件架构多为封闭式设计，缺乏一个灵活、安全、智能的中间层来统一管理设备接入、数据路由和质控逻辑。尤其在物联网环境下，面对日益复杂的网络安全威胁和多样化的设备接入需求，传统单点解决方案已无法满足现代环境监测系统对数据真实性、完整性和时效性的高标准要求。

技术实现思路

1、针对目前的问题，本发明提供了处理环境空气监测数据的方法、装置、介质、电子设备、计算机程序产品。本发明可以实现设备接入、数据路由与安全认证的一体化管理。

2、第一方面，本技术实施例提供了一种处理环境空气监测数据的方法，所述方法用于部署于环境空气监测的当前站点中的数据采集传输控制仪，所述方法包括：

3、初始化步骤，将所述数据采集传输控制仪与所述当前站点内的硬件认证板卡进行绑定，生成所述当前站点的唯一数字身份；

4、接入步骤，当所述当前站点中的监测设备上电连接时，通过协议插件接收所述监测设备采集的环境监测数据；

5、身份认证步骤，基于国密算法认证所述监测设备的数字证书，仅当认证通过后才放行所述环境监测数据；

6、质控步骤，将通过认证的所述监测设备所采集的所述环境监测数据与预设标准进行比较以进行质量评估，当判断所述环境监测数据存在异常时，对异常数据打上质控异常标记；

7、路由步骤，接收经过质控的数据，并将所述经过质控的数据的哈希值、时间戳和所述当前站点的唯一数字身份打包成区块，分别广播至一个或多个其他站点进行存储，其中，所述经过质控的数据包括所述环境监测数据、所述质控异常标记、所述监测设备的设备状态，所述当前站点和所述一个或多个其他站点位于同一区域中；

8、跨站点交叉验证步骤，将所述哈希值、所述时间戳以及所述唯一数字身份与一个或多个其他站点中存储的对应数据分别进行交叉验证，以判断数据是否被篡改；

9、上行传输步骤，当所述交叉验证通过后，通过mqtt协议，将所述经过质控的数据加密传输至上级环境监测平台。

10、第二方面，本技术实施例提供了一种处理环境空气监测数据的装置，所述装置用于部署于环境空气监测的当前站点中的数据采集传输控制仪，所述装置包括：

11、初始化单元，将所述数据采集传输控制仪与所述当前站点内的硬件认证板卡进行绑定，生成所述当前站点的唯一数字身份；

12、接入单元，当所述当前站点中的监测设备上电连接时，通过协议插件接收所述监测设备采集的环境监测数据；

13、身份认证单元，基于国密算法认证所述监测设备的数字证书，仅当认证通过后才放行所述环境监测数据；

14、质控单元，将通过认证的所述监测设备所采集的所述环境监测数据与预设标准进行比较以进行质量评估，当判断所述环境监测数据存在异常时，对异常数据打上质控异常标记；

15、路由单元，接收经过质控的数据，并将所述经过质控的数据的哈希值、时间戳和所述当前站点的唯一数字身份打包成区块，分别广播至一个或多个其他站点进行存储，其中，所述经过质控的数据包括所述环境监测数据、所述质控异常标记、所述监测设备的设备状态，所述当前站点和所述一个或多个其他站点位于同一区域中；

16、跨站点交叉验证单元，将所述哈希值、所述时间戳以及所述唯一数字身份与一个或多个其他站点中存储的对应数据分别进行交叉验证，以判断数据是否被篡改；

17、上行传输单元，当所述交叉验证通过后，通过mqtt协议，将所述经过质控的数据加密传输至上级环境监测平台。

18、第三方面，本技术实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质上存储有指令，所述指令在计算机上执行时使所述计算机执行上述第一方面中的处理环境空气监测数据的方法。

19、第四方面，本技术实施例提供了一种电子设备，包括：一个或多个处理器；一个或多个存储器；所述一个或多个存储器存储有一个或多个程序，当所述一个或者多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述电子设备执行上述第一方面中的处理环境空气监测数据的方法。

20、第五方面，本技术实施例提供了一种计算机程序产品，包括计算机可执行指令，所述指令被处理器执行以实施第一方面中的处理环境空气监测数据的方法。

21、本发明可以实现以下有益效果：

22、第一，通过与硬件认证板卡绑定生成站点唯一数字身份，结合基于国密算法对监测设备进行数字证书认证，在监测设备接入时建立了双重身份认证机制，既保证了站点身份的不可伪造性，又保证了监测设备身份的可信性，有效防止了非法监测设备接入和数据注入攻击，解决了现有技术中监测设备接入时缺乏可信身份认证机制的问题。

23、第二，通过在数据上传前进行实时质量评估，包括阈值检测、异常波动判断、多参数比较分析、量值传递偏差计算等多维度质量评估方法，实现了自动化、实时化的质控处理，对异常数据打上结构化的质控异常标记，降低了人工干预依赖，提高了数据质量识别的准确性和全面性，解决了现有技术中缺乏边缘侧实时质量评估能力的问题。

24、第三，通过将数据的哈希值、时间戳、站点标识打包广播至区域内其他监测站点进行存证，并在数据上传前采用例如2/3共识机制进行交叉验证，实现了多站点分布式存证和跨站点数据完整性验证，防止了单点数据篡改，提高了监测数据的可信度和防抵赖能力，解决了现有技术中数据传输过程中缺乏基于分布式共识的防篡改验证机制的问题。

25、第四，通过多协议插件的插件化架构，支持modbus、profibus、opc ua等多种物联网通信协议的动态加载和解析，实现了异构监测设备的即插即用，降低了系统扩展成本，解决了现有技术中不同品牌、型号的监测设备通信协议各异导致的集成难度大问题。

26、第五，本发明采用例如sm2国密算法进行身份认证，采用例如sm3国密哈希算法进行数据完整性验证，全面符合国家密码管理局发布的密码标准要求，满足了国密合规要求，适用于对安全性要求较高的政府和关键基础设施领域。