李堃

［摘 要］在當(dāng)前我國能源計(jì)量背景下，強(qiáng)化能源計(jì)量監(jiān)管政策的效用，推動(dòng)市場主體主動(dòng)作為，具有重要的理論意義和現(xiàn)實(shí)作用。本文以×市為例，通過工作實(shí)踐、借鑒相關(guān)研究文獻(xiàn)以及政策法規(guī)，對(duì)地方政府的能源計(jì)量監(jiān)管工作和重點(diǎn)用能單位能源計(jì)量管理工作的現(xiàn)狀進(jìn)行研究分析，總結(jié)其中存在的問題和困難，并提出相應(yīng)對(duì)策及解決辦法。

［關(guān)鍵詞］區(qū)塊鏈；能源計(jì)量；物聯(lián)網(wǎng)

［中圖分類號(hào)］N94文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

在數(shù)字經(jīng)濟(jì)時(shí)代，數(shù)據(jù)已經(jīng)成為企業(yè)競爭的重要資源和生產(chǎn)要素。傳統(tǒng)計(jì)量實(shí)驗(yàn)室中的實(shí)驗(yàn)人員與設(shè)備之間缺乏有效的聯(lián)動(dòng)，存在大量的人工、重復(fù)性工作，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)室效率低下且運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)高。在數(shù)字化轉(zhuǎn)型的大趨勢下，需要對(duì)傳統(tǒng)計(jì)量實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行升級(jí)改造，采用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等先進(jìn)技術(shù)，建立基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的互聯(lián)互通智慧計(jì)量數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室，實(shí)現(xiàn)器具管理、計(jì)量檢定、計(jì)量數(shù)據(jù)應(yīng)用等功能，提高實(shí)驗(yàn)室設(shè)備之間的互聯(lián)互通性，減少數(shù)據(jù)維護(hù)工作量，為計(jì)量工作提供更加智能和高效的解決方案。

1 區(qū)塊鏈

區(qū)塊鏈主要運(yùn)用的是哈希函數(shù)、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)、共識(shí)機(jī)制、時(shí)間戳等技術(shù)，它的基本組成結(jié)構(gòu)是區(qū)塊。每個(gè)區(qū)塊包含區(qū)塊頭和區(qū)塊體兩個(gè)區(qū)塊體兩個(gè)部分，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于區(qū)塊體之中，按時(shí)間順序構(gòu)建，形成鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)。

2 行業(yè)形勢

2022年由國務(wù)院印發(fā)的《計(jì)量發(fā)展規(guī)劃2021—2035》提出，要完善企業(yè)計(jì)量體系，強(qiáng)化對(duì)工業(yè)測量過程、測量數(shù)據(jù)的管理，推廣智慧計(jì)量理念。×市計(jì)量監(jiān)督檢測院為適應(yīng)計(jì)量檢測設(shè)備數(shù)字化轉(zhuǎn)型趨勢，采用物聯(lián)網(wǎng)和通信技術(shù)，研發(fā)了一套統(tǒng)一的檢測設(shè)備聯(lián)網(wǎng)上云和檢測數(shù)據(jù)采集平臺(tái)。該平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)設(shè)備的統(tǒng)一監(jiān)控和管理服務(wù)，并將檢測數(shù)據(jù)上傳至云端進(jìn)行共享。方逸洲等通過結(jié)合AIoT產(chǎn)品和技術(shù)，為6種計(jì)量校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)了物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)和數(shù)據(jù)分析軟件，以管理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)流，將大量人工操作改進(jìn)為智能型自動(dòng)化操控，該項(xiàng)改進(jìn)顯著提質(zhì)增效［1］。

3 當(dāng)前主要矛盾

當(dāng)前階段計(jì)量行業(yè)的主要矛盾比較突出，較為明顯的矛盾如表1所示。

3.1 能源計(jì)量管理人員配備不足，業(yè)務(wù)技術(shù)素質(zhì)較低

大部分重點(diǎn)用能單位，特別是中小企業(yè)、民營企業(yè)缺乏熟悉計(jì)量工作的專業(yè)人員，缺少能源計(jì)量專業(yè)知識(shí)和計(jì)量專業(yè)化的系統(tǒng)培訓(xùn)學(xué)習(xí)，計(jì)量管理水平得不到提升，人員技術(shù)素質(zhì)滿足不了現(xiàn)代化能源計(jì)量管理要求。大部分重點(diǎn)用能單位配備的能源計(jì)量管理人員都為兼職，且經(jīng)常發(fā)生崗位轉(zhuǎn)換等情況，造成從事能源計(jì)量管理工作的人員能源計(jì)量知識(shí)欠缺，對(duì)《重點(diǎn)用能單位能源計(jì)量審查規(guī)范》（以下簡稱《審查規(guī)范》）的理解不到位，履職情況不能滿足《審查規(guī)范》要求，給能源計(jì)量管理工作帶來諸多問題。

3.2 計(jì)量器具管理工作量大、共享程度低且易錯(cuò)

計(jì)量管理環(huán)節(jié)由不同的部門和不同的人負(fù)責(zé)，并且都在線下以紙質(zhì)記錄的形式進(jìn)行操作，使整個(gè)管理過程缺乏有效的銜接和溝通，無法實(shí)現(xiàn)互相融合和互相協(xié)作。同時(shí)，由于計(jì)量器具種類繁多且數(shù)量龐大，管理工作也面臨著很大的困難［2］。另外，計(jì)量實(shí)驗(yàn)室中各類記錄文件分散，缺乏有效的記錄和整理，無法為設(shè)備更新和技術(shù)改進(jìn)項(xiàng)目提供有力的參考依據(jù)。更重要的是，計(jì)量器具管理也缺乏全生命周期管理的理念，無法從整體上對(duì)器具進(jìn)行全方位的管理和維護(hù)，導(dǎo)致效率低下。

3.3 能源計(jì)量器具的配備和檢定/校準(zhǔn)工作投入不足

從近年來的能源計(jì)量審查工作實(shí)踐和工作調(diào)研來看，大部分重點(diǎn)用能單位更重視直接關(guān)系到企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益的一級(jí)能源計(jì)量器具的配備和周期檢定，而其他大多都沒有進(jìn)行周期檢定/校準(zhǔn)。部分重點(diǎn)用能單位認(rèn)為企業(yè)內(nèi)部使用的能源計(jì)量器具不需要溯源，對(duì)二、三級(jí)能源計(jì)量器具的檢定/校準(zhǔn)工作未給予重視。

3.4 計(jì)量數(shù)據(jù)應(yīng)用基本沒有涉及

計(jì)量數(shù)據(jù)是通過計(jì)量器具進(jìn)行定量測量獲得的數(shù)據(jù)，具有時(shí)間間隔、比率、標(biāo)稱和有序的標(biāo)度特征，可支撐正確構(gòu)造出有用的數(shù)據(jù)，并應(yīng)用不同場合和不同產(chǎn)品的制造過程，成為實(shí)現(xiàn)工業(yè)自動(dòng)化、智能化的重要途徑。但目前整體處于“雷聲大、雨點(diǎn)小”的局面，計(jì)量數(shù)據(jù)的應(yīng)用尤其與生產(chǎn)過程的結(jié)合應(yīng)用尚未多見成熟案例。針對(duì)當(dāng)前行業(yè)面臨的問題與發(fā)展趨勢，亟需從計(jì)量工作和管理角度出發(fā)，利用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、AI等先進(jìn)技術(shù)，推動(dòng)智慧計(jì)量實(shí)驗(yàn)室的

建設(shè)［3］。

4 基于區(qū)塊鏈的能源計(jì)量數(shù)據(jù)采集終端設(shè)計(jì)

該終端設(shè)計(jì)較為復(fù)雜，模塊較多，大概模塊設(shè)計(jì)如表2所示。

4.1 采集終端軟件設(shè)計(jì)

采集終端采用嵌入式系統(tǒng)軟件架構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，主要包括以下軟件模塊。

第一，主控程序。采用低功耗設(shè)計(jì)主控程序?qū)Σ杉ㄐ哦丝赨ART1、2，LoRa通信端口UART3進(jìn)行初始化，TimerA定時(shí)器500ms定時(shí)初始化，存儲(chǔ)芯片初始化，開啟UART1、2、3接收中斷和系統(tǒng)總中斷，主程序控制系統(tǒng)進(jìn)入低功耗模式，關(guān)閉各個(gè)微控制器外圍模塊，降低終端功耗。

第二，采集通信程序。采用定時(shí)機(jī)制進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，利用TimerA定時(shí)器設(shè)置500ms定時(shí)中斷函數(shù)喚醒微控制器退出低功耗模式，微控制器控制UART1、2個(gè)通信接口發(fā)送標(biāo)準(zhǔn)MODBUS協(xié)議碼流。當(dāng)計(jì)量儀表返回的數(shù)據(jù)碼流進(jìn)入微控制器時(shí)，產(chǎn)生接收中斷，接收中斷函數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)碼流接收，并進(jìn)行數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性驗(yàn)證，接收數(shù)據(jù)完成且數(shù)據(jù)完整，重新進(jìn)入低功耗工作模式。

第三，數(shù)據(jù)區(qū)塊程序。按照下一節(jié)區(qū)塊建立方式和驗(yàn)證方式，在采集通信程序接收完成的數(shù)據(jù)且數(shù)據(jù)無誤的情況下建立數(shù)據(jù)區(qū)塊。建立區(qū)塊的過程需要進(jìn)行多次私鑰、公鑰驗(yàn)證，程序負(fù)責(zé)判定各方身份的合法性。

第四，LoRa通信程序。采用定時(shí)上送數(shù)據(jù)機(jī)制，利用TimerA定時(shí)器設(shè)置500ms定時(shí)中斷函數(shù)喚醒微控制器退出低功耗模式，微控制器控制UART3通信接口發(fā)送制定的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議碼流，碼流通過LoRa模塊將數(shù)據(jù)碼流發(fā)出。同時(shí)，專用的接收中斷函數(shù)負(fù)責(zé)接收上層監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)送的交互信息、驗(yàn)證信息。

第五，加解密程序。加解密算法采用三重?cái)?shù)據(jù)加密算法。在MODBUS協(xié)議幀中，對(duì)于發(fā)送的數(shù)據(jù)字段需要進(jìn)行加密，加密程序?qū)Πl(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行加密。接收的數(shù)據(jù)則需要利用解密程序進(jìn)行解密，以確保數(shù)據(jù)的安全［4］。

4.2 計(jì)量數(shù)據(jù)中臺(tái)技術(shù)

計(jì)量數(shù)據(jù)中臺(tái)技術(shù)旨在通過全面的數(shù)據(jù)集成、流程集成、應(yīng)用集成、服務(wù)集成及生態(tài)鏈集成，打通數(shù)據(jù)壁壘，盤活技術(shù)數(shù)據(jù)，并可提供整套大數(shù)據(jù)技術(shù)、產(chǎn)品、方法論及服務(wù)，讓數(shù)據(jù)持續(xù)走向業(yè)務(wù)、賦能業(yè)務(wù)，助力數(shù)字化轉(zhuǎn)型工作。數(shù)據(jù)中臺(tái)中的數(shù)據(jù)倉庫是一個(gè)同時(shí)支持實(shí)時(shí)和離線導(dǎo)入的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)平臺(tái)，能夠?qū)Ａ繑?shù)據(jù)進(jìn)行高效分析。從業(yè)務(wù)中臺(tái)和技術(shù)中臺(tái)集成數(shù)據(jù)到中央存儲(chǔ)庫，數(shù)據(jù)倉庫將當(dāng)前和歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在一起，用于為整個(gè)系統(tǒng)的用戶創(chuàng)建分析報(bào)告。存儲(chǔ)在倉庫中的數(shù)據(jù)從業(yè)務(wù)中臺(tái)與數(shù)據(jù)中臺(tái)上傳。這些數(shù)據(jù)需要通過ODS數(shù)據(jù)庫，并且進(jìn)行額外操作的數(shù)據(jù)清理，以確保數(shù)據(jù)質(zhì)量，然后才能在數(shù)據(jù)倉庫中用于報(bào)告。數(shù)據(jù)中臺(tái)需要自定義維護(hù)數(shù)據(jù)源，通過溯源連接器獲取元數(shù)據(jù)，并支持?jǐn)?shù)據(jù)的自定義處理，通過數(shù)據(jù)處理引擎完成對(duì)數(shù)據(jù)的加工、清洗、匯總，通過目標(biāo)連接器將處理后的數(shù)據(jù)上報(bào)，供上層應(yīng)用調(diào)用，為系統(tǒng)的數(shù)據(jù)中臺(tái)提供支持［5］。

4.3 勘探技術(shù)發(fā)展對(duì)可控震源計(jì)量的新需求

地震勘探技術(shù)不斷發(fā)展，節(jié)點(diǎn)儀器的普及打破了傳統(tǒng)以儀器為中心的地震數(shù)據(jù)采集模式，基于數(shù)字電臺(tái)、公共網(wǎng)絡(luò)（4G、5G）、MESH自組網(wǎng)電臺(tái)等多種通信方式開發(fā)的可控震源激發(fā)生產(chǎn)管理系統(tǒng)促使以震源為中心的采集模式成為現(xiàn)實(shí)。可控震源激發(fā)生產(chǎn)管理系統(tǒng)（VPM）大數(shù)據(jù)通信帶寬為傳輸其它數(shù)據(jù)提供了基礎(chǔ)，另外技術(shù)進(jìn)步促使了PLUS+1工業(yè)計(jì)算機(jī)、CAN總線、數(shù)字儀表等計(jì)量新手段在可控震源上的應(yīng)用，使可控震源技術(shù)參數(shù)的數(shù)字化、保存、傳輸成為可能。

新的地震數(shù)據(jù)采集的效率由原來受采集儀器制約轉(zhuǎn)化為受可控震源激發(fā)效率制約，為了保證地震數(shù)據(jù)采集效率，需要新的可控震源計(jì)量方法，需要將計(jì)量數(shù)據(jù)與可控震源故障預(yù)判及診斷結(jié)合起來。但是計(jì)量哪些數(shù)據(jù)才能滿足勘探生產(chǎn)要求，數(shù)據(jù)如何保存所占存儲(chǔ)空間小、調(diào)用快捷高效，如何傳輸數(shù)據(jù)才能準(zhǔn)確及時(shí)，如何管理數(shù)據(jù)才能滿足實(shí)時(shí)作業(yè)、事后分析，科研人員都在進(jìn)行不斷探索。

4.4 智能移動(dòng)終端集成電能計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)

社會(huì)各項(xiàng)事業(yè)的高速發(fā)展使得整體用電量不斷攀升。為了全力確保電力設(shè)備處于良好的作業(yè)狀態(tài)，電力企業(yè)可以應(yīng)用電能計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)。在具體運(yùn)行操作過程中，該系統(tǒng)不但可以有效降低人工成本，直接跳過線路或電表檢查工作，還可以自動(dòng)獲取電力設(shè)備的運(yùn)行信息及電量傳輸信息。工作人員可以根據(jù)此裝置呈現(xiàn)的用電量及時(shí)掌握電力設(shè)備在實(shí)際運(yùn)行過程中出現(xiàn)的一系列問題，然后鎖定故障發(fā)生的位置，并采取有效的應(yīng)對(duì)措施。另外，電力企業(yè)可以應(yīng)用該裝置預(yù)防偷電行為，有針對(duì)性地做好相關(guān)防范工作，確保電量供應(yīng)的穩(wěn)定性，提升電能計(jì)量工作的準(zhǔn)確性。因此，電力企業(yè)應(yīng)借助計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，同時(shí)做好對(duì)周邊電路的維護(hù)工作［6］。

4.5 設(shè)備物聯(lián)技術(shù)

智慧計(jì)量的核心目標(biāo)是通過標(biāo)準(zhǔn)接口和智能軟硬件構(gòu)建檢定工作操作簡便、實(shí)驗(yàn)結(jié)果智能分析、實(shí)驗(yàn)報(bào)告快速出具的高效流程，從而實(shí)現(xiàn)計(jì)量檢定設(shè)備數(shù)據(jù)、檢定記錄和證書報(bào)告之間的數(shù)據(jù)打通，將檢定結(jié)果的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)物聯(lián)傳遞，形成融合效應(yīng)。設(shè)備物聯(lián)技術(shù)的核心是建立一個(gè)端到端深度融合的聯(lián)網(wǎng)中間件，通過連接設(shè)備、數(shù)據(jù)和人員，實(shí)現(xiàn)智慧計(jì)量實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)。該技術(shù)將傳統(tǒng)的計(jì)量檢測模式向智慧檢測模式轉(zhuǎn)型，通過軟件和數(shù)據(jù)接口的打通，采集并控制計(jì)量檢定設(shè)備，并將數(shù)據(jù)匯聚至云上進(jìn)行處理和分析。最終，云上平臺(tái)會(huì)自動(dòng)生成原始記錄、證書等。這種技術(shù)實(shí)現(xiàn)了設(shè)備上云、數(shù)據(jù)上云的目標(biāo)，并將新一代信息技術(shù)和制造業(yè)深度融合，為計(jì)量檢定工作提供高效配置的載體［7］。

5 結(jié)語

電力行業(yè)的相關(guān)管理主要依據(jù)各數(shù)據(jù)平臺(tái)（內(nèi)部平臺(tái)），數(shù)據(jù)的來源肯定是源自各個(gè)計(jì)量模塊，要確保計(jì)量模塊的準(zhǔn)確性，才能保證得到的數(shù)據(jù)不出差錯(cuò)，進(jìn)而能夠提升工作效率，節(jié)省人力物力。

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