《智能質(zhì)控生態(tài)環(huán)境物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備一般技術(shù)要求（征求意見稿）》

1T/ACEFXXXX—XXXX智能質(zhì)控生態(tài)環(huán)境物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備一般技術(shù)要求本文件規(guī)定了智能質(zhì)控生態(tài)環(huán)境物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的組成、特征、技術(shù)要求、測評(píng)方法。本文件適用于生態(tài)環(huán)境監(jiān)測物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備設(shè)計(jì)開發(fā)單位、環(huán)境物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)開發(fā)單位、環(huán)境監(jiān)測單位進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測設(shè)備設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)質(zhì)量控制和設(shè)備運(yùn)維。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對(duì)應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T4883數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)處理和解釋正態(tài)樣本離群值的判斷和處理GB4943.1信息技術(shù)設(shè)備安全第1部分：通用要求HJ/T373固定污染源監(jiān)測質(zhì)量保證與質(zhì)量控制技術(shù)規(guī)范（試行）HJ630環(huán)境監(jiān)測質(zhì)量管理技術(shù)導(dǎo)則HJ817環(huán)境空氣顆粒物（PM10和PM2.5）連續(xù)自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)運(yùn)行和質(zhì)控技術(shù)規(guī)范HJ928環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)總體框架《環(huán)境質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測運(yùn)維機(jī)構(gòu)質(zhì)量管理體系建設(shè)通用要求（試行）》（總站質(zhì)管字(2021)627號(hào)）3術(shù)語和定義下列術(shù)語和定義適用于本文件。3.1物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備internetofthingsdevice具有環(huán)境感知功能，并可以把感知數(shù)據(jù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)脑O(shè)備。3.2質(zhì)量控制qualitycontrol，QC指為了達(dá)到質(zhì)量要求所采取的作業(yè)技術(shù)或活動(dòng)。3.3通用唯一標(biāo)識(shí)碼UniversallyUniqueIdentifier，UUID通用唯一標(biāo)識(shí)碼是指在一臺(tái)機(jī)器上生成的數(shù)字，它保證對(duì)在同一時(shí)空中的所有機(jī)器都是唯一的。3.4散列映射hashimage把輸入信息進(jìn)行散列變換的映射稱為散列映射，本規(guī)范建議采用國產(chǎn)密碼算法SM3作為散列變換函3.5數(shù)據(jù)指紋digitalfingerprint原始信息經(jīng)過散列映射后得到的值成為原始信息的數(shù)據(jù)指紋。3.6可信平臺(tái)模塊trustedplatformmodule，TPM2T/ACEFXXXX—XXXX可信平臺(tái)模塊是一個(gè)微控制系統(tǒng)，包括控制器和安全存儲(chǔ)，用于存放驗(yàn)證平臺(tái)所需的關(guān)鍵信息，如密碼、證書和加密密鑰?？尚牌脚_(tái)模塊通過存儲(chǔ)平臺(tái)度量值，確保平臺(tái)軟件和參數(shù)的可信性。3.7區(qū)塊鏈輕節(jié)點(diǎn)lightnodeofblockchain區(qū)塊鏈輕節(jié)點(diǎn)只存儲(chǔ)與自己相關(guān)的交易數(shù)據(jù)和交易驗(yàn)證關(guān)鍵數(shù)據(jù)，如區(qū)塊頭和交易默克爾樹的根哈希，通過簡化驗(yàn)證技術(shù)來驗(yàn)證交易。輕節(jié)點(diǎn)大幅度減少了設(shè)備資源需求，適用于前端監(jiān)測設(shè)備或其他資源受限的環(huán)境。輕節(jié)點(diǎn)能夠提高區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展性和效率，但對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的安全性和完整性貢獻(xiàn)較小。3.8區(qū)塊鏈全節(jié)點(diǎn)fullnodeofblockchain區(qū)塊鏈全節(jié)點(diǎn)是區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中的完整節(jié)點(diǎn)，保存區(qū)塊鏈的全部歷史數(shù)據(jù)，并能夠獨(dú)立驗(yàn)證交易和區(qū)塊的有效性。全節(jié)點(diǎn)需要較大的存儲(chǔ)空間和計(jì)算資源，除進(jìn)行交易驗(yàn)證外，還參與區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)的共識(shí)機(jī)制，保障區(qū)塊鏈的安全和穩(wěn)定。3.9定基指數(shù)fixedbaseindex定基指數(shù)指在按時(shí)間順序編制的指數(shù)數(shù)列中，各時(shí)期指數(shù)的對(duì)比基期，均以同一個(gè)固定時(shí)期對(duì)比而形成的指數(shù)。在本標(biāo)準(zhǔn)中指設(shè)備參數(shù)的基準(zhǔn)值。3.10可信根rootoftrust可信根是可信計(jì)算系統(tǒng)中的核心組件，它作為信任的起點(diǎn)，確保系統(tǒng)的可信性?？尚鸥ǔ碓从谝粋€(gè)硬件芯片，如可信平臺(tái)模塊，它提供了硬件級(jí)別的安全保障，確保系統(tǒng)的啟動(dòng)程序、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和對(duì)外報(bào)告的可信性。4網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)根據(jù)HJ928中的環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)，智能質(zhì)控生態(tài)環(huán)境物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)見圖1。圖1智能質(zhì)控生態(tài)環(huán)境物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D5通用要求5.1設(shè)備標(biāo)識(shí)5.1.1唯一標(biāo)識(shí)3T/ACEFXXXX—XXXX每個(gè)環(huán)境物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備必須具有一個(gè)UUID，設(shè)備的UUID與其數(shù)據(jù)指紋應(yīng)以不可擦除、不可重寫的只讀方式保存在設(shè)備中。5.1.2操作要求提供UUID及其數(shù)據(jù)指紋只讀操作指令或函數(shù)。5.2設(shè)備軟件版本控制5.2.1設(shè)備軟件設(shè)備軟件包括操作系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)程序、應(yīng)用程序。5.2.2軟件數(shù)據(jù)指紋軟件應(yīng)具備數(shù)據(jù)指紋。5.2.3軟件入網(wǎng)注冊(cè)軟件數(shù)據(jù)指紋在設(shè)備接入監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)時(shí)應(yīng)作為注冊(cè)內(nèi)容的組成，注冊(cè)到監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)鑒權(quán)管理子系統(tǒng)中。軟件更新時(shí)應(yīng)重新注冊(cè)。5.3運(yùn)行時(shí)安全設(shè)備應(yīng)具有可信平臺(tái)模塊，通過信任傳遞方式保障設(shè)備的操作系統(tǒng)、配置參數(shù)和應(yīng)用軟件的運(yùn)行時(shí)安全性。5.4數(shù)據(jù)可靠傳輸在區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)上注冊(cè)的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備可作為區(qū)塊鏈系統(tǒng)的輕節(jié)點(diǎn)，通過代理方式接入?yún)^(qū)塊鏈系統(tǒng)。物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備與代理節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，應(yīng)采用數(shù)字簽名及時(shí)間戳方法保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾?、私密性、可溯性、不可抵賴性和時(shí)間證明。5.5監(jiān)測值質(zhì)控設(shè)備應(yīng)具有邊緣計(jì)算能力，能夠根據(jù)系統(tǒng)派發(fā)的規(guī)則和預(yù)訓(xùn)練模型對(duì)監(jiān)測值進(jìn)行校驗(yàn)。5.6設(shè)備健康及運(yùn)維通過區(qū)塊鏈智能合約管理物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的健康狀態(tài)及運(yùn)維過程，將設(shè)備健康與運(yùn)維的關(guān)鍵數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于區(qū)塊鏈系統(tǒng)中。5.7設(shè)備組成設(shè)備的組成見圖2，具體應(yīng)用時(shí)根據(jù)廠商的實(shí)際情況進(jìn)行功能選取。設(shè)備的組成部分包括：a)處理器：通常為嵌入式處理器、單片機(jī)，根據(jù)設(shè)備連接傳感器類型不同，可執(zhí)行質(zhì)量控制規(guī)則和系統(tǒng)下發(fā)的預(yù)訓(xùn)練模型等控制邏輯；b)可信平臺(tái)模塊：身份識(shí)別、狀態(tài)度量、保密存儲(chǔ)功能，通過存儲(chǔ)平臺(tái)度量值和可信根傳遞，確保設(shè)備系統(tǒng)軟件、應(yīng)用軟件和配置參數(shù)的可信性；c)外設(shè)接口：完成設(shè)備各類傳感器連接。4T/ACEFXXXX—XXXX圖2智能質(zhì)控生態(tài)環(huán)境物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備組成原理圖6技術(shù)要求6.1外觀要求設(shè)備外觀應(yīng)符合下列要求：a)設(shè)備應(yīng)有產(chǎn)品銘牌，銘牌上有采樣器名稱、型號(hào)、生產(chǎn)廠家名稱、出廠編號(hào)、生產(chǎn)日期、維護(hù)電話等信息；b)設(shè)備外觀應(yīng)完好無損、表面無明顯損傷；c)設(shè)備接口位置、接線應(yīng)有明確標(biāo)識(shí)。6.2工作條件環(huán)境溫度：-30~50℃。供電電壓：AC（220±22）V50±1）Hz，DC（5±0.5）V。6.3安全要求遵循GB4943.1-2011信息技術(shù)設(shè)備安全第1部分：通用要求。6.4運(yùn)維在環(huán)境質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測中的運(yùn)維，應(yīng)符合《環(huán)境質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測運(yùn)維機(jī)構(gòu)質(zhì)量管理體系建設(shè)通用要求（試行）》（總站質(zhì)管字(2021)627號(hào)）的相關(guān)要求。6.5數(shù)據(jù)存證要求6.5.1可信運(yùn)行環(huán)境物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備通過可信平臺(tái)模塊的可信根傳遞，建立信任鏈。設(shè)備加電或重啟過程設(shè)計(jì)應(yīng)確?？尚牌脚_(tái)模塊先行啟動(dòng)，通過對(duì)引導(dǎo)程序、操作系統(tǒng)、應(yīng)用軟件和系統(tǒng)參數(shù)的依次狀態(tài)度量和信任跟的同步傳遞建立物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的可信運(yùn)行環(huán)境。6.5.2接入?yún)^(qū)塊鏈系統(tǒng)設(shè)備應(yīng)采用預(yù)先注冊(cè)方式接入?yún)^(qū)塊鏈系統(tǒng)，注冊(cè)信息應(yīng)包括本設(shè)備的通用唯一標(biāo)識(shí)碼、標(biāo)識(shí)碼指紋、軟件版本、軟件指紋、參數(shù)配置等內(nèi)容。設(shè)備開機(jī)或重啟后應(yīng)先進(jìn)性注冊(cè)信息驗(yàn)證，驗(yàn)證通過后方可接5T/ACEFXXXX—XXXX入?yún)^(qū)塊鏈系統(tǒng)。6.5.3數(shù)據(jù)存證操作物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備作為區(qū)塊鏈輕節(jié)點(diǎn)，僅存儲(chǔ)本地上鏈的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)和被授權(quán)訪問的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，應(yīng)通過權(quán)限和加密隔離未被授權(quán)訪問的數(shù)據(jù)，以達(dá)到數(shù)據(jù)隱私保護(hù)的目的。對(duì)于敏感業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)及設(shè)備參數(shù)，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備及代理節(jié)點(diǎn)均應(yīng)對(duì)其進(jìn)行加密，把加密后密文做為交易數(shù)據(jù)，在區(qū)塊鏈系統(tǒng)中進(jìn)行傳輸。監(jiān)測數(shù)據(jù)和關(guān)鍵參數(shù)上鏈前，應(yīng)通過鏈上鏈下數(shù)據(jù)比對(duì)的方式確保物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的關(guān)鍵參數(shù)不被非法修改。物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備采集到監(jiān)測數(shù)據(jù)和設(shè)備參數(shù)后，應(yīng)經(jīng)過數(shù)字簽名后發(fā)送至區(qū)塊鏈代理節(jié)點(diǎn)，封裝交易數(shù)據(jù)并進(jìn)行上鏈操作。6.6監(jiān)測數(shù)據(jù)質(zhì)控6.6.1數(shù)據(jù)格式校驗(yàn)采用正則表達(dá)式對(duì)數(shù)據(jù)格式進(jìn)行校驗(yàn)。6.6.2記錄數(shù)檢查當(dāng)設(shè)備特定時(shí)段內(nèi)返回有效數(shù)據(jù)的記錄數(shù)有明確要求時(shí)，可通過比較設(shè)備特定時(shí)間段內(nèi)返回的記錄條數(shù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行概括性驗(yàn)證。主要是檢查設(shè)備在特定時(shí)間內(nèi)返回的記錄數(shù)是否為確定的數(shù)值或在確定的范圍內(nèi)。6.6.3關(guān)鍵指標(biāo)總量驗(yàn)證當(dāng)同表內(nèi)對(duì)同個(gè)字段從不同的維度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)存在匯總關(guān)系時(shí)，對(duì)于關(guān)鍵指標(biāo)，應(yīng)從不同維度統(tǒng)計(jì)檢查，進(jìn)行總量檢驗(yàn)。6.6.4歷史數(shù)據(jù)對(duì)比歷史數(shù)據(jù)對(duì)比法包括同比和環(huán)比兩種方式。通過歷史數(shù)據(jù)觀察數(shù)據(jù)變化規(guī)律，從而驗(yàn)證數(shù)據(jù)質(zhì)量。評(píng)估時(shí)應(yīng)根據(jù)各種指標(biāo)發(fā)展特點(diǎn)，重點(diǎn)對(duì)同比變化幅度較大的數(shù)據(jù)進(jìn)行審核。6.6.5時(shí)間序列數(shù)據(jù)校驗(yàn)采用時(shí)間序列分析算法模型，如自回歸綜合移動(dòng)平均模型、隨機(jī)森林、長短期記憶模型等模型預(yù)測未來數(shù)值的置信區(qū)間，判定數(shù)據(jù)正確的概率，進(jìn)行數(shù)據(jù)校驗(yàn)。6.6.6值域判斷當(dāng)可以確定一定時(shí)期內(nèi)指標(biāo)數(shù)據(jù)的合理變動(dòng)區(qū)間時(shí)，可用區(qū)間作為值域?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量控制。其中數(shù)據(jù)的合理變動(dòng)區(qū)間范圍可以直接根據(jù)業(yè)務(wù)經(jīng)驗(yàn)來確定。可采用GB/T4883中的離群值判別方法識(shí)別離群值，也可以通過大數(shù)據(jù)、機(jī)器學(xué)習(xí)等方式來確定指標(biāo)數(shù)據(jù)的合理變動(dòng)區(qū)間。6.6.7機(jī)器學(xué)習(xí)審核當(dāng)數(shù)據(jù)具有特定且復(fù)雜的邏輯關(guān)系時(shí)，采用機(jī)器學(xué)習(xí)方法訓(xùn)練智能模型，通過模型進(jìn)行數(shù)據(jù)質(zhì)量控制。6.6.8數(shù)據(jù)匹配判斷依據(jù)多源數(shù)據(jù)通過智能模型對(duì)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行交叉核驗(yàn)、匹配判斷。6.7設(shè)備健康管理6.7.1設(shè)備健康指標(biāo)選取6T/ACEFXXXX—XXXX選取設(shè)備運(yùn)行中對(duì)監(jiān)測數(shù)據(jù)采集、計(jì)算影響較大的重要參數(shù)作為設(shè)備的健康指標(biāo)，重要參數(shù)包括設(shè)備的核心參數(shù)和狀態(tài)參數(shù)。6.7.2設(shè)備健康評(píng)價(jià)設(shè)備參數(shù)中對(duì)感知設(shè)備示值有影響的參數(shù)均是設(shè)備健康評(píng)價(jià)的備選指標(biāo)，指標(biāo)權(quán)重通過對(duì)應(yīng)參數(shù)對(duì)監(jiān)測數(shù)據(jù)形成的影響程度來確定。指標(biāo)的權(quán)重分為靜態(tài)權(quán)重和動(dòng)態(tài)權(quán)重，其中靜態(tài)權(quán)重根據(jù)參數(shù)類型、參數(shù)波動(dòng)、單位時(shí)間內(nèi)的故障次數(shù)等因素來確定，動(dòng)態(tài)權(quán)重由參數(shù)偏離標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)對(duì)設(shè)備監(jiān)測值影響程度的大小來確定見公式1、公式2。式中：wip為參數(shù)權(quán)重指數(shù)；wis為參數(shù)靜態(tài)權(quán)重；wid為參數(shù)動(dòng)態(tài)權(quán)重。式中：wi為參數(shù)權(quán)重因子?；诙ɑ笖?shù)特性，根據(jù)儀器參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算參數(shù)相對(duì)變化率，結(jié)合參數(shù)權(quán)重計(jì)算儀器健康指數(shù)見公式3。式中：Ii為參數(shù)相對(duì)變化率。7設(shè)備測評(píng)7.1硬件性能評(píng)價(jià)7.1.1接入?yún)^(qū)塊鏈測試智能質(zhì)控生態(tài)環(huán)境物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備注冊(cè)接入測試區(qū)塊鏈系統(tǒng)后，并能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸、參數(shù)設(shè)置與校驗(yàn)等功能。7.1.2設(shè)備可信環(huán)境測試采用非法入侵手段，嘗試更改設(shè)備的操作系統(tǒng)、系統(tǒng)參數(shù)、應(yīng)用軟件、應(yīng)用參數(shù)等，查看設(shè)備是否觸發(fā)報(bào)警。7.1.3算力和存儲(chǔ)性能測試主頻具有足夠的處理能力，并配備散列映射硬件處理器。7.1.4UUID固化檢測提供設(shè)備唯一固化標(biāo)識(shí)碼及所采用芯片的規(guī)格書。7.2軟件評(píng)價(jià)7.2.1監(jiān)測數(shù)據(jù)采集模擬監(jiān)測數(shù)據(jù)采集行為，可信監(jiān)測設(shè)備采集監(jiān)測數(shù)據(jù)的有效率應(yīng)符合設(shè)備性能的基本要求。7.2.2設(shè)備參數(shù)采集模擬設(shè)備參數(shù)采集行為，可信監(jiān)測設(shè)備采集設(shè)備參數(shù)的有效率應(yīng)符合設(shè)備性能的基本要求。7T/ACEFXXXX—XXXX7.2.3數(shù)據(jù)上鏈測試將設(shè)備采集到的數(shù)據(jù)和當(dāng)前參數(shù)加密上鏈，數(shù)據(jù)上鏈的有效率應(yīng)當(dāng)足以保證數(shù)據(jù)完整性。7.3數(shù)據(jù)質(zhì)控有效性評(píng)價(jià)7.3.1基于時(shí)序分析的數(shù)據(jù)異常識(shí)別算法人為修改監(jiān)測數(shù)據(jù)，使之明顯偏離正常值，查看數(shù)據(jù)異常識(shí)別是否落在置信區(qū)間之外并處罰異常數(shù)據(jù)報(bào)警。數(shù)據(jù)異常識(shí)別有效率應(yīng)當(dāng)足以保證異常數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確識(shí)別。7.3.2設(shè)備多參數(shù)關(guān)聯(lián)分析人為修改監(jiān)測設(shè)備參數(shù)，使其明顯偏離正常范圍，查看設(shè)備是否給出數(shù)據(jù)異常報(bào)警。數(shù)據(jù)異常識(shí)別有效率應(yīng)當(dāng)足以確保設(shè)備能準(zhǔn)確發(fā)出異常報(bào)警。7.4設(shè)備健康運(yùn)行評(píng)測人為調(diào)整監(jiān)測設(shè)備的多個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，查看儀器健康指數(shù)變化情況，當(dāng)儀器健康評(píng)分<80時(shí)，提示設(shè)備“警告”狀態(tài)；當(dāng)評(píng)分<60時(shí)，提示設(shè)備“故障”狀態(tài)。8T/ACEFXXXX—XXXX智能質(zhì)控生態(tài)環(huán)境物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備測評(píng)表智能質(zhì)控生態(tài)環(huán)境物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)的測評(píng)見表A.1表A.1智能質(zhì)控生態(tài)環(huán)境物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備測評(píng)表測評(píng)單位設(shè)備注冊(cè)接入測試區(qū)塊鏈系統(tǒng)后，