一种基于知识区块链的航天信息协同采集方法及系统与流程

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1.本发明属于信息采集领域，尤其是涉及一种基于知识区块链的航天信息协同采集方法及系统。

背景技术：

2.随着卫星种类和数量不断丰富，航天信息采集能力持续提高，但从目前现状来看，多星联合协同式采集能力比较薄弱，还需要地面人员逐颗卫星操控才能联合协同采集。如何能够让卫星自主的协同采集是当前迫切需要解决的问题。
3.当前，随着区块链技术的发展，如果能将区块链技术应用在航天信息的自主采集上将能很大程度上提高航天信息的采集能力。虽然现有技术中有采用区块链技术实现了卫星之间的信息或通信的可行性，但是都没有实现多星自主式的协同采集。

技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题是怎样快速自主的进行航天信息协同采集，提出了一种基于知识区块链的航天信息协同采集方法及系统。
5.为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种基于知识区块链的航天信息协同采集方法，包括以下步骤：步骤10：获取采集任务需求集，并将所述采集任务需求集发送给某一卫星sata；步骤20：根据卫星集中的卫星网络构建pbft共识的区块链，通过所述区块链将所述采集任务需求集同步给卫星集中联网的各卫星；步骤30：各卫星根据自身状态承接采集任务需求中的任务，并通过所述区块链中的各区块记录各卫星顺序承接任务的情况；步骤40：当采集任务需求集中的任务承接完毕后，sata基于所述区块链中各区块记录的各卫星承接的任务情况，设定智能合约con0，智能合约con0所涉及的卫星按照区块链中各区块记录的卫星承接任务的顺序执行采集任务。
6.进一步地，步骤30中各卫星根据自身状态承接采集任务需求中的任务时，当某个卫星只能承接一个任务中的部分时，则将任务拆解成两个子任务，一个子任务是该卫星在空间和时间上可以承接的部分，另外一个子任务是任务与前一个子任务重叠部分求差后剩余的部分，将两个子任务插入到采集任务需求集中，并从采集任务需求集中删除原任务。
7.进一步地，在步骤20之前，还包括步骤11：根据所述采集任务需求集构建知识图谱g0；步骤20中则通过所述区块链将所述知识图谱g0同步给卫星集中联网的各卫星。
8.进一步地，构建知识图谱g0的方法是：步骤11.1：对所述采集任务需求集中的采集任务进行分解，每一个采集任务分解为与该采集任务相对应的空间窗口、时间段和采集子任务，各空间窗口的坐标为空间窗口实体节点的属性，属性值为任务对应的空间窗口坐标，各时间段的起始时刻和结束时刻为时间段实体节点的属性，属性值为任务所对应的起始时刻和结束时刻，采集子任务中卫星
的具体参数为采集子任务实体的属性，属性值为任务所要求的卫星所对应的具体参数；步骤11.2：将空间窗口、时间段和采集子任务看作实体节点，空间窗口和与所述空间窗口相对应的采集子任务之间的关系为空间约束关系，时间段和与所述时间段相对应的采集子任务之间的关系为时间约束关系，各采集子任务之间的关系是任务执行顺序关系，各空间窗口之间的关系是覆盖或拼接关系，各时间段之间的关系是时间顺序关系；步骤11.3：根据各实体节点之间的关系，以及每个实体节点的属性和属性值构建出航天信息采集的知识图谱。
9.进一步地，步骤30中各卫星根据自身状态承接采集任务需求中的任务时，步骤30.1：卫星集中的各卫星根据所述知识图谱g0中各采集子任务及其关联的空间窗口和时间段，各卫星判断其自身参数是否与任务的采集子任务一致，若不一致，则不承接任务并不对所述知识图谱进行操作；若一致，则将该卫星自身的空间窗口和时间段与该任务对应的空间窗口、时间段进行交集，并将该任务及对应的空间窗口和时间段拆分成2个子任务，一个是该子任务对应的空间窗口、时间段交集重叠部分的，一个是该子任务与重叠部分求差后剩余的部分，卫星将新增的两个子任务所对应的实体、属性及关系插入到区块链模型中，并删除原任务所对应的实体、属性及关系，形成新的知识图谱；步骤30.2：重复执行步骤30.1直到所述知识图谱不再发生变化形成修改后的知识图谱。
10.进一步地，在步骤30中各卫星根据自身状态承接采集任务需求中的任务，当采集任务需求集中的任务承接完毕，并对知识图谱进行修改后，步骤40根据修改后的知识图谱，基于所述区块链中各区块记录的各卫星承接的任务情况，设定智能合约con0。
11.进一步地，所述区块链中的各区块中包括多条操作记录，每条操作记录包含操作者签名、操作类型以及操作内容，所述操作者签名为认领任务的卫星，所述操作类型分为插入、修改和删除，所述操作内容是指任务集中的任务，当任务集使用知识图谱进行构建后，所述操作内容是指知识图谱中的实体、关系、属性、属性值。
12.进一步地，当卫星集中的某卫星无法执行采集任务时，各卫星则从任务中断处重新承接任务采集需求集中剩余的任务，并基于卫星承接后的情况或修改后的知识图谱重新编写智能合约con0，同时触发采集任务继续进行，直到最后一个任务执行完毕。
13.本发明还提供了一种基于知识区块链的航天信息协同采集系统，包括以下模块：采集任务获取模块：用于获取采集任务需求集，并将所述采集任务需求集发送给某一卫星sata；区块链构建模块：用于根据卫星集中的卫星网络构建pbft共识的区块链，通过所述区块链将采集任务获取模块获取的所述采集任务需求集同步给卫星集中联网的各卫星；任务承接模块：用于各卫星根据自身状态承接采集任务需求中的任务，并通过所述区块链中的各区块记录各卫星顺序承接任务的情况；任务执行模块：用于当采集任务需求集中的任务承接完毕后，sata基于所述区块链中各区块记录的各卫星承接的任务情况，设定智能合约con0，智能合约con0所涉及的卫星按照区块链中各区块记录的卫星承接任务的顺序执行采集任务。
14.采用上述技术方案，本发明具有如下有益效果：
本发明提供的一种基于知识区块链的航天信息协同采集方法及系统，通过将采集任务需求集使用pbft共识技术同步给卫星集中的其他卫星，然后基于区块链技术，使得各卫星基于自身状态对任务集中的任务进行承接，并使用区块进行记录，然后当采集任务需求集中的任务承接完毕后，sata基于所述区块链中各区块记录的各卫星承接的任务情况，设定智能合约con0，基于智能合约，自主完成航天信息采集任务。
15.将采集任务需求集构建成知识图谱，使得任务表达方式更加清晰明确，利用区块链模型并充分考虑知识图谱的操作，将区块链中各区块体设计为一个个对图结构的操作，使得知识图谱更加合理高效的上链从而可以利用区块链的优势进行信息采集。本发明利用区块链去中心化的产生模式以分布式的形式不断优化采集需求知识图谱，这充分让各个卫星协同式自主式构建采集规则，解放了地面人员的人工规划。运用智能合约机制使得知识图谱一旦执行就会一个接一个任务执行下去，实现了自动化，并且考虑了当卫星出现宕机时的解决办法，实现了去中心化的采集手段。
附图说明
16.图1为本发明系统流程图；图2为面向知识图谱的区块链模型；图3为航天信息采集需求的知识图谱。
具体实施方式
17.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
18.实施例一图1至图3示出了本发明一种基于知识区块链的航天信息协同采集方法，其特征在于，如图1所示，包括以下步骤：步骤10：获取采集任务需求集，并将所述采集任务需求集发送给某一卫星sata；步骤20：根据卫星集中的卫星网络构建pbft共识的区块链，通过所述区块链将所述采集任务需求集同步给卫星集中联网的各卫星；步骤30：各卫星根据自身状态承接采集任务需求集中的任务，并通过所述区块链中的各区块记录各卫星顺序承接任务的情况；本实施例中通过所述区块链中的各区块记录各卫星顺序承接任务的情况，相当于将任务分配给该卫星来执行，则各卫星承接任务需求集中的任务后就可以执行航天信息采集了。如图2所示，各区块分为区块头和区块体，区块头由版本号、上一区块哈希值、merkle根节点、时间戳以及其他属性组成。其中merkle根节点为对采集任务需求集操作的哈希构建的merkle树的根节点；所述区块体用于存储具体对知识图谱的操作；1）区块体内由多条操作记录构成；2）每条操作记录包含操作者签名、操作类型以及操作内容；3）操作类型分为插入、修改和删除；4）操作内容包含实体-关系-实体、实体：属性：属性值、关系：类型；
5）merkle树的叶子节点就是对操作者签名、操作类型以及操作内容联合哈希，如图2的左侧，merkle树的叶子节点有对操作1哈希、操作2哈希、操作3哈希、操作4哈希以及对操作12的联合哈希，对操作34的联合哈希。
19.本实施例中，如果任务本身的时间窗口和空间窗口都在卫星的可见窗口范围内，则卫星直接完全承接该任务，但实际过程中，由于卫星过境时间的限制，可能只能完成任务中的一部分，因此，各卫星根据自身状态承接采集任务需求中的任务时，当某个卫星只能承接一个任务中的部分时，则将任务拆解成两个子任务，一个子任务是该卫星在空间和时间上可以承接的部分，另外一个子任务是任务与前一个子任务重叠部分求差后剩余的部分，将两个子任务插入到采集任务需求集中，并从采集任务需求集中删除原任务。通过将任务进行拆分并插入到采集任务需求集中，从而便于其他任务根据自身情况继续进行承接。
20.步骤40：当采集任务需求集中的任务承接完毕后，sata基于所述区块链中各区块记录的各卫星承接的任务情况，设定智能合约con0，智能合约con0所涉及的卫星按照区块链中各区块记录的卫星承接任务的顺序执行采集任务。本实施例中，根据区块链的特点，每个卫星在根据自身情况承接任务后，则生成一个区块，其他卫星在前一个卫星承接任务后剩下的任务集中继续承接自身所能承接的任务，形成新的区块。然后基于区块链中各区块记录的各卫星承接的任务情况，设定智能合约con0，自主完成航天信息采集任务。这充分让各个卫星协同式自主式构建采集规则，解放了地面人员的人工规划。
21.实施例二本实施例与实施例一的区别在于将采集任务需求集知识图谱的形式进行显示，从而便于卫星进行任务承接。与实施例一的区别在于：在步骤20之前，还包括步骤11：根据所述采集任务需求集构建知识图谱g0；步骤20中则通过所述区块链将所述知识图谱g0同步给卫星集中联网的各卫星。构建知识图谱g0的方法是：步骤11.1：对所述采集任务需求集中的采集任务进行分解，每一个采集任务分解为与该采集任务相对应的空间窗口、时间段和采集子任务，各空间窗口的坐标为空间窗口实体节点的属性，属性值为任务对应的空间窗口坐标，各时间段的起始时刻和结束时刻为时间段实体节点的属性，属性值为任务所对应的起始时刻和结束时刻，采集子任务的具体参数为采集子任务实体的属性，属性值为任务所要求的卫星所对应的具体参数。本实施例中，时间段实体节点的属性为该时间段对应的起始和结束的时间点。具体的起始和结束的时间点的值为属性值，空间窗口实体节点的属性为地理坐标，具体的地理坐标值为空间窗口实体节点的属性值。采集子任务实体节点的属性为传感器类型、频谱、分辨率，属性值为对应的传感器类型、频谱、分辨率的值。
22.步骤11.2：将空间窗口、时间段和采集子任务看作实体节点，空间窗口和与所述空间窗口相对应的采集子任务之间的关系为空间约束关系，时间段和与所述时间段相对应的采集子任务之间的关系为时间约束关系，各采集子任务之间的关系是任务执行顺序关系，各空间窗口之间的关系是覆盖或拼接关系，各时间段之间的关系是时间顺序关系。
23.步骤11.3：根据各实体节点之间的关系，以及每个实体节点的属性和属性值构建出航天信息采集的知识图谱。构建出的知识图谱如图3所示。
24.本实施例中，为了更好的对任务采集需求集进行描述，使用知识图谱，并且将每个
任务分解为空间窗口、对应的时间窗口以及对采集子任务的具体要求等，从而可以从这几个方面来与卫星进行比对，能承接该任务的卫星则满足任务对采集子任务、空间和时间窗口的要求。
25.本实施例中，各卫星根据自身状态承接采集任务需求中的任务时，步骤30.1：卫星集中的各卫星根据所述知识图谱g0中各卫星参数要求及其关联的空间窗口和时间段，各卫星判断其自身参数是否与任务的卫星参数要求一致，若不一致，则不承接任务并不对所述知识图谱进行操作；若一致，则将该卫星自身的空间窗口和时间段与该任务对应的空间窗口、时间段进行交集，并将该任务及对应的空间窗口和时间段拆分成2个子任务，一个是该子任务对应的空间窗口、时间段交集重叠部分的，一个是该子任务与重叠部分求差后剩余的部分，卫星将新增的两个子任务所对应的实体、属性及关系插入到区块链模型中，并删除原任务所对应的实体、属性及关系，形成新的知识图谱；步骤30.2：重复执行步骤30.1直到所述知识图谱不再发生变化形成修改后的知识图谱。
26.各卫星根据自身状态以及任务对采集子任务、空间和时间窗口的要求来决定是否承接任务。并将承接结果写在区块体中。同时由于卫星受过境时间的限制，可能在一次过境中并不能完成对一个任务的航天信息采集，只能完成部分任务，因此需要对任务进行拆分从而需要修改知识图谱，并删除原来的任务对应的实体节点。
27.本实施例中，在步骤30中各卫星根据自身状态承接采集任务需求中的任务，当采集任务需求集中的任务承接完毕，并对知识图谱进行修改后，步骤40根据修改后的知识图谱，基于所述区块链中各区块记录的各卫星承接的任务情况，设定智能合约con0。在各卫星承接任务时，根据卫星能完成的情况，对任务进行分解时，就需要修改知识图谱，在采集任务需求集中的任务承接完后，知识图谱不再修改，则根据区块链中的各区块中所记录的卫星承接任务的情况，设定智能合约con0，执行任务采集。图2中，操作者可以为卫星a、卫星b、卫星c等，区块体中记录卫星对知识图谱修改的记录，如记录e1-r1-e2，表示两个实体e1、e2及两个实体之间的关系，操作类型为插入，是指卫星a插入了两个实体e1、e2及两个实体之间的关系，使用区块做了记录，并进行了a签名。然后在另外一个区块的区块体中，记录了e1:a1:v1，操作类型为插入，b签名，表示卫星b插入了一条记录为实体e1的属性a1的属性值为v1。在另外一个区块的区块体中，记录了r1:t1，操作类型为修改，c签名，表示卫星c修改了关系r1的关系类型t1。
28.本实施例中，当卫星集中的某卫星无法执行采集任务时，各卫星则从任务中断处重新承接任务采集需求集中剩余的任务，并基于卫星承接后的情况或修改后的知识图谱重新编写智能合约con0，同时触发采集任务继续进行，直到最后一个任务执行完毕。
29.本发明还提供了一种基于知识区块链的航天信息协同采集系统，包括以下模块：采集任务获取模块：用于获取采集任务需求集，并将所述采集任务需求集发送给某一卫星sata；区块链构建模块：用于根据卫星集中的卫星网络构建pbft共识的区块链，通过所述区块链将采集任务获取模块获取的所述采集任务需求集同步给卫星集中联网的各卫星；任务承接模块：用于各卫星根据自身状态承接采集任务需求中的任务，并通过所
述区块链中的各区块记录各卫星顺序承接任务的情况；任务执行模块：用于当采集任务需求集中的任务承接完毕后，sata基于所述区块链中各区块记录的各卫星承接的任务情况，设定智能合约con0，智能合约con0所涉及的卫星按照区块链中各区块记录的卫星承接任务的顺序执行采集任务。
30.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

技术特征：

1.一种基于知识区块链的航天信息协同采集方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤10：获取采集任务需求集，并将所述采集任务需求集发送给某一卫星sata；步骤20：根据卫星集中的卫星网络构建pbft共识的区块链，通过所述区块链将所述采集任务需求集同步给卫星集中联网的各卫星；步骤30：各卫星根据自身状态承接采集任务需求集中的任务，并通过所述区块链中的各区块记录各卫星顺序承接任务的情况；步骤40：当采集任务需求集中的任务承接完毕后，sata基于所述区块链中各区块记录的各卫星承接的任务情况，设定智能合约con0，智能合约con0所涉及的卫星按照区块链中各区块记录的卫星承接任务的顺序执行采集任务。2.根据权利要求1所述的航天信息协同采集方法，其特征在于，步骤30中各卫星根据自身状态承接采集任务需求中的任务时，当某个卫星只能承接一个任务中的部分时，则将任务拆解成两个子任务，一个子任务是该卫星在空间和时间上可以承接的部分，另外一个子任务是任务与前一个子任务重叠部分求差后剩余的部分，将两个子任务插入到采集任务需求集中，并从采集任务需求集中删除原任务。3.根据权利要求2所述的航天信息协同采集方法，其特征在于，在步骤20之前，还包括步骤11：根据所述采集任务需求集构建知识图谱g0；步骤20中则通过所述区块链将所述知识图谱g0同步给卫星集中联网的各卫星。4.根据权利要求3所述的航天信息协同采集方法，其特征在于，构建知识图谱g0的方法是：步骤11.1：对所述采集任务需求集中的采集任务进行分解，每一个采集任务分解为与该采集任务相对应的空间窗口、时间段和采集子任务，各空间窗口的坐标为空间窗口实体节点的属性，属性值为任务对应的空间窗口坐标，各时间段的起始时刻和结束时刻为时间段实体节点的属性，属性值为任务所对应的起始时刻和结束时刻，采集子任务中卫星的具体参数为采集子任务实体的属性，属性值为任务所要求的卫星所对应的具体参数；步骤11.2：将空间窗口、时间段和采集子任务看作实体节点，空间窗口和与所述空间窗口相对应的采集子任务之间的关系为空间约束关系，时间段和与所述时间段相对应的采集子任务之间的关系为时间约束关系，各采集子任务之间的关系是任务执行顺序关系，各空间窗口之间的关系是覆盖或拼接关系，各时间段之间的关系是时间顺序关系；步骤11.3：根据各实体节点之间的关系，以及每个实体节点的属性和属性值构建出航天信息采集的知识图谱。5.根据权利要求4所述的航天信息协同采集方法，其特征在于，步骤30中各卫星根据自身状态承接采集任务需求中的任务时，步骤30.1：卫星集中的各卫星根据所述知识图谱g0中各采集子任务及其关联的空间窗口和时间段，各卫星判断其自身参数是否与任务的采集子任务一致，若不一致，则不承接任务并不对所述知识图谱进行操作；若一致，则将该卫星自身的空间窗口和时间段与该任务对应的空间窗口、时间段进行交集，并将该任务及对应的空间窗口和时间段拆分成2个子任务，一个是该子任务对应的空间窗口、时间段交集重叠部分的，一个是该子任务与重叠部分求差后剩余的部分，卫星将新增的两个子任务所对应的实体、属性及关系插入到区块链模型中，并删除原任务所对应的
实体、属性及关系，形成新的知识图谱；步骤30.2：重复执行步骤30.1直到所述知识图谱不再发生变化形成修改后的知识图谱。6.根据权利要求5所述的航天信息协同采集方法，其特征在于，在步骤30中各卫星根据自身状态承接采集任务需求中的任务，当采集任务需求集中的任务承接完毕，并对知识图谱进行修改后，步骤40根据修改后的知识图谱，基于所述区块链中各区块记录的各卫星承接的任务情况，设定智能合约con0。7.根据权利要求1至6中任一项所述的航天信息协同采集方法，其特征在于，所述区块链中的各区块中包括多条操作记录，每条操作记录包含操作者签名、操作类型以及操作内容，所述操作者签名为认领任务的卫星，所述操作类型分为插入、修改和删除，所述操作内容是指任务集中的任务，当任务集使用知识图谱进行构建后，所述操作内容是指知识图谱中的实体、关系、属性、属性值。8.根据权利要求1至6中任一项所述的航天信息协同采集方法，其特征在于，当卫星集中的某卫星无法执行采集任务时，各卫星则从任务中断处重新承接任务采集需求集中剩余的任务，并基于卫星承接后的情况或修改后的知识图谱重新编写智能合约con0，同时触发采集任务继续进行，直到最后一个任务执行完毕。9.一种基于知识区块链的航天信息协同采集系统，其特征在于，包括以下模块：采集任务获取模块：用于获取采集任务需求集，并将所述采集任务需求集发送给某一卫星sata；区块链构建模块：用于根据卫星集中的卫星网络构建pbft共识的区块链，通过所述区块链将采集任务获取模块获取的所述采集任务需求集同步给卫星集中联网的各卫星；任务承接模块：用于各卫星根据自身状态承接采集任务需求中的任务，并通过所述区块链中的各区块记录各卫星顺序承接任务的情况；任务执行模块：用于当采集任务需求集中的任务承接完毕后，sata基于所述区块链中各区块记录的各卫星承接的任务情况，设定智能合约con0，智能合约con0所涉及的卫星按照区块链中各区块记录的卫星承接任务的顺序执行采集任务。

技术总结

本发明提供了一种基于知识区块链的航天信息协同采集方法及系统，通过获取采集任务需求集，并发送给某一卫星；构建区块链将所述采集任务需求集同步给卫星集中联网的各卫星；各卫星根据自身状态承接采集任务需求集中的任务，并通过所述区块链中的各区块记录各卫星顺序承接任务的情况；当采集任务需求集中的任务承接完毕后，基于所述区块链中各区块记录的各卫星承接的任务情况设定智能合约，按照区块链中各区块记录的卫星承接任务的顺序执行采集任务。本发明利用区块链去中心化的产生模式以分布式的形式不断优化采集任务集，运用智能合约机制使得任务一旦执行就会一个接一个任务执行下去，实现了自动化，解放了地面人员的人工规划。工规划。工规划。