王 贏(yíng)
(河南農(nóng)業(yè)大學(xué)圖書(shū)館 鄭州 450046)
信息過(guò)載和多源異構(gòu)是城鎮(zhèn)應(yīng)急管理現(xiàn)代化面對(duì)的挑戰(zhàn)之一,現(xiàn)有預(yù)警信息系統(tǒng)在精準(zhǔn)度和時(shí)效性上仍存在很多不足。區(qū)塊鏈的出現(xiàn)為國(guó)家應(yīng)急體系創(chuàng)新治理帶來(lái)了新的契機(jī)[1],不論在國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略還是應(yīng)用可行性方面都與現(xiàn)代化的應(yīng)急管理有著天然吻合性。區(qū)塊鏈擁有分布式、可追溯等技術(shù)特點(diǎn),在鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)中借助共識(shí)算法更新數(shù)據(jù),借助時(shí)間戳、非對(duì)稱(chēng)加密等方式保證數(shù)據(jù)不可篡改,利用智能合約對(duì)數(shù)據(jù)自動(dòng)處理[2]。現(xiàn)有突發(fā)事件預(yù)警信息系統(tǒng)中存在的諸多問(wèn)題,如多主體協(xié)同共享難度大、信息雜亂無(wú)序、信息傳遞延遲、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)估不準(zhǔn)確、缺少有力監(jiān)管等,區(qū)塊鏈技術(shù)可以為這些難題提供解決辦法。本文嘗試運(yùn)用區(qū)塊鏈的技術(shù)優(yōu)勢(shì),構(gòu)建數(shù)據(jù)協(xié)同共享、災(zāi)害自動(dòng)預(yù)警的信息系統(tǒng),為提升全社會(huì)防災(zāi)減災(zāi)能力提供有效支持。
突發(fā)事件是指突然發(fā)生,造成或者可能造成嚴(yán)重社會(huì)危害,需要采取應(yīng)急處置措施予以應(yīng)對(duì)的自然災(zāi)害、事故災(zāi)難、公共衛(wèi)生事件和社會(huì)安全事件[3]。預(yù)警信息系統(tǒng)是采集、處理、分發(fā)各種災(zāi)情信息的樞紐[4]。突發(fā)事件監(jiān)測(cè)預(yù)警體系建設(shè)是推進(jìn)國(guó)家治理體系和治理能力現(xiàn)代化的必然要求[5],對(duì)此的研究涉及不同角度和不同學(xué)科,主要在信息管理、醫(yī)學(xué)、公共管理、地理科學(xué)等專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域。
信息管理領(lǐng)域的研究者主要從三方面探討:a.突發(fā)事件預(yù)警信息系統(tǒng)的相關(guān)理論研究,涉及概念、構(gòu)成要素、評(píng)價(jià)指標(biāo)等。范維澄[6]論述了如何構(gòu)建智慧精準(zhǔn)的多層公共安全防護(hù)體系;汪明敏[7]對(duì)“預(yù)警”進(jìn)行了概念界定;樊博等[8]在協(xié)作治理理論框架下闡釋了應(yīng)急情報(bào)協(xié)同管理的理論機(jī)理。b.借助不同技術(shù)構(gòu)建突發(fā)事件預(yù)警信息系統(tǒng)。張海濤等[3]通過(guò)構(gòu)建情景圖譜的方法預(yù)測(cè)突發(fā)事件未來(lái)發(fā)展趨勢(shì);陳石定等[9]選用 Spring Cloud 微服務(wù)框架進(jìn)行預(yù)警信息生成、發(fā)布。c.預(yù)警信息系統(tǒng)在具體突發(fā)事件中的應(yīng)用。由于新冠肺炎疫情的影響,近幾年學(xué)者們對(duì)突發(fā)事件預(yù)警信息系統(tǒng)的構(gòu)建多以公共衛(wèi)生事件為研究對(duì)象。黃茂漢[10]構(gòu)建了疫情防控父子區(qū)塊鏈情報(bào)模型;歐陽(yáng)麗煒等[11]采用區(qū)塊鏈智能合約與人工智能相結(jié)合的技術(shù),對(duì)傳染病監(jiān)測(cè)與預(yù)警實(shí)現(xiàn)的框架進(jìn)行了研究。有部分學(xué)者對(duì)其它類(lèi)型突發(fā)事件進(jìn)行了探討,如徐緒堪等[12]提出了利用情報(bào)對(duì)城市水災(zāi)害突發(fā)事件進(jìn)行分析的框架;曾子明等[13]用社會(huì)計(jì)算方法構(gòu)建了社會(huì)安全事件智能情報(bào)服務(wù)體系;張思龍等[14]提出了基于情報(bào)感知的網(wǎng)絡(luò)輿情研判與預(yù)警系統(tǒng)架構(gòu)。
綜上所述,突發(fā)事件預(yù)警信息系統(tǒng)建設(shè)已經(jīng)成為研究熱點(diǎn)之一,將區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用于突發(fā)事件預(yù)警中的研究多局限于公共衛(wèi)生事件,且論述理論框架構(gòu)建的較多,深入到具體實(shí)現(xiàn)的較少。因此,本文以區(qū)塊鏈為技術(shù)支撐,從體系架構(gòu)、運(yùn)行機(jī)制和主要流程三方面闡釋突發(fā)事件預(yù)警信息系統(tǒng)構(gòu)建,以“7·20”河南鄭州特大暴雨災(zāi)害為實(shí)證,利用灰色關(guān)聯(lián)故障樹(shù)分析法編制智能合約,突出區(qū)塊鏈技術(shù)在突發(fā)事件預(yù)警信息系統(tǒng)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì),為完善突發(fā)事件應(yīng)急管理提供新的視角。
2.1.1預(yù)警信息平臺(tái)框架
預(yù)警信息平臺(tái)是災(zāi)害信息采集、傳輸、存儲(chǔ)、分析、維護(hù)及應(yīng)用的載體。目前需要整合已建成的分散在各個(gè)業(yè)務(wù)部門(mén)的監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng),建立一個(gè)集前端監(jiān)測(cè)、實(shí)時(shí)預(yù)警、信息發(fā)布、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警教育等功能于一體的綜合性預(yù)警信息平臺(tái)?;趨^(qū)塊鏈的突發(fā)事件預(yù)警信息平臺(tái)框架由5層構(gòu)成,如圖1所示。
圖1 基于區(qū)塊鏈的突發(fā)事件預(yù)警信息平臺(tái)
數(shù)據(jù)層通過(guò)各種物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備、移動(dòng)終端等自動(dòng)采集和存儲(chǔ)致災(zāi)、承災(zāi)情景信息,以及各類(lèi)防災(zāi)減災(zāi)知識(shí)。網(wǎng)絡(luò)層通過(guò)非對(duì)稱(chēng)加密傳輸機(jī)制、P2P組網(wǎng)機(jī)制等技術(shù),傳輸和驗(yàn)證節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù),并實(shí)時(shí)更新數(shù)據(jù)層中存儲(chǔ)的各種信息。共識(shí)層通過(guò)封裝共識(shí)算法解決各節(jié)點(diǎn)之間的相互信任問(wèn)題,實(shí)現(xiàn)各節(jié)點(diǎn)賬本的一致性。合約層通過(guò)封裝各類(lèi)腳本代碼,實(shí)現(xiàn)在預(yù)置條件下不受人為控制的自動(dòng)響應(yīng)。應(yīng)用層通過(guò)封裝多種應(yīng)用場(chǎng)景,以小程序和APP等形式展現(xiàn),利用API接口實(shí)現(xiàn)應(yīng)用層和底層平臺(tái)的交互[16],支持監(jiān)測(cè)預(yù)警過(guò)程中的信息檢索、數(shù)據(jù)溯源、流程監(jiān)管等,以及防災(zāi)減災(zāi)知識(shí)的學(xué)習(xí)。
2.1.2組織結(jié)構(gòu)
基于區(qū)塊鏈的突發(fā)事件預(yù)警信息系統(tǒng)將傳統(tǒng)縱向的信息傳遞模式變成橫向的、去中心化的信息協(xié)同模式,解決了信息孤島及信息不同步問(wèn)題。依據(jù)區(qū)塊鏈的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)分布式組網(wǎng)協(xié)同技術(shù),在突發(fā)事件預(yù)警信息區(qū)塊鏈中設(shè)置主管理節(jié)點(diǎn)、管理節(jié)點(diǎn)和普通節(jié)點(diǎn),不同類(lèi)型節(jié)點(diǎn)分工合作,保證鏈網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行。主管理節(jié)點(diǎn)對(duì)全鏈節(jié)點(diǎn)執(zhí)行CA認(rèn)證,負(fù)責(zé)身份認(rèn)證和撤銷(xiāo);可下載完整的全鏈網(wǎng)數(shù)據(jù),負(fù)責(zé)對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)管。管理節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)新加入節(jié)點(diǎn)的身份校驗(yàn);負(fù)責(zé)對(duì)交易信息是否合法進(jìn)行驗(yàn)證,對(duì)共享信息進(jìn)行排序、打包、背書(shū)及廣播;負(fù)責(zé)節(jié)點(diǎn)的準(zhǔn)入和清退、對(duì)訪(fǎng)問(wèn)進(jìn)行控制及對(duì)交易申請(qǐng)進(jìn)行審核[17]。普通節(jié)點(diǎn)承擔(dān)記賬功能,對(duì)突發(fā)事件中產(chǎn)生的實(shí)時(shí)信息進(jìn)行提案、上傳,經(jīng)過(guò)管理節(jié)點(diǎn)確認(rèn)后在全網(wǎng)進(jìn)行發(fā)布。
2.1.3網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)
突發(fā)事件具有突發(fā)性、復(fù)雜性,對(duì)其監(jiān)測(cè)預(yù)警涉及“天地空”立體化、全方位的信息。目前,我國(guó)城市預(yù)警信息的采集和發(fā)布涉及多個(gè)部門(mén),每個(gè)部門(mén)都建有各自的預(yù)警系統(tǒng),如氣象預(yù)警、洪水預(yù)警、電力預(yù)警、地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警、通信預(yù)警等[18-19]。本文構(gòu)建的預(yù)警系統(tǒng)通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行部署,新的區(qū)塊鏈節(jié)點(diǎn)注冊(cè)認(rèn)證成功后接入鏈中。已建成的系統(tǒng)利用數(shù)字身份管理軟件工具開(kāi)發(fā)包(SDK)和應(yīng)用程序接口(API)技術(shù)接入?yún)^(qū)塊鏈平臺(tái),實(shí)現(xiàn)各機(jī)構(gòu)災(zāi)情信息共享。
2.1.4區(qū)塊結(jié)構(gòu)
區(qū)塊由區(qū)塊頭和區(qū)塊體構(gòu)成。區(qū)塊頭中存儲(chǔ)了前塊哈希、隨機(jī)數(shù)、默克爾根和版本信息,區(qū)塊體記錄了一定時(shí)間內(nèi)區(qū)塊創(chuàng)建過(guò)程中經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的所有交易信息。所有區(qū)塊串聯(lián)在一起構(gòu)成區(qū)塊鏈,當(dāng)有新的區(qū)塊產(chǎn)生時(shí),會(huì)對(duì)前一個(gè)區(qū)塊的所有數(shù)據(jù)做一個(gè)哈希運(yùn)算,然后把計(jì)算的結(jié)果作為前一個(gè)區(qū)塊的哈希保存在新的區(qū)塊頭中,所有區(qū)塊按生成順序相連接[20]。默克爾根、前區(qū)塊哈希、時(shí)間戳保障了區(qū)塊信息的不可篡改及可追溯。突發(fā)事件監(jiān)測(cè)預(yù)警信息區(qū)塊的物理及邏輯結(jié)構(gòu)如圖2所示。
圖2 區(qū)塊結(jié)構(gòu)
預(yù)警信息系統(tǒng)是以服務(wù)平臺(tái)為載體、以信息采集、處理、分發(fā)為核心的有機(jī)整體?;趨^(qū)塊鏈的突發(fā)事件預(yù)警信息系統(tǒng)中信息流的運(yùn)行主要靠區(qū)塊鏈節(jié)點(diǎn)認(rèn)證機(jī)制、共識(shí)機(jī)制、非對(duì)稱(chēng)加密技術(shù)、智能合約來(lái)維持高效有序運(yùn)行。分布式賬本解決數(shù)據(jù)記錄、存儲(chǔ)的問(wèn)題;共識(shí)機(jī)制解決數(shù)據(jù)維護(hù)的問(wèn)題;智能合約解決數(shù)據(jù)執(zhí)行的問(wèn)題;密碼學(xué)解決數(shù)據(jù)安全的問(wèn)題。
2.2.1節(jié)點(diǎn)認(rèn)證和共識(shí)機(jī)制
只有充分保障個(gè)人隱私和信息安全,才能打破數(shù)據(jù)孤島,調(diào)動(dòng)整合資源實(shí)現(xiàn)“共建共治共享”應(yīng)急管理的新治理格局。區(qū)塊鏈節(jié)點(diǎn)認(rèn)證技術(shù)可使多元主體廣泛納入預(yù)警信息鏈中,保證數(shù)據(jù)源的安全。新節(jié)點(diǎn)在上鏈之前要向主管理節(jié)點(diǎn)提起申請(qǐng),管理節(jié)點(diǎn)運(yùn)用CA認(rèn)證機(jī)制審核用戶(hù)信息的合法性,審核通過(guò)后頒發(fā)CA證書(shū), 生成該用戶(hù)的密鑰對(duì)及交易地址,允許該用戶(hù)成為節(jié)點(diǎn)并上鏈運(yùn)行。區(qū)塊鏈系統(tǒng)是一種分布式系統(tǒng),多個(gè)區(qū)塊鏈節(jié)點(diǎn)共同維護(hù)一份數(shù)據(jù),需通過(guò)合理的共識(shí)機(jī)制保障數(shù)據(jù)一致性與合法性[10]。本系統(tǒng)采用拜占庭容錯(cuò)算法和信用證明共識(shí)機(jī)制。拜占庭容錯(cuò)算法是一種容錯(cuò)能力,即網(wǎng)絡(luò)在存在惡意節(jié)點(diǎn)散布錯(cuò)誤信息的情況下仍能讓誠(chéng)實(shí)節(jié)點(diǎn)達(dá)成共識(shí)正常運(yùn)行。信用證明是以區(qū)塊鏈上節(jié)點(diǎn)信用為依據(jù)的共識(shí)機(jī)制,當(dāng)某個(gè)節(jié)點(diǎn)上報(bào)虛假預(yù)警信息時(shí)其信用值將會(huì)減少。
2.2.2智能合約
傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)預(yù)警模式是發(fā)現(xiàn)險(xiǎn)情后按層級(jí)逐級(jí)上報(bào)來(lái)確定應(yīng)急響應(yīng)級(jí)別,可能會(huì)使響應(yīng)滯后、延誤最佳響應(yīng)時(shí)機(jī)。智能合約可預(yù)先將規(guī)則條款代碼化并封裝在區(qū)塊鏈上,當(dāng)設(shè)定的條件被觸發(fā)后將自動(dòng)執(zhí)行協(xié)議,減少人為干預(yù)和手工文書(shū)工作。編制合理的智能合約是實(shí)現(xiàn)科學(xué)自動(dòng)預(yù)警的關(guān)鍵。該系統(tǒng)的智能合約編制如下:
a.利用突發(fā)事件案例庫(kù)中的歷史數(shù)據(jù),采用深度學(xué)習(xí)算法和故障樹(shù)分析法,建立故障樹(shù)模型,并總結(jié)確定不同警戒值的區(qū)間范圍繪出警度表。在故障樹(shù)模型中將突發(fā)事件作為頂事件,分析引起頂事件的各種風(fēng)險(xiǎn)因素及其因果邏輯關(guān)系,設(shè)定最基本原因?yàn)榈资录?,引起頂事件發(fā)生的數(shù)量最少的底事件組合為最小割集。
b.專(zhuān)家節(jié)點(diǎn)對(duì)采集到的關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行打分,確定各底事件的不可靠概率,進(jìn)而求出各底事件的重要度Ij:
(1)
其中Yi為含第i個(gè)底事件的最小割集發(fā)生概率之和,PT是頂事件發(fā)生概率。
c.利用灰色理論比較待檢模式向量與典型故障模式向量的關(guān)聯(lián),計(jì)算出各底事件的關(guān)聯(lián)度ri:
(2)
(3)
其中Δij(K)為待檢矢量與歸一化處理后的特征矩陣中的每個(gè)數(shù)值的序列差[21],p一般取0.5。
d.計(jì)算出待檢模式的預(yù)警值C:
(4)
其中n為基本事件的個(gè)數(shù)。
e.比對(duì)警度表,確定警度類(lèi)型。經(jīng)判斷一旦觸發(fā)警戒閥值,區(qū)塊鏈將自動(dòng)按預(yù)設(shè)規(guī)則響應(yīng),即向相關(guān)的節(jié)點(diǎn)發(fā)布預(yù)警信息,如圖3所示。
圖3 智能合約運(yùn)行
2.2.3加密存儲(chǔ)追溯機(jī)制
數(shù)據(jù)存儲(chǔ)是信息流高效運(yùn)行的保障。突發(fā)事件預(yù)警信息涉及主體眾多,數(shù)據(jù)量大且結(jié)構(gòu)復(fù)雜,又需要將具體的信息存儲(chǔ)起來(lái)便于調(diào)用。IPFS是一種分布式存儲(chǔ)方案,采用P2P方式將具有相同文件管理模式的設(shè)備連接在一起,與區(qū)塊鏈分布式部署的特點(diǎn)非常契合[10]?;趨^(qū)塊鏈的突發(fā)事件預(yù)警信息系統(tǒng)將以IPFS形式存儲(chǔ)具體數(shù)據(jù),在區(qū)塊鏈上僅存儲(chǔ)文件哈希值,需要獲取具體數(shù)據(jù)時(shí),節(jié)點(diǎn)可根據(jù)哈希值從對(duì)應(yīng)的IPFS文件中獲取。
非對(duì)稱(chēng)加密技術(shù)的加密解密主要靠密鑰實(shí)現(xiàn)。本系統(tǒng)中主管理節(jié)點(diǎn)為其它節(jié)點(diǎn)生成分發(fā)密鑰對(duì),區(qū)塊鏈各個(gè)節(jié)點(diǎn)的賬號(hào)是其公鑰,對(duì)驗(yàn)證信息進(jìn)行簽名時(shí)使用私鑰。公鑰加密的信息只能用私鑰解密,用戶(hù)的保密信息僅對(duì)主管理節(jié)點(diǎn)可見(jiàn)。
追溯功能是基于區(qū)塊鏈的串聯(lián)結(jié)構(gòu)加以實(shí)現(xiàn)的,每一個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)塊的哈希值在前一區(qū)塊和后一區(qū)塊中都有顯示,數(shù)據(jù)一旦上鏈就不能篡改。所有通過(guò)CA認(rèn)證的節(jié)點(diǎn)都可以隨時(shí)在信息平臺(tái)對(duì)預(yù)警信息進(jìn)行查詢(xún),主管理節(jié)點(diǎn)可以實(shí)現(xiàn)追溯功能。突發(fā)事件控制后還可利用區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)可追溯的特點(diǎn),對(duì)監(jiān)測(cè)預(yù)警的整個(gè)過(guò)程進(jìn)行積極總結(jié)。
根據(jù)區(qū)塊鏈技術(shù)的特點(diǎn)和預(yù)警信息系統(tǒng)的功能目標(biāo),本系統(tǒng)運(yùn)作的主要流程包括征兆信息收集、征兆信息分析、預(yù)警信息發(fā)布,具體如圖4所示。
圖4 突發(fā)事件預(yù)警信息系統(tǒng)運(yùn)作流程
在征兆信息收集階段,通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備等設(shè)施對(duì)災(zāi)害易發(fā)生的關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè),將獲取的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在災(zāi)害案例庫(kù)中。通過(guò)深度學(xué)習(xí)算法對(duì)案例庫(kù)中所有信息進(jìn)行處理,提取出導(dǎo)致災(zāi)害發(fā)生的關(guān)鍵信息。區(qū)塊鏈中的普通節(jié)點(diǎn)發(fā)起關(guān)鍵信息申請(qǐng)上鏈交易,管理節(jié)點(diǎn)對(duì)普通節(jié)點(diǎn)的身份及交易的合法性進(jìn)行驗(yàn)證,如果驗(yàn)證通過(guò),此關(guān)鍵信息將被發(fā)送至背書(shū)節(jié)點(diǎn)。
在征兆信息分析階段,背書(shū)節(jié)點(diǎn)在收到交易后,利用CA認(rèn)證機(jī)制驗(yàn)證普通節(jié)點(diǎn)簽名及交易的合法性;然后調(diào)用智能合約進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)算,如果此關(guān)鍵信息交易的預(yù)警值超過(guò)一定閥值,則自動(dòng)進(jìn)行報(bào)警響應(yīng),即背書(shū)節(jié)點(diǎn)將預(yù)警信息申請(qǐng)上鏈的交易添加上數(shù)字簽名發(fā)送至管理節(jié)點(diǎn)。
在預(yù)警信息發(fā)布階段,管理節(jié)點(diǎn)收到背書(shū)響應(yīng)后先對(duì)背書(shū)節(jié)點(diǎn)簽名和背書(shū)結(jié)果一致性進(jìn)行驗(yàn)證,然后將此段時(shí)間背書(shū)結(jié)果發(fā)送給排序節(jié)點(diǎn)。排序節(jié)點(diǎn)在收到交易后按時(shí)間順序?qū)⒋硕蔚乃薪灰走M(jìn)行排序,并打包發(fā)送至確認(rèn)節(jié)點(diǎn)。確認(rèn)節(jié)點(diǎn)在進(jìn)行驗(yàn)證后會(huì)將排序節(jié)點(diǎn)打包的區(qū)塊廣播給所有記賬節(jié)點(diǎn),同時(shí)受主管理節(jié)點(diǎn)監(jiān)督。
“7·20”河南鄭州特大暴雨災(zāi)害(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“7·20”災(zāi)害)是一場(chǎng)多災(zāi)并發(fā)、造成重大人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失的特別重大自然災(zāi)害。對(duì)其預(yù)警涉及主體、環(huán)節(jié)眾多,本文以“7·20”災(zāi)害中郭家咀水庫(kù)漫頂險(xiǎn)情為例,論證基于區(qū)塊鏈的突發(fā)事件預(yù)警信息系統(tǒng)的科學(xué)性與可行性。
在“7·20”災(zāi)害預(yù)警鏈中,主管理節(jié)點(diǎn)由國(guó)家防總、應(yīng)急管理部、河南省政府、河南省防指、河南省應(yīng)急管理廳組成。管理節(jié)點(diǎn)由鄭州市政府、市防指、應(yīng)急管理局組成。普通節(jié)點(diǎn)由市氣象、水利、城管、通信、宣傳等部門(mén)、社區(qū)組織、公眾組成。該鏈網(wǎng)通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)部署,新的區(qū)塊鏈節(jié)點(diǎn)注冊(cè)認(rèn)證成功后接入鏈中。已建成的系統(tǒng)利用SDK和API技術(shù)接入?yún)^(qū)塊鏈平臺(tái),實(shí)現(xiàn)各機(jī)構(gòu)災(zāi)情信息共享?;趨^(qū)塊鏈的“7·20”災(zāi)害預(yù)警信息系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖5所示。
圖5 基于區(qū)塊鏈的"7.20"災(zāi)害預(yù)警信息系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)
在鄭州市洪澇歷史案例庫(kù)中利用深度學(xué)習(xí)算法和故障樹(shù)分析法對(duì)有關(guān)郭家咀水庫(kù)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,將水庫(kù)災(zāi)害作為頂事件,分析造成頂事件的因果邏輯關(guān)系,用Xi表示底事件,并統(tǒng)計(jì)頂事件發(fā)生的概率,繪出郭家咀水庫(kù)洪災(zāi)的故障樹(shù)和警度表,如圖6和表1所示。
表1 郭家咀水庫(kù)洪災(zāi)預(yù)警
通過(guò)國(guó)家應(yīng)急管理部官網(wǎng)、中國(guó)知網(wǎng)等途徑收集到“7·20”災(zāi)害中郭家咀水庫(kù)漫頂險(xiǎn)情的相關(guān)數(shù)據(jù)信息[22-23]。a.2021年7月20日6時(shí)鄭州市小時(shí)降雨量為20mm,氣象部門(mén)發(fā)布暴雨紅色預(yù)警,郭家咀水庫(kù)水位正常。b.7月20日17時(shí)鄭州市小時(shí)降雨量為201.9mm,突破歷史極值, 水庫(kù)水位達(dá)汛期限制水位158m。c.7月20日20時(shí)鄭州市小時(shí)降雨量為21mm,水位離壩頂只有2m,仍繼續(xù)上漲。d.7月21日0時(shí)40分,郭家咀水庫(kù)發(fā)生漫壩,造成重大經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)影響。利用故障樹(shù)分析法和灰色關(guān)聯(lián)理論,請(qǐng)相關(guān)專(zhuān)家對(duì)郭家咀水庫(kù)6時(shí)、17時(shí)、20時(shí)的12個(gè)底事件Xi的不可靠概率進(jìn)行打分,按照公式(1)(2)算出各底事件的重要度Ij,和關(guān)聯(lián)度ri。按照公式(4)計(jì)算出3個(gè)時(shí)刻的預(yù)警值(見(jiàn)表2)。根據(jù)搜集到的“7·20”災(zāi)害資料[23]顯示7月20日6時(shí)氣象部門(mén)發(fā)布了暴雨紅色預(yù)警,但庫(kù)水位正常,安排了專(zhuān)人密切關(guān)注水位變化,屬基本安全狀態(tài);17時(shí)水庫(kù)水位達(dá)汛期限制水位158m,水位上漲迅猛,屬危險(xiǎn)狀態(tài);20時(shí)水位離壩頂只有2m, 仍繼續(xù)上漲,經(jīng)會(huì)商要采取臨時(shí)開(kāi)挖泄洪通道措施,屬非常危險(xiǎn)狀態(tài)。由表1與表2綜合可知,該區(qū)塊鏈預(yù)警信息系統(tǒng)得出的預(yù)警結(jié)果與實(shí)際情況吻合,表明此系統(tǒng)在突發(fā)事件預(yù)警中具有有效性,可以對(duì)不同的警情進(jìn)行準(zhǔn)確評(píng)估,為應(yīng)急管理提供決策支持。
表2 預(yù)警結(jié)果
在傳統(tǒng)的突發(fā)事件預(yù)警信息系統(tǒng)中,不同災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)間由于數(shù)據(jù)格式不一致無(wú)法進(jìn)行互聯(lián)互通;公眾只是被動(dòng)接收預(yù)警信息,雙向溝通程度不足。而本系統(tǒng)使多元主體通過(guò)聯(lián)盟鏈鏈接起來(lái),使已建成的各機(jī)構(gòu)系統(tǒng)接入主鏈中,打破信息孤島,使征兆信息收集的覆蓋面擴(kuò)大,避免遺漏一些不顯著線(xiàn)索,為科學(xué)預(yù)警提供有效支持。
在傳統(tǒng)的突發(fā)事件預(yù)警信息系統(tǒng)中,數(shù)據(jù)是單鏈?zhǔn)娇v向傳輸,任何層級(jí)出現(xiàn)延遲或故障都將影響數(shù)據(jù)質(zhì)量和分析結(jié)果;對(duì)突發(fā)事件的預(yù)警需要人工甄別和上報(bào),存在人為決策現(xiàn)象。而本系統(tǒng)利用智能合約技術(shù),實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化閥值判斷,同時(shí)結(jié)合專(zhuān)家節(jié)點(diǎn)打分,可使預(yù)警更高效、精準(zhǔn)。
在傳統(tǒng)的突發(fā)事件預(yù)警信息系統(tǒng)中,信息需要逐級(jí)審核才能傳輸完成;物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備呈中心化管理,接入設(shè)備增多運(yùn)載性能將會(huì)降低。而本系統(tǒng)利用P2P分布式組網(wǎng)技術(shù)、密碼學(xué)技術(shù),可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)安全傳輸,節(jié)約時(shí)間成本;采用IPFS分布式存儲(chǔ)方案,可有效存儲(chǔ)海量信息并減輕鏈上存儲(chǔ)負(fù)擔(dān),信息獲取方便,系統(tǒng)運(yùn)行速度更快。
本文通過(guò)引入?yún)^(qū)塊鏈技術(shù),利用灰色關(guān)聯(lián)故障樹(shù)分析法編制智能合約,利用分布式賬本、共識(shí)機(jī)制、非對(duì)稱(chēng)加密等核心技術(shù)鏈接起突發(fā)事件監(jiān)測(cè)預(yù)警多元主體,并以“7·20”災(zāi)害為實(shí)證,形成了數(shù)據(jù)信息的協(xié)同共享,實(shí)現(xiàn)了災(zāi)害自動(dòng)監(jiān)測(cè)預(yù)警,構(gòu)建了滿(mǎn)足現(xiàn)代化應(yīng)急管理需求的突發(fā)事件預(yù)警信息系統(tǒng),有效解決了現(xiàn)有預(yù)警系統(tǒng)存在的條塊壁壘、信息冗余、程序遲滯等問(wèn)題,有助于提升全社會(huì)防災(zāi)減災(zāi)能力,為推進(jìn)“共建共治共享”新治理格局形成奠定基礎(chǔ)。
本研究主要論述了基于區(qū)塊鏈的突發(fā)事件預(yù)警信息系統(tǒng)的架構(gòu)、運(yùn)行機(jī)制及主要流程。下一步將通過(guò)編程對(duì)系統(tǒng)原型進(jìn)行具體實(shí)現(xiàn),并增加樣本量對(duì)本文提出的模型進(jìn)行模擬測(cè)試。