區(qū)塊鏈技術(shù)在氣象業(yè)務(wù)服務(wù)中的應(yīng)用

李寶華 達海鈺 馬守存 馬玉芳 鄭 玲 周 丹

（青海省氣象服務(wù)中心，青海西寧 810000）

區(qū)塊鏈?zhǔn)前殡S比特幣產(chǎn)生的一種新技術(shù)，繼人工智能、大數(shù)據(jù)和物聯(lián)網(wǎng)，區(qū)塊鏈技術(shù)被稱為能推動第五次科技技術(shù)革命的重要技術(shù)。區(qū)塊鏈3.0階段，應(yīng)用范圍從最初的金融領(lǐng)域延伸到更多行業(yè)領(lǐng)域[1]，在生態(tài)保護、精準(zhǔn)扶貧、商貿(mào)零售、智能制造、醫(yī)療健康、企業(yè)融資等方面打破了傳統(tǒng)方式的技術(shù)壁壘和影響弊端，“區(qū)塊鏈+”成為新的流行趨勢，激發(fā)了創(chuàng)新活力和探索空間，未來經(jīng)過不斷的技術(shù)完善和發(fā)展研究，區(qū)塊鏈能重塑很多行業(yè)的發(fā)展模式和人們的生活方式[2]。

區(qū)塊鏈的優(yōu)勢在于創(chuàng)建一個信任的集體業(yè)務(wù)流程，因為沒有一個企業(yè)是可以孤立運作的，多個組織機構(gòu)合作取得的效果大于任何一個組織機構(gòu)單打獨斗。通過集體知識來制定規(guī)則，能大大提升效益，而在氣象領(lǐng)域部門間的聯(lián)動機制尤為重要，縱向有國家級氣象局和各省、市（州）、縣三級業(yè)務(wù)往來，橫向有公眾氣象服務(wù)、水文、生態(tài)、能源和政府決策部門等合作機制，因而“區(qū)塊鏈+氣象”是氣象領(lǐng)域的一大機遇和挑戰(zhàn)。

1 區(qū)塊鏈技術(shù)簡介

1.1 區(qū)塊鏈技術(shù)特點

區(qū)塊鏈技術(shù)并不是簡單的一種技術(shù)，而是一系列的技術(shù)組合，簡單而言就是一個分布式的公共記賬本，這個賬本由各個區(qū)塊“鏈”在一起[3]。在傳統(tǒng)記賬系統(tǒng)中，記賬權(quán)掌握在中心服務(wù)器中，而在“區(qū)塊鏈”這個賬本中，鏈條上的每一個點都能在上面記錄信息，構(gòu)成點對點的記賬系統(tǒng)，每個節(jié)點各司其職、互不干擾，這種中心多元化的特質(zhì)也就是去中心化的特質(zhì)，是區(qū)塊鏈的核心屬性之一，是最根本的特征保證。此外，還包括不可篡改、全程留痕、可以溯源、公開透明、互相信任的特征。其關(guān)鍵技術(shù)包括P2P動態(tài)組網(wǎng)、點對點通信、密碼學(xué)、共享賬本、共識機制、智能合約、區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等。由此可見，區(qū)塊鏈并不能簡單地被認為是一種技術(shù)，而是一系列的技術(shù)組合。

1.2 區(qū)塊鏈技術(shù)發(fā)展的戰(zhàn)略意義

2019年10月24日，在中共中央政治局第十八次集體學(xué)習(xí)中，習(xí)近平總書記指出：發(fā)展區(qū)塊鏈技術(shù)，是技術(shù)創(chuàng)新的突破，要加強區(qū)塊鏈標(biāo)準(zhǔn)化研究，提升國際話語權(quán)和規(guī)則制定權(quán)，要推動區(qū)塊鏈和實體經(jīng)濟深度融合；要把依法治網(wǎng)落實到區(qū)塊鏈管理中，推動區(qū)塊鏈安全有序發(fā)展。區(qū)塊鏈未來發(fā)展?jié)摿薮螅哂袀鹘y(tǒng)技術(shù)架構(gòu)不可比擬的優(yōu)勢，是一種新的思維和技術(shù)，建立了一種可被量化的新的信任方式，區(qū)塊鏈成為下一個信任的基石，靠的不是信譽，而是技術(shù)，對于監(jiān)管體系的變革和創(chuàng)新有重要意義。

2 區(qū)塊鏈技術(shù)與氣象領(lǐng)域融合

2.1 區(qū)塊鏈與氣象數(shù)據(jù)存儲

現(xiàn)有的氣象數(shù)據(jù)存儲有很多不便之處：一是氣象數(shù)據(jù)量龐大，但是數(shù)據(jù)存儲分散，很多數(shù)據(jù)不能被充分利用，減少了數(shù)據(jù)自身的價值可能性；二是中央服務(wù)器控制數(shù)據(jù)的傳遞和存儲，中心化存儲負擔(dān)大，服務(wù)器容易受到黑客攻擊或者發(fā)生斷電等，嚴重影響氣象業(yè)務(wù)使用，造成秩序混亂；三是氣象數(shù)據(jù)的共享和流通性較差，難以實現(xiàn)數(shù)據(jù)流通價值。

首先，區(qū)塊鏈技術(shù)中的分布式記賬技術(shù)在很大程度上能優(yōu)化現(xiàn)有的氣象數(shù)據(jù)存儲和傳輸功能[3]。分布式記賬，即交易記賬是由分布在不同地方的多個節(jié)點共同完成，每一個節(jié)點記錄的都是完整的賬本，節(jié)點之間是平等的地位，不是多副本模式，而是更先進的編碼模式，可以互相監(jiān)督，節(jié)點越多，存儲成本越低，可避免一方節(jié)點被破壞或篡改所帶來的負面影響，保證了數(shù)據(jù)的安全性和可靠性，異地容災(zāi)性更強，單在這一點上，區(qū)塊鏈的存儲性能就比云存儲具有巨大優(yōu)勢。其次，區(qū)塊鏈對降低數(shù)據(jù)的重復(fù)率有良好的性能。數(shù)據(jù)去重能將成本降低5～10倍[4]，加之每個存儲節(jié)點的建設(shè)成本較低，可操作性較強。最后，區(qū)塊鏈在信任、共識和數(shù)據(jù)隱私保護的前提下，可以實現(xiàn)鏈上多方協(xié)作的數(shù)據(jù)計算，有望解決“數(shù)據(jù)孤島”和“數(shù)據(jù)壟斷”的問題，實現(xiàn)氣象數(shù)據(jù)的高效應(yīng)用和流通價值[5]。

2.2 區(qū)塊鏈和氣象預(yù)警發(fā)布

傳統(tǒng)的氣象預(yù)警信息短信表面上看是按了“發(fā)布”鍵，就能到公眾手機里，實際上在這期間后臺的中央服務(wù)器發(fā)揮了關(guān)鍵作用，預(yù)警信息要先到中央服務(wù)器，經(jīng)過服務(wù)器確認處理，再傳送到公眾的手機里（圖1）。顯而易見，一旦中央服務(wù)器出現(xiàn)故障，發(fā)布流程就會處于癱瘓狀態(tài)，無法及時傳送氣象預(yù)警信息。區(qū)塊鏈的點對點技術(shù)通過多節(jié)點復(fù)制數(shù)據(jù)，有防故障功能，并不需要依靠一個中央服務(wù)器來傳送數(shù)據(jù)，比如節(jié)點A和節(jié)點B可以直接通信，并不需要第三方服務(wù)器[6]。這種節(jié)點之間是平等的，并沒有服務(wù)器和客戶端的概念，交易的節(jié)點會記錄整個過程（圖2），對于預(yù)警信息發(fā)布的及時性和節(jié)約成本有重要意義[7]，在重大氣象災(zāi)害中追究社會責(zé)任時，可以追溯是否是因為氣象預(yù)警信息的遲發(fā)或者漏發(fā)導(dǎo)致人員傷亡或經(jīng)濟損失。

2.3 區(qū)塊鏈與氣象軟件、硬件維護

氣象軟件、硬件設(shè)備的維護保障作業(yè)對于數(shù)據(jù)的可靠性和安全性至關(guān)重要[8]，而像大氣本底監(jiān)測儀器、天氣雷達、氣象衛(wèi)星等設(shè)備的維護保養(yǎng)耗時較長，成本較高，利用區(qū)塊鏈技術(shù)，可將氣象設(shè)備的生產(chǎn)廠家、采購過程、安裝過程、維護過程進行整合和追溯，真正實現(xiàn)一設(shè)備一碼的全流程溯源，顯著提升效率。氣象業(yè)務(wù)人員通過掃描二維碼，便可了解該設(shè)備的產(chǎn)地、廠家、型號、維養(yǎng)過程等。

例如，位于青海省海南藏族自治州共和縣的瓦里關(guān)大氣本底基準(zhǔn)觀測站的大氣成分觀測儀器自身價值較高，一旦遇到雷擊等導(dǎo)致較大損壞，維修過程較為艱難，整個過程需要耗時1周甚至1個月，成本大、耗時長、儀器容易磨損，對于大氣監(jiān)測數(shù)據(jù)的安全性也是很大的挑戰(zhàn)。部分原因可歸咎于設(shè)備維修信息并沒有數(shù)字信息化，基于競爭保護等原因，廠家不愿意共享維修知識。

利用區(qū)塊鏈的確權(quán)和獎勵機制，鼓勵知識共享，將已處理的工單標(biāo)識和維修記錄數(shù)據(jù)對應(yīng)存儲在區(qū)塊鏈，當(dāng)維修記錄數(shù)據(jù)被引用時，給予廠家相應(yīng)的獎勵，氣象保障人員根據(jù)記錄，就近購買相符的零部件，在零部件廠家的協(xié)助下完成修理過程，最后把此次修理交易過程記錄在區(qū)塊鏈上，記上時間戳，以此建立一個公開信任的時間溯源機制，為交易的參與者提供了低成本、高效益的溝通方式。在區(qū)塊鏈不同節(jié)點上，從申購、采購、維護到最后的資產(chǎn)處理都有實時動態(tài)信息，促進了各方的信任關(guān)系和高效協(xié)同。

2.4 打通交通氣象一張網(wǎng)

現(xiàn)有的交通氣象服務(wù)由氣象服務(wù)中心開展，全省共有39個交通氣象站，氣象服務(wù)中心向交通部門提供不同時次的精細化網(wǎng)格天氣預(yù)報、實況監(jiān)測信息以及災(zāi)害性天氣預(yù)報預(yù)警，在重大活動保障中提供更為精細的路段反衍天氣產(chǎn)品。這種單向的氣象服務(wù)方式存在一些弊端，如無法真正了解交通部門的氣象需求，很難開展隧道、坡道、轉(zhuǎn)彎、道路不平整等交通事故易發(fā)點精細化的氣象服務(wù)。利用區(qū)塊鏈的聯(lián)盟鏈，建立一個操作性強、信任度高、開放、共享的交通氣象應(yīng)用場景，將氣象信息和交通信息接口錄入?yún)^(qū)塊鏈系統(tǒng)，包括實時路況監(jiān)測視頻、高危路段信息等，在線統(tǒng)籌各類交通信息和氣象信息，融合分析，通過業(yè)務(wù)建模和大數(shù)據(jù)分析，監(jiān)測惡劣天氣發(fā)生時間和重點關(guān)注事故高發(fā)路段，繼而啟動惡劣天氣預(yù)報預(yù)警系統(tǒng)。交通部門將第一時間看到氣象預(yù)警信息，同時系統(tǒng)自動提示交通部門進行交通管制或者路面融雪作業(yè)，從而大大縮短了信息時間差，最大程度地發(fā)揮氣象職能。

未來的“區(qū)塊鏈+交通氣象服務(wù)”建立在強大的物聯(lián)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上，不僅需要加密自動化交通氣象站，而且在智慧公路發(fā)展的背景下，應(yīng)建設(shè)公路電子信息顯示屏、融雪劑自動噴淋設(shè)備等，加快建設(shè)基礎(chǔ)設(shè)施。此外，利用區(qū)塊鏈中的線上交易，鼓勵公眾主動上傳所在地的惡劣天氣圖片和視頻，以此得到相應(yīng)的數(shù)字貨幣，實現(xiàn)氣象、公眾和交通三合一的高覆蓋率、網(wǎng)格精細化、高效率公路作業(yè)的交通氣象服務(wù)。

2.5 區(qū)塊鏈和氣象保險問題

天氣和氣候?qū)r(nóng)作物生長和畜牧業(yè)發(fā)展有極為重要的影響，設(shè)施農(nóng)業(yè)、大田經(jīng)濟作物和牛羊養(yǎng)殖方面的氣象保險較為廣泛。傳統(tǒng)的氣象保險有2個特點，一是需要經(jīng)過第三方平臺，二是理賠等待時間長。以一次重大暴雨災(zāi)害保險的作業(yè)流程為例，客戶投保后，保險公司的調(diào)查人員須實地考察農(nóng)戶的作物或者牲畜，并詳細登記在冊，以防客戶的騙保行為；當(dāng)暴雨導(dǎo)致受保對象遭受損失時，用戶想要理賠，需要先申請，提交各種資料，保險公司需要向氣象部門開具暴雨氣象證明，還應(yīng)實地調(diào)查事件的真實性，用戶才能拿到理賠金。這種氣象保險理賠模式存在很多盲點，投保和理賠的時間比較長，定責(zé)困難，整個過程會受到人為因素的干擾，容易導(dǎo)致雙方陷入不信任狀態(tài)。

引入?yún)^(qū)塊鏈技術(shù)，能有效解決傳統(tǒng)氣象保險的理賠痛點[9]，可以省略很多步驟，并且不需要人工調(diào)查。保險作業(yè)流程簡化為：最初的保險受理階段，在區(qū)塊鏈上錄入三方數(shù)據(jù)，包括保險公司的理賠標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范等詳細信息、客戶的受保對象詳細信息以及氣象基本信息和氣象災(zāi)害標(biāo)準(zhǔn)等；利用分布式記賬技術(shù)將單位面積種植地或者每只牲畜進行數(shù)字化，將真實的信息鏈接在節(jié)點上，且不可篡改，一旦因為氣象災(zāi)害造成損失時，在保險公司和客戶的雙方監(jiān)督下，將文字和視頻信息上傳到區(qū)塊鏈的定損節(jié)點上，定損環(huán)節(jié)不再受人為影響，由區(qū)塊鏈在智能合約的基礎(chǔ)上，根據(jù)氣象信息、受損程度自動驗證進行，核驗后滿足條件即可自動發(fā)放理賠款，完成理賠過程。

區(qū)塊鏈在氣象保險業(yè)務(wù)中，能夠塑造公開、透明、高效、信任的新型投保、理賠模式，可以更好地開發(fā)保險產(chǎn)品的彈性，從而提高保險公司的資金配置效率和賠付精準(zhǔn)度。

3 區(qū)塊鏈在氣象領(lǐng)域應(yīng)用的挑戰(zhàn)

3.1 區(qū)塊鏈技術(shù)的成熟度

雖然區(qū)塊鏈技術(shù)在部分行業(yè)中得到試用，取得了不錯的效果，但是受政策監(jiān)管、技術(shù)研究、人才需求等影響，區(qū)塊鏈技術(shù)仍處在不斷探索前進的階段，技術(shù)框架不夠成熟，大面積推廣及應(yīng)用面臨很多挑戰(zhàn)。例如如何建立信任機制，如何達成網(wǎng)絡(luò)共識，如何實現(xiàn)一個足夠大的區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)規(guī)模等。

3.2 傳統(tǒng)“信任”和區(qū)塊鏈技術(shù)的碰撞

傳統(tǒng)的觀念里靠信譽取得信任，而在區(qū)塊鏈中靠技術(shù)來實現(xiàn)信任關(guān)系。但是，公眾對區(qū)塊鏈帶來的社會影響認識不深，只局限于數(shù)字貨幣，缺乏更深刻的認知和思考。區(qū)塊鏈帶來的改變可能是革命性的創(chuàng)新，其完全基于規(guī)則、公開透明、沒有欺詐的特點值得深思和重視。

4 結(jié)論

區(qū)塊鏈作為一種極富有創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)性的前沿技術(shù)，對氣象領(lǐng)域的現(xiàn)代化建設(shè)和智慧氣象發(fā)展產(chǎn)生了長足意義，不僅能在氣象數(shù)據(jù)存儲、氣象預(yù)警信息發(fā)布、行業(yè)氣象服務(wù)、氣象設(shè)備與維護和氣象保險問題中發(fā)揮優(yōu)勢，未來還能在氣象政務(wù)、氣候驗證等多個領(lǐng)域大大精簡辦事流程，提高辦事效率。與此同時，我們應(yīng)加深對區(qū)塊鏈的理解，不斷思考和探索區(qū)塊鏈和氣象融合帶來的機遇和挑戰(zhàn)。