基于區(qū)塊鏈技術的輻射事故應急管理系統(tǒng)設計

吳明明 趙琛 鄒斌 汪明輝 袁夢揚

摘? 要：放射性設備的應用發(fā)展導致輻射事故增多，對環(huán)境和公眾健康產生威脅，需建立高效可靠的輻射事故應急管理體系。傳統(tǒng)輻射事故應急管理系統(tǒng)存在數(shù)據孤島、信息不透明等問題，而基于區(qū)塊鏈技術的輻射事故應急管理系統(tǒng)具有去中心化、數(shù)據不可篡改、高度安全等特性，可實現(xiàn)應急響應流程自動化和智能化，提高響應速度和效果。區(qū)塊鏈技術在輻射事故應急管理系統(tǒng)中的應用可有效解決傳統(tǒng)管理系統(tǒng)存在的問題，提高管理效率和效果，為保障環(huán)境和公眾健康提供技術支持。

關鍵詞：區(qū)塊鏈技術；輻射事故；應急管理；數(shù)據共享；信息安全

中圖分類號：TN919? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2095-2945（2024）19-0047-04

Abstract： The application and development of radioactive equipment leads to the increase of radiation accidents， which poses a threat to the environment and public health， so it is necessary to establish an efficient and reliable emergency management system for radiation accidents. There are some problems in the traditional radiation accident emergency management system， such as data isolated island， information opacity and so on， while the radiation accident emergency management system based on block chain has the characteristics of decentralization， data can not be tampered with， high security and so on. It can realize the automation and intelligence of emergency response process， and improve the response speed and effect. The application of blockchain technology in radiation accident emergency management system can effectively solve the problems of traditional management system， improve management efficiency and effectiveness， and provide technical support for the protection of environment and public health.

Keywords： blockchain technology; radiation accident; emergency management; data sharing; information security

隨著放射性設備的發(fā)展應用，輻射事故的發(fā)生概率逐漸增加。輻射事故具有突發(fā)性、危害大等特點，對環(huán)境和公眾健康構成嚴重威脅[1]。因此，建立一套高效、可靠的輻射事故應急管理體系至關重要。傳統(tǒng)的輻射事故應急管理存在數(shù)據孤島等問題，難以滿足現(xiàn)代應急管理的需求[2]。區(qū)塊鏈技術作為一種新興的信息技術，具有去中心化、數(shù)據不可篡改等特性，為解決這些問題提供了新的思路。

1? 輻射事故應急管理領域問題的提出

1.1? 輻射事故保障隊伍

近年來，隨著核能技術的快速發(fā)展和國際核事故的頻發(fā)，輻射事故應急管理隊伍存在的問題和不足逐漸顯現(xiàn)出來。核應急保障隊伍的建設一直備受關注。目前，各省市所具有的放射性設施不斷增加，但相應的應急管理人員數(shù)量卻未能跟上，這導致在應對輻射事故時，人員調配困難，無法及時有效地開展應急處置工作[3]。此外，現(xiàn)有應急管理人員中，具備專業(yè)知識和經驗的人員比例不高，這在一定程度上影響了應急處置的效果。

1.2? 輻射事故物資管理

輻射事故屬于概率性很小的偶發(fā)性事故，故應急管理隊伍的裝備設施的資金投入與實際需求相比往往存在一定差距[3]。同時，由于很多物資經常應用于應急演練、日常訓練，出現(xiàn)部分裝備老化、更新不及時，導致在應對突發(fā)事件時，裝備保障能力不足。此外，部分裝備的配置也不盡合理，無法滿足多樣化的應急處置需求。

1.3? 輻射事故通信

輻射事故應急管理隊伍的協(xié)調聯(lián)動機制有待完善。在應對核事故等突發(fā)事件時，需要多個部門、多方力量協(xié)同作戰(zhàn)[4]。然而，輻射事故應急管理隊伍作為各省市環(huán)保局下的一個小分支，與相關部門的協(xié)調聯(lián)動不夠順暢，信息傳遞存在延時，導致應急處置效率低下。此外，其與周邊省市的輻射事故應急管理機構也缺乏有效的溝通與協(xié)作，未能形成有效的區(qū)域聯(lián)防體系。

1.4? 輻射事故安全管理

輻射技術應用日益拓展，但輻射安全監(jiān)管任務日益繁重，人員匱乏，嚴重影響了工作的正常開展[5]。輻射安全監(jiān)管力量不夠，特別是在縣（市、區(qū)）級，輻射監(jiān)管能力建設薄弱，人員變動頻繁，人員少、兼職多，缺少監(jiān)測技術人員、車輛、設備，日常監(jiān)測工作未能有效開展，現(xiàn)場監(jiān)管能力嚴重缺少，監(jiān)管人員防護設備亟待完備，現(xiàn)有監(jiān)管人員管理素質亟待提高。另外，地級市的現(xiàn)有監(jiān)測設備無法滿足開展土地、空氣、水體等輻射環(huán)境項目監(jiān)測的要求，放射性物品運輸監(jiān)管、放射性廢物品安全處置的監(jiān)管、事故預警和應急處置等方面能力也需進一步提高。

2? 基于區(qū)塊鏈的輻射事故應急管理系統(tǒng)方案設計

2.1? 總體架構設計

利用區(qū)塊鏈技術構建輻射事故應急管理系統(tǒng)整體運行機構，如圖1所示。

輻射事故應急管理系統(tǒng)是一個復雜的系統(tǒng)，涉及多個部門、多方利益相關者，以及大量的數(shù)據和信息。通過區(qū)塊鏈技術，可以將各個部門的相關信息作為節(jié)點記錄在鏈上，保持信息互通，實現(xiàn)信息的透明化和可追溯性，減少了信息傳遞的延誤和誤差，解決了信息的孤島現(xiàn)象，而且由于數(shù)據存儲在去中心化的協(xié)作平臺中，有效地保障了記錄數(shù)據的可靠性，避免了數(shù)據丟失和損壞，即便一方數(shù)據缺失也可從平臺快速恢復數(shù)據。地質、水利、氣象和環(huán)境部門等相關組織機構構建成一個輻射監(jiān)測區(qū)塊鏈網絡，在監(jiān)測區(qū)塊鏈網絡中，各部門針對性地采集監(jiān)測輻射數(shù)據，并將各自現(xiàn)有的輻射信息系統(tǒng)同步到區(qū)塊鏈網絡中，確保各部門實時、全面地共享檢測輻射數(shù)據，提供更加全面、準確的數(shù)據支持。當監(jiān)測到輻射數(shù)據異?；蜉椛涫鹿拾l(fā)生時，融合安監(jiān)部門把涉及的各部門拉入形成一個應急區(qū)塊鏈網，實現(xiàn)應急響應流程的自動化和智能化，提高響應速度和效果。例如，利用智能合約等技術，可以快速觸發(fā)應急響應機制，自動分配資源和人力，實現(xiàn)快速響應。

系統(tǒng)整體功能如圖2所示。

資源信息管理：可以實時查詢和創(chuàng)建各類應急資源信息，如救援隊伍、醫(yī)療設備、防護裝備等，確保應急響應的高效性和資源調度的準確性。

任務信息管理：可以實時查詢、創(chuàng)建、更新應急響應任務，如現(xiàn)場調查、傷員救治、污染控制等，確保應急響應的有序性和任務執(zhí)行的時效性。

事故信息管理：可以實時查詢和上報輻射事故信息，如事故發(fā)生時間、地點、規(guī)模和影響范圍等，確保應急響應的針對性和事故處理的及時性。

事后信息溯源：可以追溯任務信息和事故信息的歷史記錄，如任務執(zhí)行過程、事故處理過程等，有助于分析事故原因、評估應急響應效果、改進應急管理策略。

2.2? 輻射事故應急處理流程

在傳統(tǒng)的應急管理系統(tǒng)中，發(fā)生事故時往往采用層層匯報的方式來開展，上層組織召集各方部門，協(xié)調各方資源后再安排輻射事故應急處理任務。由于輻射事故的特殊性，當發(fā)生輻射事故時，如未及時開展應急處置，很容易造成輻射擴散，成倍增加輻射風險，加大輻射事故應急處置難度。通過區(qū)塊鏈，輻射事故應急小組和平臺信息發(fā)布人員可直接溝通協(xié)調，不需要層層匯報來解決問題，有效提高了輻射事故應急工作的效率，并讓各項資源得到了充分利用。輻射事故發(fā)布和處理流程如圖3所示。

當發(fā)生輻射事故時，政府或相關各個部門召開輻射事故應急處理會議，并執(zhí)行應急小組、資源等的分配，將當前輻射應急小組的人員信息、擁有的應急資源信息記錄上鏈。根據輻射事故的類型、地點等信息，制訂好相應的處置計劃，啟動應急預案，并將執(zhí)行的輻射應急小組信息、任務執(zhí)行內容、所需的輻射應急裝備資源信息等完成上鏈，信息錄入者的信息在該過程也會同步記錄，以備后續(xù)溯源。輻射應急小組、指揮人員、各相關部門可實時查看正在執(zhí)行的任務信息，當任務執(zhí)行完成后，該輻射應急小組即處于待命狀態(tài)，可加入新的應急任務。如果后續(xù)需要更新輻射事故或者出現(xiàn)了新的輻射事故，用戶可將輻射具體情況、發(fā)生地點等信息上鏈。主要的輻射事故應急處理流程如圖4所示。

2.3? 輻射事故管理文件存儲

帶輻射的裝置或設備的應用管理非常嚴格，相關管理文件均需進行記錄存儲，對于輻射事故的管理文件亦是如此。區(qū)塊鏈存儲有著很多傳統(tǒng)的中心化存儲沒有的優(yōu)勢，比如提高了數(shù)據共享度、防止數(shù)據被刪除篡改、提高了信息溯源的準確性。輻射事故應急處理過程中，需隨時進行相關信息，如文件、文字、圖片和視頻等各類信息的上鏈，大量的上鏈信息會帶來節(jié)點存儲壓力，因此區(qū)塊鏈節(jié)點不適合存儲這類文件。通過鏈與脫鏈相結合的方式來存儲，有效避免對數(shù)據信息的讀寫和數(shù)據庫性能的影響。

在文件存儲完成后，為確保文件的完整性和安全性，防止文件被篡改或丟失，將文件的存儲路徑和文件哈希值記錄在區(qū)塊鏈中。文件的存儲路徑和文件哈希值可以作為數(shù)據源頭的證明，當需要對輻射事故數(shù)據進行追溯時，可以通過區(qū)塊鏈中的記錄，找到原始的數(shù)據文件和存儲路徑，從而確保數(shù)據的準確性和可靠性。后續(xù)需要溯源時，僅需通過查詢該文件在區(qū)塊鏈中對應的存儲地址，去服務器中查找文件，通過計算文件的哈希值與區(qū)塊鏈中存儲的哈希值對比，來判斷原文件是否可靠[6]。文件服務器的建立過程如圖5所示。

2.4? 輻射事故信息與任務信息溯源

在輻射事故數(shù)據的溯源中，若發(fā)現(xiàn)信息上傳錯誤或發(fā)布謠言，可通過溯源來核實信息真?zhèn)?，刪除錯誤信息并發(fā)布更正信息，追蹤謠言源頭并進行相應處理和責任認定，基本溯源過程如圖6所示。

3? 區(qū)塊鏈技術應用實施的挑戰(zhàn)與解決方案

3.1? 挑戰(zhàn)

在輻射事故應急管理系統(tǒng)中，區(qū)塊鏈技術的應用既存在非技術性的挑戰(zhàn)，也存在技術性的挑戰(zhàn)。

非技術性挑戰(zhàn)主要包括以下內容：①法規(guī)和政策限制。在許多國家和地區(qū)，區(qū)塊鏈技術和加密貨幣仍然受到嚴格的監(jiān)管，這可能會影響到區(qū)塊鏈技術在輻射事故應急管理中的應用。此外，政府機構可能需要遵守特定的數(shù)據保護和隱私法規(guī)，這些法規(guī)可能與區(qū)塊鏈技術的匿名性和去中心化特性相沖突。②公眾接受度。盡管區(qū)塊鏈技術具有許多潛在的優(yōu)勢，但公眾對這項技術的接受程度仍然是一個問題。許多人可能對區(qū)塊鏈和加密貨幣持懷疑態(tài)度，認為它們是騙局或不安全的。因此，推廣區(qū)塊鏈技術在輻射事故應急管理中的應用可能需要大量的教育和宣傳工作。③跨部門合作。輻射事故應急管理通常需要多個部門和機構的密切合作。然而，區(qū)塊鏈技術的去中心化特性可能會導致協(xié)調和合作的困難。各個部門和組織可能需要就如何使用區(qū)塊鏈技術達成一致，并確保所有參與者都遵循相同的標準和規(guī)范。④數(shù)據安全和隱私。雖然區(qū)塊鏈技術本身具有很高的安全性，但在實際應用中，數(shù)據安全和隱私仍然是一個重要的問題。在輻射事故應急管理中，涉及的數(shù)據可能包含敏感信息，如個人身份信息、地理位置等。因此，需要確保區(qū)塊鏈系統(tǒng)的設計能夠充分保護這些數(shù)據的安全和隱私。

技術性挑戰(zhàn)主要包括以下內容：①區(qū)塊鏈技術難以在輻射事故應急管理系統(tǒng)中部署。區(qū)塊鏈技術作為一種新興的分布式賬本技術，具有許多獨特的優(yōu)勢，如去中心化、安全性高、透明度高等等。然而，由于其技術性和復雜性，特別是在基礎算法方面的復雜性，區(qū)塊鏈技術可能會對系統(tǒng)的可擴展性、互操作性、性能效率產生影響。區(qū)塊鏈技術的復雜性可能會導致系統(tǒng)在處理大量數(shù)據或高并發(fā)請求時出現(xiàn)性能瓶頸。這是因為區(qū)塊鏈技術需要所有節(jié)點都達成共識，才能完成數(shù)據的寫入和更新。當系統(tǒng)需要處理大量數(shù)據或高并發(fā)請求時，這種共識機制可能會導致系統(tǒng)性能下降，從而影響系統(tǒng)的整體效率。另外，區(qū)塊鏈的去中心化共識機制需要大量的電力和計算資源。這是因為區(qū)塊鏈技術需要通過大量的計算和驗證來保證數(shù)據的安全性和可信度。這種計算和驗證過程需要大量的電力和計算資源，從而增加了系統(tǒng)的運營成本。此外，輻射事故應急管理系統(tǒng)需要處理大量的數(shù)據和信息，包括輻射監(jiān)測數(shù)據、人員疏散信息、醫(yī)療救助信息等等。這些數(shù)據和信息都需要在短時間內得到處理和更新，以保證系統(tǒng)的實時性和準確性，而區(qū)塊鏈技術的性能瓶頸和運營成本問題可能會使得這種應用變得更加困難。②區(qū)塊鏈技術與政務系統(tǒng)集成較為困難。輻射事故應急管理涉及環(huán)境部門、安監(jiān)部門等多個部門的協(xié)作和信息共享，而這些部門都有自己的政務系統(tǒng)和數(shù)據標準，如何將這些系統(tǒng)與區(qū)塊鏈技術進行集成，實現(xiàn)數(shù)據的互通和共享，是一個非常大的難題。主要技術原因為各部門使用的政務系統(tǒng)和數(shù)據標準可能存在差異，這需要區(qū)塊鏈技術具備強大的兼容性和可擴展性，以便能夠適應不同的系統(tǒng)和數(shù)據格式，其次各部門之間的數(shù)據共享和互通需要得到法律法規(guī)的支持和授權，以確保數(shù)據的合法性和安全性，最后各部門之間的數(shù)據交換和共享需要建立統(tǒng)一的數(shù)據管理和隱私保護機制，以保護個人隱私和企業(yè)機密。

3.2? 解決方案

為了克服區(qū)塊鏈技術的挑戰(zhàn)并充分發(fā)揮其優(yōu)勢，需要不斷研究和探索新的技術和方法。例如，通過優(yōu)化基礎算法和提高系統(tǒng)可擴展性，可以降低區(qū)塊鏈技術的復雜性，提高其性能效率。此外，采用更為節(jié)能的共識機制也可以降低區(qū)塊鏈技術的運營成本，使其在輻射事故應急管理系統(tǒng)等資源受限的環(huán)境中得到更廣泛的應用。

對于性能問題，可以通過優(yōu)化區(qū)塊鏈的共識算法（如采用更快的共識算法）或者使用側鏈、二層解決方案等技術來解決。對于安全問題，可以通過提高區(qū)塊鏈的網絡規(guī)模（如增加更多的節(jié)點）或者使用更安全的共識算法（如PoS）來解決。對于法規(guī)和政策問題，需要通過立法和政策的制定來解決。例如，可以制定專門的區(qū)塊鏈法律，明確區(qū)塊鏈的法律地位和使用規(guī)則。此外，也可以通過政策引導，鼓勵政府部門和企業(yè)使用區(qū)塊鏈技術。對于跨部門協(xié)作問題，需要通過建立統(tǒng)一的區(qū)塊鏈標準和協(xié)議來解決。例如，可以建立一個全國性的區(qū)塊鏈聯(lián)盟，統(tǒng)一區(qū)塊鏈的技術標準和使用規(guī)范。此外，也可以通過培訓和教育，提高各部門對區(qū)塊鏈技術的理解和接受程度。

4? 結束語

區(qū)塊鏈技術在輻射事故應急管理中的應用具有巨大潛力，有望解決傳統(tǒng)輻射事故應急管理中存在的問題。通過構建基于區(qū)塊鏈的輻射事故應急響應平臺，可以實現(xiàn)數(shù)據共享、信息透明、系統(tǒng)安全，提高應急管理的效果和效率。然而，要實現(xiàn)這一目標，還需要克服技術、法規(guī)、政策等方面的挑戰(zhàn)。未來，應進一步加強區(qū)塊鏈技術的研究和應用，推動輻射事故應急管理體系的創(chuàng)新發(fā)展。

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