辽宁智慧应急大数据管理体系的构建研究①——基于区块链网络视角

吴维军 孙乙萌

（1.辽宁装备制造职业技术学院，辽宁 沈阳 110161；2.东北大学，辽宁 沈阳 110819）

随着社会经济与科技的飞速发展，区域公共安全形势愈发复杂多变，各种公共突发事件高频发生，因此提升辽宁应急管理综合能力与现代治理水平显得尤为迫切和重要。然而从对新冠肺炎疫情的应急响应来看，笔者发现辽宁现有的应急管理体系中存在着部门间协同难度大、信息不透明、数据孤岛林立、应急预案泛化、舆情回应与监测哨点失灵等问题。2020年12月，辽宁省政府正式发布《辽宁经济与社会发展“十四五”规划》和《数字辽宁发展规划（1.0版）》，提出建设“数字辽宁、智造强省”“以大数据、物联网、区块链、人工智能等先进信息技术作为创新驱动要素，全面提升政府数字化公共服务能力与数字化社会治理水平”。〔1〕上述问题的存在辽宁新的时代发展规划，对辽宁应急大数据资源管理提出了更新和更高的要求。区块链技术在责任追溯、信息保真、智能合约、集体响应以及分布式决策等方面的优势天然契合应急管理的逻辑场景，影响应急管理大数据资源的时效性、全面性和准确性。〔2〕为此，如何将区块链技术应用于应急大数据管理，如何构建能够满足应急大数据资源权威可信、高效交互、隐私保护、智慧共享需求的区块链网络，进而建立以区块链网络作为技术支撑的辽宁智慧应急大数据管理体系，成为本文的研究主题。

一、应急大数据优化管理基础——区块链网络

（一）区块链的概念

区块链（Block Chain）概念是由比特币的始祖中本聪（S.Nakamoto）在2009年首次提出的，作为一种全新的分布式基础结构、计算范式与合约机制，区块链被视为第四次工业革命的核心技术和云计算下一代技术发展的雏形。区块（Block）是用于储存数据的电子信息记录文件。区块链是由一个个记载着各种数据信息的小区块联结起来的一条网链。国内外学者基于不同研究视角对区块链做出不同的概念界定。本文从广义和狭义两个维度定义区块链：狭义的区块链是一种以时序链接各数据区块组合而成的特定分布式数据结构，并以密码学控制模式保障不可伪造和篡改的去中心化公共总账本；广义区块链是一种新应用模式、新架构理念和新组织形式，而不只是一种新一代的信息技术。本文研究的区块链更多的是指代广义区块链的概念内涵。区块链集成了众多先进信息技术的优势，包含有分布式账本、共识机制、智能合约、哈希算法与数字签名及时间戳等五种主要技术构成。〔3〕

（二）区块链分类及主权区块链

区块链按照去中心化、弱中心化、多中心化的程度分类，可以分为公共链、私有链和联盟链。〔4〕公共链公开透明、完全去中心化，只要链接公共链，即可参与共识，实现链上交易或读写，但是该链缺少举证或维权的法律保障，不受国家主权监管，如以太坊、比特币等；私有链呈现部分或弱中心化的系统特征，其共识与交易机制受私有个体或涉密组织的规则限定，仅对涉密组织或私有个体开放，链上数据可以防御系统内外部的攻击，使涉密信息得到有效保护，然而该链在治理方面仅处于主权和网络监管的边缘地带，如某些公安或国安机关的涉密部门或专项组内部以及 “方舟私有链”等；联盟链的共识过程仅限联盟成员参与其中，各预选节点共同制定智能合约，并且共享同一分布式总账，使跨越组织边界的协同工作效率得到有效提升，可以实现自动校验与实时结算，该链具有高效响应和良好的可控性，但其受监管和治理的程度同样较低，如银行同业联盟R3建立的联盟链网络。

鉴于公共链、私有链、联盟链难以满足智慧应急大数据管理对权威监管和信息安全保障的需求，本文引入具有国家治理、技术干预、政府监督等主权意志特性的主权区块链。《贵阳区块链发展与应用白皮书》最早提出主权区块链的概念，随即引起众多学者及业界企业、工信部的高度关注。白皮书强调：主权区块链是在国家主权架构下发展形成的推进社会价值流通、交付、增值及分享的区块链；它将制度重构与区块链技术创新融为一体，为法律监管提供了新思路，是实现共享、共治、共识的治理统一体。〔5〕主权区块链的共识规则由“代码”规则转变为“代码加法律”共识机制，注重在法律法规的背景下对区块链网络的监管与治理，并在数据采集、应用发展以及激励机制上拥有兼容并蓄可扩展的特点。

（三）区块链网络

综合主权区块链、公共链、私有链及联盟链在主权监管、公开透明、隐私保护和高效响应等方面的技术优势，弥补后三链难以同时满足安全、高效、去中心化等需求的不足，并结合智慧应急大数据管理多方参与主体的特点，兼顾跨域跨界信息交互效率、隐私保护以及信息安全等目标，本研究将构建一个以主权区块链作为治理前提和监管基础，同时联结公共链、私有链、联盟链的综合性区块链网络，实现辽宁智慧应急大数据资源的高效管理与模式创新。

二、区块链网络视角下的辽宁智慧应急大数据管理体系构建

以主权区块链为基础同时联结公共链、私有链、联盟链的应急大数据管理区块链网络，可以充分发掘应急大数据的管理效能，促进智慧应急管控的实现。该网络系统依据数据拥有者、数据受体、数据载体的性质，构建包括应急职能部门向社会公众开放的公共链、面向应急涉密机构的私有链和应急管理部门之间的联盟链在内的区块链综合性网络，形成具有权威可信、高效交互、隐私保护、智慧共享等优势的应急大数据管理技术架构。基于区块链网络的辽宁智慧应急大数据管理体系构建，包含应急数据智慧采集、应急数据智慧处理、应急数据智慧交互以及应急数据智慧共享等四个部分（详见下图）。

（一）应急数据智慧采集

应急大数据的智慧采集是辽宁智慧应急大数据资源建立、优化管理与配置的首要环节。数据智慧采集主要包含四个方面：

1.辽宁时空大数据。时空大数据基于辽宁地理基础信息同时兼容环境数据的管理系统，它主要包括地理基础时空数据和区域专项时空数据，“辽宁天地图”整合全省地理数据信息并向互联网用户提供公共服务。全省的地形矢量数据（地理测绘DLG）、遥感数据（卫星及航空影像）、三维模型数据（“全景辽宁”场景模型）、样例共享库（影像释译及深度学习）构成地理基础时空数据；由人口户籍、法人及区域经济数据、行业专题数据、空间规划数据（城乡、土地、环境规划等）形成区域专项时空大数据。通过北斗、GPS、CORS、无线通信基站、传感网络设备、开放数据库API接口等数据获取技术，实现辽宁时空大数据的智慧采集，并经计算机网络传输汇集于时空云平台。时空大数据可以甄别地理时空环境中的风险源及其实时变化动态，并及时做出相关风险预警与应急响应决策。

基于区块链网络的辽宁智慧应急大数据管理体系示意图

2.省域城市群物联网系统。该系统包括可视化监控体系、智能安防报警体系、空间物理定位体系，以及铁路、公路、地铁、公交、车联网等交通体系，可对特定区域和风险人群实施监管、识别与追踪，掌握人口流动及风险变化实情，为突发事件的应急预警与预案响应提供辅助决策的数据支撑。

3.互联网与社交媒体。通过调用开放网站及社交媒体平台的API接口获取特定网络人群浏览痕迹以及舆情信息等，明晰舆情舆论导向，利用数据流量流向掌握线上公众动态并实施有针对性的管控与疏导。

4.智能移动设备终端与个人通信系统。通过智能手机监测到用户的无线、有线通讯数据及其工作、生活等全方位行为与信息数据；获取物联网传感设备产生的物理压敏热力信息以及生物体征信息，为相关部门精确锁定危险人群或犯罪嫌疑人提供数据支持。

（二）应急数据智慧处理

应急数据智慧处理需要经历数据标准校正与校正后数据分链录入两个阶段。第一阶段，对链上链下的实时数据和历史残留数据进行统一数据标准的校正。其中，在对实时数据采集之后，需要经过数据过滤、抽取、清洗、转换、加载等预处理过程，而后与链上所属类别数据完成校正对比，以保证数据的一致性和完整性，达到满足公共链数据共识机制的处理要求；在区块链网络运行初期，为满足共识机制，需要对各区块节点的历史残留数据进行校对转化，并将校正数据接入所属链数据库接口准备下一阶段的发布。第二阶段，分链录入与融合校正数据。由于分链录入涉及数据受体的敏感性、数据隐私和数据利用效能，所以需要保障是在网络与国家主权得到有效监管的环境下，分别在对公众开放的公共链、涉密机构的私有链以及应急部门之间的联盟链上进行发布。

（三）应急数据智慧交互

智慧应急大数据管理在有效促进跨界信息交互的同时，也面临着一些亟待解决的尖锐和敏感问题，主要表现在数据交互过程中的隐私保护、数据利用效能以及数据受体敏感度这三方面的需求问题。〔6〕为了有效解决这些问题，本研究以主权区块链为基础、以国家有效监管为前提，构建了对社会公众开放的公共链、针对应急涉密机构的私有链以及应急部门之间的联盟链三链联结的区块链网络，并且针对私有链和公共链创立激励机制推进数据信息的利用与交互，以有效达成应急大数据权威可信、高效交互、隐私保护、共享共治的管理目标。

1. 应急职能部门对社会公众开放的公共链。为了全面提升社会治理与公共服务水平，政府积极促进公共安全与政务信息的公开透明，提倡管放结合，激发社会创造力和市场活力。为推进政务信息公开政策的执行落地，同时保障信息流向受到管控、普通信息得到利用、隐私信息获得保护，而且确保信息分布式存储安全可再现，建立一条基于主权区块链的对公众开放的公共链，并经过相关部门的分类，该链上的各类数据得以发布，如旅游景点和住房租售汇总、停车位信息、公交地铁系统实时运行数据等与大众生活紧密相关的数据。除了传统应急管理部门之外，会有更多的公众、学者和部门因为可以得到公共链技术支持及相关公开数据而愿意参与社会安全治理活动，利用应急大数据分析与挖掘和群体智慧〔7〕共同防治和管控公共突发事件。为进一步鼓励民众在公共链上参与共识、读写和使用数据，在这种众筹应急模式中建立信用激励、物资激励以及荣誉激励机制，鼓励商业与科研机构对数据展开深度分析与挖掘，辅助公共安全部门提高风险预警、应急响应与决策能力。

2.针对应急涉密机构的私有链。数据关联技术是解决逻辑性和物理性“数据孤岛”的有效且主流方法之一。但是该方法也可能造成大量民众的个人隐私信息和政府机构的涉密信息被一些违法分子窃取和盗用，数据关联会产生一定程度的数据泄密风险。面对应急涉密部门的安全需求，基于主权区块链引入一条私有链，利用哈希函数加密技术对涉及个人隐私和国家机密的部分数据实施数据脱敏处理；在各数据方之间使用椭圆形曲线非对称加密技术（ECC）〔8〕通过设置密钥实现对数据的安全保护；根据涉密部门的组织规则制定私有链交易发布及读写权限，以精细化管理涉密数据的使用和操作权限与规范，保证应急管理大数据不可篡改、可追溯与隐私安全。

3.应急管理部门之间的联盟链。应急管理各职能部门虽已建立各自相对完善的数据信息平台，但因纵横分割、数据孤岛独隅使得各部门跨界交互迟缓，数据实时共享难以达成；不同应急机构虽保有异构海量数据，如公安、医疗、统计、民政、交通等数据库，但少有高效、统一的数据共享机制；各部门数据的多源异构特征也导致跨部门的数据整合具有难度，信息交互的动力不足，大数据挖掘的应用价值难以全面实现。为此，基于主权区块链引入一条面向应急管理各职能机构的联盟链，在国家和网络主权得到有效监管的环境下，使联盟链的共识机制得以自动执行和管理应急部门之间的开放共享规则，排除人为干扰因素，并运转“信任机器”绑定联盟链多元主体的协同关系，营造应急大数据可信任的资源共享环境；建立以信用激励、荣誉激励为主导、以物资激励为辅助的激励机制，促进部门间数据标准的规范和统一，实现对数据提取的高效应用，提升应急部门间的服务质量与交互效率。

在主权区块链保障国家监管的前提下，公共链、私有链、联盟链三类区块链可依据不同数据受体的特点充分发挥针对应急大数据资源各自特有的管理优势，使得各敏感性数据信息得以安全开放，凝聚群体智慧实现隐私保护与跨组织高效交互。此外，三类区块链的分链管理可分化各链区块节点的负担，可以更便捷、快速地调取和使用海量数据。需要强调的是，三条区块链互联互通，如果需要跨链抽取调用数据资源并获监管方许可，可通过对私有链和联盟链共识规则的修改完成相应的操作。

（四）应急数据智慧共享

辽宁智慧应急大数据管理体系的终端应用层即是实现应急大数据资源的智慧共享。在有效整合对大众开放的公共数据、针对应急部门的有关涉密数据以及联盟数据，打破应急数据壁垒、解决数据阻塞问题之后，需要在数据应用的服务层面实现数据的智慧共享，进而为公共突发事件的事前监测预警、事中应急响应、事后反馈与恢复提供决策支撑。

1.应急数据智慧共享的含义。应急数据智慧共享的含义具体包括对应急过程的管控与数据信息实时交互两个层面。应急过程管控部分可以体现在对不同应急阶段做出智慧决策的技术平台应用，在海量应急数据分链共用的基础上，应急管理部门利用群体智慧优化现有的深度学习算法、机器学习模型、人工智能应用以及统计分析方法，充分发挥数据分析与挖掘对应急预测、应急响应、事后恢复与重建等管理决策的技术支持功能。信息实时交互部分重点反映在基于主权区块链所联结的公共链、私有链与联盟链的区块链网络，以满足和保障智慧应急大数据管理对主权监管、高效响应、隐私保护以及权威可信等需求。基础数据应用、模型算法优化、案例应用后的信息反馈与交互形成一个应急大数据智慧共享的有效闭环。

2. 基于应急管理全生命周期的突发事件管控。从应急管理全生命周期的角度来看，应急数据智慧共享可分为事前监测预警、事中应急响应、事后反馈与恢复三个部分，形成一个以主权区块链网络为基础的应急数据智慧共享的良性闭环。

事前的监测预警功能主要是实现风险实时查询与评估，并提供风险查询分析、数据智能检索以及监测哨点对异常情况鸣哨预警等服务。社会公众如有关商业机构和学者获得公开的应急数据信息，凝聚群体智慧进一步优化风险预警模型与预警方案；各应急部门可对数据进行智能检索、实时监测哨点异常动态，对比历史数据库与当前数据，精确分析安全势态，全面提升对公共突发事件的风险防范能力。

事中的应急响应功能主要是实现数据资源跨链实时调配、风险区域及人群识别和其转移信息的实时发布以及应急资源配置与调度优化等应急预案的制定。各应急职能部门在事中可以实时跨越私有链、公共链及联盟链调取和查询需求数据，如历史案例数据库中的可借鉴方案、事发地物联网数据、应急救援相关决策等，以实现对风险地区和人群分布的高效识别与处置，全面提升应急决策的质量与效率，最大限度地减少突发事件造成的损失。

事后的反馈与恢复功能主要是监督和管控在线舆情、制定事后重建与恢复计划，以及密切关注可能导致发生次生灾害的各种因素及其变化动态。相关公共安全部门实时监视网络媒体的舆情变化，分析和预测舆情发展走势，制定网络舆情管控方案，推动建立良性的舆情生态系统。同时实时监测次生灾害的哨点信息，有效预防灾害事件的二次发生。除上述之外，还需综合应急评估分析、案例储备数据库中的经验知识以及专家建议，优化应急恢复与救助方案，向各链反馈价值数据信息，形成评价反馈良性循环，实现在应急管理全生命周期内的数据智慧共享闭环。

三、结语

进入新时代，区域公共安全形势日趋复杂，各种社会突发事件高频发生，公共安全威胁与有限社会治理能力之间的矛盾日益凸显；2020年12月，辽宁省政府正式发布《辽宁经济与社会发展“十四五”规划》和《数字辽宁发展规划（1.0版）》，提出建设“数字辽宁、智造强省”及“全面提升政府数字化公共服务能力与数字化社会治理水平”的发展目标，对辽宁智慧应急大数据资源管理提出了新的更高要求。本研究针对辽宁现有的应急管理体系中存在的部门间协同难度大、信息不透明、数据孤岛、预案泛华、监测哨点以及舆情回应失灵等问题，综合应急大数据管理与区块链类型、定义、技术特征的耦合共振分析，构建以主权区块链为基础、联结对公众开放的公共链、针对应急涉密机构的私有链，以及应急部门之间的联盟链的区块链综合性网络，建立了基于区块链网络的辽宁智慧应急大数据管理体系，并分别从应急数据智慧采集、智慧处理、智慧交互与智慧共享等四方面，阐述应急管理职能部门高效管理应急大数据资源的工作过程，为实现辽宁应急大数据的权威可信、高效交互、隐私保护、智慧共享提供了新的研究视角与解决方案。