数字人民币纳入支付体系应急管理的现实需求及应用思考

课题组

（中国人民银行天津分行 天津市 300040）

一、研究背景与问题提出

（一）研究背景

数字人民币是由中国人民银行发行的数字形式法定货币，由指定商业银行参与运营及兑换事宜，依托兑换人账户体系，实现对现钞及硬币的数字替代。2022 年清华五道口全球金融论坛上，周小川在演讲中多次对数字人民币推广问题进行了探讨，希望数字人民币不仅能够在零售环节得到应用试点，还应充分发掘其在货币支付市场等方面的运用需求。鉴于数字人民币无限法偿性及线上线下应用场景全覆盖的独特优势，将数字人民币纳入支付体系应急管理，不仅能够丰富数字人民币的使用场景，还能进一步提升支付体系应急管理的能力与水平。

近年来，随着极端天气等突发事件的频繁出现，应急状态下的现金支付问题引起了政府部门的高度关注，迫切需要将数字人民币纳入支付体系应急管理。如，2021 年7 月20 日的暴雨导致郑州大部分地区通讯网络长时间中断，抢修耗时较长，米河镇作为重灾区，通信中断，已然成为孤岛。受暴雨影响，郑州市民普遍反映出现电子支付困难、现金储备不足的问题，其正常生活遭受严重影响，部分市民甚至出现了以物换物的情况。基于此，课题组在对数字人民币与第三方支付特点差异比较的基础上（如图1 所示），重点分析了数字人民币纳入支付体系应急管理的现实需求及应用优势。

图1 数字人民币与第三方支付差异比较图

在支付体系应急管理中，数字人民币有着第三方支付平台不具备的先天优势，尤其是数字人民币的离线支付功能（设计之初就已考虑，是当前电子支付领域唯一具备该功能的工具），能够支持通信及网络中断的情况下的正常交易活动。同时，其无限法偿性特征以国家信用为背书，在极端条件下具备极高的可靠性与安全性，且能够实现可控匿名，规避恶意操作，实现隐私保护的功能。在支付限额方面，支付应急状态下可根据实际需要提高额度上限，满足消费者的差异化要求。

突发自然灾害导致通讯及电力中断后，居民仍可在一定范围内活动，因此对数字人民币有需求，并且数字人民币的离线功能也可满足人民需要。数字人民币相当于行走的ATM 机，在极端情况下，居民可以无需再寻找线下ATM 机，只需要手机数字人民币支付即可。另外，新冠肺炎疫情期间的一些实际案例也显示，一方面，ATM 分布并没有很密集，无法满足极端条件下的紧迫需要；另一方面，商业银行负责ATM 人员随时可能被封控，更加带来了不确定性，因此应将数字人民币纳入支付体系应急管理。

（二）问题提出

数字人民币的无限法偿及离线支付特征成为其纳入支付应急管理体系的有力支撑，在此基础上，对数字人民币的线下应用场景进行合理布局，可实现其应急功能。在极端应急状态下，保证人民群众基本生活所需是支付体系应急管理的目标之一，因此应当尽可能地实现数字人民币线下应用场景均衡化配置，确保居民能够以较短时间、较短距离在所属区域内采购生活必需品。为此，本文运用模拟退火算法、遗传算法等工具，重点研究了数字人民币纳入支付体系应急管理后线下应用场景布局问题，以及紧急状态下满足生活基本所需的数字人民币线下场景间最短路径规划问题，期望实现将数字人民币纳入支付体系应急管理并进行实际试点的目标。

二、文献评述

（一）数字人民币应用方面

国外在中央银行数字货币应用方面已有一定的研究，比如依托其开展的供应链管理研究、游客支付体系建设研究等。我国关于数字人民币实际应用方面的研究文献较少，报刊报道比较多。彭妍（2022）有关报道指出，数字人民币在多个试点地区取得新进展，相关应用产品和场景日益丰富。目前，数字人民币试点场景除覆盖生活、商业场景之外，在税务、政务、借贷、对公等领域的试点正加速落地。沈忱等（2022）具体研究了铁路客运互联网售票场景的数字人民币支付方案，探讨了数字人民币在该场景下的经济和社会效益。

（二）支付体系应急管理方面

在支付体系应急管理方面，郑艺等（2020）分析了支付体系在应对新冠肺炎疫情中的做法，陈鑫（2020）从提升应急管理层级、设计分级响应模式等五个方面，就如何提高支付体系应急管理能力提出了政策建议。除货币当局外，银行业在应对疫情过程中同样起到了重要作用，员丽等（2021）提出银行业支付清算领域建立应急管理体系的重要性，以业务连续性管理为视角，充分运用新的金融科技手段，建立和优化应急管理的思路体系，为防范重大突发事件提供解决策略。王凯华（2020）认为支付体系纳入国家应急管理体系需要有长远规划，其从近期、中期和远期分别探讨进一步增强支付系统应急保障措施，完善支付系统应急管理体系，提高应对重大突发事件的能力水平，阐述了对进一步提升国家治理体系和治理能力的重要意义。杨丽君（2019）认为，在应急管理过程中，同时应注重相关人员的合法权利不受侵犯，因此对支付系统的安全性和保密性提出了新的挑战，应从制度建设、日常运营、应急管理、风险甄别等多方面制定支付系统的创新性应急管理建设策略。国外在支付体系应急管理研究方面的参考文献极其有限，且相对集中在边缘性问题上，David（2021）探讨了网络攻击对包括支付系统在内的应急管理体系的影响。

（三）应急管理体系建设方面

在应急管理体系建设方面，外国文献主要是从加强应急管理体系组织架构建设入手，着力提升应急管理体系建设的规范性（Zhang等，2010）。Tang等（2018）提出应当尽可能多地将具备应急管理能力的政府部门纳入体系中，以充分加强部门间协作，形成更大合力。加拿大应急管理体系中同样提到应加强部门间协作网络建设，并认为高新技术的应用能显著提升应急管理水平（Caro，2016）。应急管理体系的完备性也是提升应急管理水平的重要方面，Kapucu等（2012）全面分析了美国应急管理体系的构成要素，并以佛罗里达州为例阐述了应急管理体系的建设实践。随着高新技术的迅猛发展，大数据、云计算等新技术越来越多地被用于应急管理体系建设研究。国内在该方面的研究大部分也集中在加强应急管理力量上（潘政等，2022；吴佩芝和张政，2022），通常以多部门协作方式，着力提升应急管理水平。

（四）文献评述

在数字人民币纳入支付体系应急管理以及后续工作方面，国内外暂时还没有学者进行过有益探索，因此本文的研究具有一定的前沿性。以往研究中，单纯依靠线上支付网络实现应急管理，在当前灾害频发的情况下具有一定的风险性，应考虑通讯网络中断的情况下数字人民币的应急管理潜力。同时，应该看到国内外在应急管理体系建设探索方面总结提炼了很多有益经验，比如将大数据、区块链等新兴技术应用到应急管理实践中，提升建设的科学性与智能性。

三、理论机理及研究设计

（一）理论机理

支付体系应急管理研究有赖于坚实的理论基础，因此研究数字人民币纳入支付体系应急管理的现实需求及应用思考，首先需要考虑的就是将数字人民币与该领域基本理论联系起来，进而才能更深层次的研究其实际应用问题。

1.全面应急管理理论。全面应急管理是指针对所有突发状况的应急管理，既包括战争和恐怖主义的暴力灾难，也包括各种自然灾害和技术灾难。其实质和全貌主要体现在四个方面：一是对各种类型的灾难及其后果实施管理；二是对所有应急管理的参与者实施统一协调与领导；三是对突发事件的全过程实施管理；四是对全国各级政府、各类组织的合适资源实施统一调配使用。

支付应急作为突发状况的一种，属于全面应急管理体系的一部分。因此在实现支付应急管理过程中，应遵循全面应急管理理论所提到的应充分利用合适资源对灾难全过程及后果实施管理。数字人民币作为支付体系应急管理的有力工具，具备应急资源的全部特征，能够提升人民群众在突发状况下的应急能力与水平。

2.全危险方法理论。“全危险方法”强调在应急管理过程中，各级政府及部门、民间组织以及相关公民应分担使用既有资源参与突发事件的应对，并在此过程中承担对应责任。在这一协同系统中，每一个有机组成成分均可发挥其独特作用。实施全危险方法的优点主要有：一是使用一整套协同系统能够确保最经济的公共应急管理成本；二是系统能够保证公共应急管理的最基本需求；三是协同系统的优点之一是能够实现统一的事件应对，并且在组织管理以及运作方面保持更高效率。

数字人民币及其支撑系统作为支付系统的重要基础设施，在支付应急过程发挥着不可替代的作用，在满足公共应急管理的基本需求前提下，能够实现公共应急管理成本最优化。同时，金融系统各主体均成为了数字人民币系统内部的主体，可以实现协同化、系统化、统一化的突发事件应对，具有高效率的优点。

3.整合应急管理系统理论。整合应急管理系统与全危险方法理论都强调应急管理体系的建设需要综合不同政府部门及组织的工作，但其更加强调计划性以及协调统一领导问题，要求建立一个所有应急管理参与方均能高效协同的指挥系统。

数字人民币在开发及应用过程中，人民银行与商业银行、第三方支付机构及其他技术公司密切配合，有效整合了优势资源，形成了以人民银行为主、多部门协调配合的数字人民币领导小组。

在结合数字人民币既有属性与实际应用分析的基础上，上述应急管理方面的基本理论充分说明了将数字人民币纳入到支付体系应急管理的必要性及可行性，同时也符合人民群众的现实需要。在此基础上，应深入研究数字人民币纳入支付体系应急管理后线下应用场景布局问题，以及紧急状态下满足生活基本所需的数字人民币线下场景间最短路径规划问题。

（二）研究设计

研究设计部分主要以原理分析及过程设计为主，并不拘泥于所选样本本身的局部讨论，所研究的数字人民币线下场景布局及应急最短路径规划问题适用于绝大部分城市及地区，因此样本选择及分析过程中仅以所选样本为实例参考，重在说明原理及研究问题全域。

1.样本选择及数据来源。在深圳南山区和香港荃湾区分别选取了一处居民聚集区作为本文分析的样本。数据来源方面，为体现研究的实际价值，利用百度地图中的开放工具获取了这些地点的真实经纬度坐标，用以实现对数字人民币线下应用场景布局的实际研究。之所以选择两座一线城市，是因为按照当前应急管理经验，分工明确且市场化程度比较高的大城市在面对突发状况时，其居民自给自足能力较差，对应急管理需求较高。选取的居民聚集区均为人口密集区域，区域内有多处涉及生活基本所需的公开场所（同时也可作为应急必需场所使用）及居民区，适合本文实例分析所用。

2.模型设计。解决数字人民币线下某一个重点区域的布局及最短路径问题，需要结合优化模型及模拟退火算法求解，布局的最优化问题可以通过程序解决，下面首先重点介绍模拟退火算法的具体设计过程。数字人民币线下布局及最短路径规划问题其实在数学描述上可以定义为一个寻找最小值的优化问题，因此就可以将物理学中的模拟退火思想应用起来，以模拟退火寻优方式最终求得理想结果。

由于本文研究的数据基础来源于实际场景中的真实经纬度坐标，因此需要求解两点之间的实际距离，设A、B两点的地理坐标分别为（x，y）、（x，y），过A、B两点的大圆劣弧长即为两点的实际距离。以地心为坐标原点，以赤道为平面，A、B两点的实际距离为

其中R 代表地球半径。可用解空间S 表示各个数字人民币线下场景试点的所有集合，即：

使用蒙特卡洛方法求得一个较好的初始解，在此基础上的目标函数为所有点之间的路径长度，表示为

以模拟退火的方式不断迭代求解，设上一步的迭代解为

任选序号u、v，交换两者的顺序，此时的新路径变为

路径之间的差值表示为

设定接受准则

如果满足路径差值小于零，则接受新路径，否则就以概率exp（-△f/T）接受新路径，即用计算机产生一个[0，1]区间上均匀分布的随机数rand，如果rand 小于等于exp（-△f/T）则接受。接下来，利用选定的降温系数进行降温，取新的温度为上一步迭代温度乘以系数的积，直到达到终止温度时迭代结束，得出最优路径结果。

在数字人民币线下场景布局的优化处理问题上，可综合区域内所有可提供生活必需品及应急需要场所的经纬坐标，并结合模拟退火算法实现布局的最优化求解。具体流程如图2 所示。

图2 数字人民币线下最优布局求解流程图

如图2 所示，首先需要在选定区域范围内确定应急状态下居民生活必需的各类场景，包括医院、餐饮场所、便利店、菜市场等。然后利用模拟退火算法循环计算区域内各居民小区到不同应急场景距离之和。最后，得到一组最为适合（距离最近、场景类别满足居民需要）的数字人民币线下布局地点。因此，数字人民币的线下最优布局是一个不断寻求最优解的过程，最终将会得到布局点的具体经纬度坐标。

四、实证结果与分析

（一）数字人民币线下布局结果与分析

按照上述研究设计中的方法，得到了两处居民聚集区内最佳的数字人民币布局点，并给出了其精确的经纬度坐标情况，如表1、表2 所示。

表1 深圳南山区应急场景布局（表中经度全部为东经，纬度全部为北纬）

表2 香港荃湾区应急场景布局（表中经度全部为东经，纬度全部为北纬）

表1、表2 为此区域内数字人民币的最佳布局设置，表中各个应急场景包含了应急状态下的生活必需品采买点、医院（药房）、食品店铺等，基本上能够满足人民群众的现实需要。同时，区域内的各个居民区到上述数字人民币应急场景点位的距离都较短，极大地解决了极端条件下的出行问题。在非支付应急状态下，该布局同样能够在有限资源下满足试点工作及消费者的需要。

根据两个区域内的居民小区实际经纬坐标，计算得到了各个小区到数字人民币各个应用场景的距离及预估时间（按照正常人步行速度为5km/h 计算），如表3、表4 所示。

表3 深圳南山区选取区域各居民小区到应急场景距离及时间

表4 香港荃湾区选取区域各居民小区到应急场景距离及时间

由表3、表4 可知，区域内各个居民小区距离数字人民币应急场景的距离都较短，在步行出行的方式下均能以较快速度到达。

（二）数字人民币支付应急情况最短路径规划结果与分析

在支付应急状态下，确定距离最短、用时最少的最佳采买路线具有一定的现实意义，本文使用模拟退火算法给出了最优路径。需要特别指出的是，为将所有应急场景囊括在内，所规划的最短路径是在消费者对所有应急场景均有需求的假设条件下完成的，如果消费者只对个别线下场景有需求，可使用相同算法计算得出，全场景全路径规划问题是在算法嵌入数字人民币APP 并且大范围应用推广时才需考虑的问题，这里不再赘述，仅以上述假设条件下的一个实例作为示例分析。深圳市南山区居民聚集区选取了桃苑公寓作为实例分析点，香港荃湾区居民聚集区选取了永定楼作为实例分析点，规划的最优路径如图3、图4 所示。

图3 深圳市南山区桃苑公寓应急最短路径规划

图4 香港荃湾区永定楼应急最短路径规划

图3、图4规划的线下场景间最优路径能够较大节约居民群众在应急状态下的时间及精力，提升人民群众应对突发状况的支付应急能力与水平。在后续应用推广时，相关程序可内嵌到数字人民币APP中，用以丰富其应急功能。在实际应用中，还可能存在部分路网受到限制的情况，此时应充分发挥应急、交通、金融等部门的协调作用，实现信息及时共享，设置路径规划条件，进而得到场景间的最优路径，这在技术上是完全可行的。

需要说明的是，应急状态下的最优路径规划问题研究有其必要性。一方面，能满足用户的个性化需求，在紧急情况下，不同人对应急场景的定义和需求是不同的，因此最优路径的规划也就因人而异。如果本文所述思路及方法能够应用到数字人民币APP中，用户可根据自身需要提出个性化需求，所设计的程序能够及时根据实际情况给出最优路径规划。另一方面，能丰富路径规划功能，在应急场景布局规划完成后，对应应用场景均已嵌入到数字人民币APP，此时如果发生紧急情况，在数字人民币APP中增加路径规划功能，可以实现应急状态下的路径规划与导航。除可离线使用优点外，相较于传统地图导航工具，其好处在于：一是本文所述设计可实现多点搜索及规划功能，传统地图导航工具（如高德地图、百度地图）无法实现。当用户在紧急状态下，假设对三处应急场景均有需求，本文所设计的程序能够给出最优路径规划，从而节省黄金时间，体现应急性。而传统地图导航工具仅针对一个地点能实现路径规划与导航，功能上并不能满足应急所需。二是进一步节省黄金应急时间。应急场景存储在数字人民币APP中，集应急场景搜索与路径规划于一体，使用上方便流畅，无需切换。如果使用传统地图导航工具APP，两个应用之间的切换需要一定的时间，且在输入名称搜索的过程中，名称冗长或生僻也会耽误时间，因此使用传统地图导航工具更多体现的是日常性而非应急性。三是数字人民币APP具备应急场景的精准性特点。应急场景名称及地点均已存储在数字人民币APP中，其布局地点能够确保应急状态下数字人民币的使用，具备精准性，便于搜索与使用。而传统地图导航工具存在的问题是，一部分小型微型地点并未收录至地图库中，应急场景布局可能并未完整、准确收录，如紧急状态下将其作为唯一工具，将会造成无法预计的后果。

五、当前面临的困难及政策建议

（一）当前面临的困难

前文从支付体系应急管理的实际需求入手，以理论结合实践的方式，深入研究了数字人民币线下场景布局及应急场景间最短路径规划两个问题，得出了数字人民币应进行线下应急场景布局并实现应急场景间最短路径规划两个结论，结合实例分析给出了应用效果与结果。需要指明的是，研究结论具有普适性，其他地区也可通过研究设计章节的方法进行线下支付应急场景布局，同时最短路径规划程序嵌入至数字人民币APP后可满足任意居民区的应急场景搜索与最短路径规划。相关研究极大地节约了人民群众在应急状态下的时间及精力，提升了人民群众应对突发状况的支付应急能力与水平。

当前，数字人民币正在进行试点工作，将其纳入到支付体系应急管理方面还存在一定困难。一是在制度层面，数字人民币并未纳入支付体系应急管理。二是无论是支付应急管理中还是日常应用中，数字人民币试点在线下应用场景布局方面的实践研究几乎没有。三是在技术层面，数字人民币APP未持续挖掘其应用价值及开发潜力。

（二）政策建议

数字人民币纳入支付体系应急管理，一方面能够完善支付体系应急管理能力与水平，另一方面也能够为数字人民币的进一步普及与试点工作提供有效参考，两个方面互为补充，并不冲突。因此，政策建议兼顾了支付体系建设以及数字人民币试点工作。

1.加强数字人民币纳入应急体系管理的顶层设计。从制度层面将数字人民币纳入到国家应急管理体系中，建立从中央到地方的数字人民币应急管理制度体系，给予其应有的法定地位；从组织层面建立数字人民币应急管理架构，明确参与各方及其职责，确保人员建制完整，充分发挥协调作用。特别是应充分发挥政府、货币当局、金融机构、使用者等多方协调作用，建立议事机构或协调机制，以实现各方良好配合，共同推进数字人民币纳入应急体系管理及后续工作。

2.完善数字人民币线下场景布局。数字人民币不仅具有交易手段属性，还具备应急管理属性。在线下实体场景中应在有限资源的情况下加强数字人民币的布局管理，注重考虑人民群众在应急状态下的实际需求，加强数字人民币在党政机关、重要基础设施及人员聚集区的合理配置，同时合理安排数字人民币在不同行业之间的线下场景配置比例。在此基础上，应合理调配资源（包括但不限于电力供应、物资调配），在支付应急情况下，优先满足应急场景的实际需要，形成工作预案。

3.实施数字人民币应急演练及试点工作。制定数字人民币应急状态下的演练计划，分批次在不同城市适时开展数字人民币应急演练试点工作，分别开展不同年龄段、不同职业人员的实际演练工作，以收集应急情况下数字人民币使用的群体特征。在满足应急条件下的基本生活所需的前提下，逐步扩大应急场景试点，提升数字人民币在特殊时期、特殊状况下的使用频率。

4.利用大数据等新兴技术丰富数字人民币APP 应急功能。使用大数据、云计算、区块链、物联网及人工智能等新兴技术实现应急管理点搜索、最优采买路径规划等数字人民币APP 的应急功能。将应急管理中心及相关部门的应急信息及时接入，为大数据分析提供必要的数据基础，实现兼容性与智能化。