基于区块链的高速公路建设监管平台研究

李少荣

摘要 高速公路建设是评估一个国家或地区经济发展的重要指标，对人民的出行成本和安全有着重要的影响，而监管水平直接关系到高速公路建设的质量。高速公路的建设是一个需要多方参与的复杂过程，需要做好对人、财、物的监管，监管过程中存在佐证难、溯源难、监管难等问题。针对这一现状，文章基于区块链对高速公路建设监管平台进行研究，利用区块链技术的分布式共享、去中心化、不可篡改、可溯源的技术特性，实现了对高速公路建设全过程的监督管理，确保数据的安全性和可信性。

关键词 区块链；高速公路建设；监管系统；去中心化

中图分类号 TP311.13文献标识码 A文章编号 2096-8949（2024）08-0180-03

0 引言

高速公路是现代化标志，对人民的幸福生活有着决定性的影响，是一个国家综合国力的体现。高速公路的建设是一个需要多方参与的复杂过程，需要做好对人、财、物的监管。传统的高速公路监管数据分散在多个系统中，以传统的数据库进行存储，在监管过程中存在佐证难、溯源难、监管难等问题。

传统监管方式中，监管数据通常分散在不同的系统和数据库中，由不同的机构和部门进行管理。这导致了数据一致性和准确性的挑战，因为不同系统之间的数据可能存在不一致或冲突。整合和核实这些数据变得复杂和耗时，导致监管效率低下。传统数据库通常由一个中央实体或组织进行管理和控制，这使得数据的控制权和决策权集中在少数人手中。这种中心化的管理结构容易导致数据被滥用、篡改或操纵的风险，同时也增加了数据的单点故障和风险。

针对这一现状，该文提出将区块链技术引入高速公路建设的监督管理中，构建一套统一的区块链数据基础平台，将高速公路建设过程中的关键数据上链至区块链平台，以满足数据的防篡改、数据透明、数据共享、隐私保护等需求，利用区块链技术还能大大提高作业效率。

1 相关技术

区块链由中本聪在白皮书《比特币：一种点对点的电子现金系统》中首次引入[1]，因其具有去中心化、分布式存储、不可篡改性、透明性、安全性等特点而得到快速的发展和广泛的应用。区块链的发展可以概括为三个阶段：区块链1.0阶段，以数字货币为代表，主要用于解决交易中心化问题；区块链2.0阶段，以以太坊为代表，在加入智能合约后，用户可以根据自己的具体需要开发应用；区块链3.0阶段，作为底层技术与各行各业结合，解决各行各业存在的信任问题[2]。

区块链的核心技术包括分布式存储技术、密码学技术、共识机制、智能合约[3]。分布式存储技术是指将数据分散存储在网络中多个节点上的一种存储方式，它具有去中心化、数据冗余、安全性等特点；密码学技术，如哈希算法、Merkle树、非对称加密算法，保证了数据不可逆、不可篡改和可溯源；区块链中的节点地位是平等的，需要一套高效合作的算法和机制，当前主流区块链平台采用的公式机制有POW、POS、DPOS和PBFT；智能合约的执行是由区块链网络中的节点共同验证和执行的，一旦合约被部署到区块链上，它的执行过程是不可更改的，确保了合约执行的可信度。

根据节点加入网络是否需要许可将区块链划分为公有链和私有链两类。公有链是对公共开放的，可自由加入或退出，无需身份审核，其优点在于完全去中心化，即具有较高的安全性，缺点则是达成共识速度慢、网络交易效率低。私有链需要结果组织授权才能加入区块链，其特点与公有链相反，具有较快交易速度的优点和不完全去中心化的缺陷，通常用于企业内部[4]。

2 研究现状

在发达国家中，高速公路建设监管已经非常成熟，相比之下国内对此方面的研究起步较晚，在高速公路建设监管过程中还存在很多问题。黄自良对现代管理思想和管理技术在高速公路建设质量管理中的应用进行探讨，并提出合理的对策建议[5]。刘永等在研究高速公路在整个路网体系中发挥的作用和弊端之后，总结出对于整个公路网络进行安全监督管理的基本手段[6]。

随着互联网的发展，产生了区块链技术，由于其具有布式共享、去中心化、不可篡改、可溯源的技术特性，被广泛的用于各行业的监管中。2021年刘晋等人将区块链应用于医疗废物监管领域[7]，2022年傅一旋将区块链应用于海关监管[8]，2023年纪蓉等人将区块链应用于危险化学品的监管[9]。

近些年来，区块链技术也被大量应用于高速公路建设的各个方面。2021年王若华等人提出了一种能记录和共享高速公路通行数据的区块链，为高速公路的稽查管理提供了新思路[10]；2022年杜渐等人针对取消省界收费站后高速公路清分结算系统可能面临的问题，提出一种基于区块链的全新的解决方案[11]；2023年李政等人基于区块链对公路原材料产品全链条质量管控进行研究，解决原材料产品运输配送和检验工作中的一些“不信任”问题[12]。

3 基于区块链的高速公路建设监管平台架构

3.1 高速公路建设监管平台主体

高速公路建设监管平台的主体有三个：第一个是建设单位。第二个是行业监管单位。第三个是纪检监察单位。

建设单位对监管环节的数据进行填报、自审，将自审自查数据上报监管平台，并将数据上链，做到可溯源、可信任和不可更改。对于链上数据进行自我风险监控、风险申诉及核销，并根据收到的上级督办通知进行整改回复，以期将数据填报、上链、风险整改、回复进行闭环。

行业监管单位进行数据审核、数据补充填报，同时对各建设项目申报、上链的数据进行风险监控、风险申述及核销。通过平台对发现风险问题的建设项目进行监督检查，紧盯未经审批、核准或者备案的高速公路工程建设项目进行建设的问题，紧盯审批或者核准违反有关规定的高速公路工程建设项目，紧盯违反技术标准和有关规定规划设计项目方案的问题，下发督办通知，对上级督办事项整改进行回复、对下级整改进行复查。

纪检监察单位对各建设项目进行风险监控、风险申述及核销，以平台作为监督监管手段，对异常原因进行链上溯源和研判分析，监督监管环节各项指标，落实监督检查的责任、对风险问题项目下发督办通知，并对下级整改结果进行复查。

3.2 高速公路建设监管平台总体架构

为解决高速公路建设监管过程中佐证难、溯源难、监管难等问题，提出了一个基于区块链的高速公路建设监管平台，平台总体架构如图1所示。

高速公路建设监管平台由三部分组成，即高速公路建设监管系统、区块链和传统数据库。区块链模块提供数据上链接口和数据查询接口，供高速公路建设监管系统调用，以实现数据上链和数据溯源功能；高速公路建设监管系统负责项目监管的主要业务服务；传统数据库对一些非监管关键数据进行存储。在监管过程还需要财务数据、招投标数据、信用数据，分别从交通财务综合管理系统、公共资源交易中心、公路建设市场信用系统中获取。

由于区块链在性能、数据检索等方面都不如传统数据库，如果所有数据都保存到区块链上，会对区块链平台造成过大的存储负担。故采用“区块链+数据库”的方式存储数据，只将关键的、需要追溯的数据存储到区块链平台上，其余数据则存储在传统数据中。

图1 高速公路建设监管平台架构图

3.3 高速公路建设监管平台技术架构

高速公路建设监管平台采用主流成熟的技术、分层解耦的体系结构来构建。整体技术架构可分为基础层、适配层、服务层、展示层四个层次，如图2所示。

基础层包括区块链和Jakarta EE，支撑高速公路建设监管平台的整体架构。Jakarta EE（原名Java EE）是一个用于构建企业级Java应用程序的平台和规范集合。它提供了一组标准的API和服务，用于开发和部署分布式、可扩展和可靠的企业应用程序。适配层包括区块链接口、区块链智能合约、数据加密服务、数据集成服务等基础支撑服务。服务层是平台的主要业务服务功能，具体包括三块服务：业务服务、区块链服务、通用服务。为增加技术栈的灵活性、程序的可扩展性，平台采用前后端分离的B/S架构，展示层即通过浏览器供用户进行交互。

3.4 高速公路建设监管平台功能架构

根据3.1节对平台主体职责和需求的描述，高速公路建设监管平台有两部分核心功能：一是区块链平台提供的数据上链、数据溯源功能。二是面对三类主体的业务功能，包括数据填报、数据上报及审核、风险管控、督办通知、数据可视化五个核心功能。

数据上链功能：数据上链的过程包括创建交易、签名交易、广播交易、验证交易、打包交易进区块，最终将区块添加到链上，并在网络中复制和存储数据。这个过程确保了数据的安全性、不可篡改性和去中心化特性，使得区块链成为一种可信赖的分布式数据库。

数据溯源：数据溯源过程涉及记录数据源、时间戳、数字签名、不可篡改的哈希值、智能合约审计。记录数据源，确保每个数据条目都附带了相关的数据源信息，以标识数据的来源；时间戳，每个数据记录都应包含时间戳，以标识数据创建或修改的时间；数字签名，用户使用私钥对交易和数据进行数字签名，以验证其真实性和完整性；不可篡改的哈希值，对每个数据记录计算哈希值，将哈希值存储在区块链上。智能合约审计，利用智能合约来实现数据溯源规则，智能合约可以确保数据只能按照特定规则进行更新和修改，同时记录数据的历史。

数据填报功能：该功能提供监管环节数据的新增、导入、编辑、删除功能，供建设单位对监管环节的数据进行填报和自我审查。

数据上报及审核功能：数据上报及审核功能包括数据确认、提交申报、数据撤回、数据审核四个子功能。数据确认，建设单位在进行相关数据新增编辑后，在提交申报前可对数据进行二次检查确认，来确保提交申报的数据的准确性。提交申报，在对相关数据进行确认后，可以提交申报，进入数据审核阶段。数据撤回，对审核流程中的数据，提供申报人可进行数据撤回的功能。存在已提交到审核流程但发现需要修改部分内容的数据时，申报人可进行撤回修改后再申报，但不能撤回审批已结束的数据。数据审核，为确保各单位填报数据的准确性和完整性，需对所填报的数据进行相关审核，包括建设单位自审、行业监管部门及纪检监察部门的审核等。审核完成的数据将进行上链存证，用于作为上级单位监管及廉洁风险识别的依据。最终目的是通过数据审核来确保溯源数据的可靠性。

风险管控功能：建设单位可对风险进行扫描、监控、认定、忽略、撤销忽略等操作；通过风险扫描结果可生成风险报告，实现报告在线浏览、下载等功能。

督办通知功能：督办通知板块中，各建设单位部门可对各项目下发督办通知，并对下级单位的回复进行复查，即督办通知功能包括督办信息、督办整改、督办复查三个子功能

数据可视化：链上数据的综合信息情况、工程项目整体情况汇总、信用账户评价总览信息。链上数据的综合信息情况包含区块高度、上链交易总量、当日出块数、当日上链交易量；工程项目整体情况汇总包含项目总数、项目阶段统计、项目支付情况汇总、项目执行状态分析；信用账户评价总览信息，不同类型企业的信用等级汇总数据、高风险企业预警。

4 结束语

高速公路建设监管是高速公路建设工作中不可缺少的一环，该文通过对传统监管存在的问题、区块链的技术特性和相关研究现状进行分析后，提出了基于区块链的高速公路建设监管平台。该平台可以帮助高速公路监管单位汇聚监管关键数据、提升数据安全水平、保证数据不被篡改，有效推动了高速公路建设监管工作的实施。

参考文献

[1]方鹏， 赵凡， 王保全， 等. 区块链3. 0的发展、技术与应用[J/OL]. 计算机应用： 1-14[2024-04-16].

[2]吕小瑞. 基于区块链的内容发布平台的设计与实现[D]. 北京：北京邮电大学， 2020.

[3]钱正浩. 基于区块链的医疗保险与电子医疗业务联动系统的设计与实现[D]. 南京：南京邮电大学， 2022.

[4]胡南方. 基于区块链的电子投票技术研究与实现[D]. 南京：南京邮电大学， 2022.

[5]黄自良. 高速公路建设管理中的现代管理模式[J]. 企业科技与发展， 2010（10）： 106-108+111.

[6]刘永， 林鹰， 王勇， 等. 物联网环境下的重庆高速公路网运行管理信息系统研究[J]. 科技管理研究， 2014（23）： 156-161.

[7]刘晋， 王晖. 区块链智能合约技术在医疗废物监管领域的应用[J]. 医学信息学杂志， 2021（12）： 55-60.

[8]傅一旋. 区块链背景下推进海关监管的路径研究[D]. 上海：上海海关学院， 2022.

[9]纪蓉， 徐燕， 唐雷. 基于多重代理重签名的危化品全过程溯源区块链可监管智能合约协议[J]. 电脑知识与技术， 2023（22）： 85-87.

[10]王若华， 焦健， 石晋平. 一种基于超级账本的高速公路通行数据区块链[J]. 北京信息科技大学学报（自然科学版）， 2021（2）： 69-75+81.

[11]杜渐， 谭裕安， 钟林， 等. 基于区块链的高速公路收费清分结算[J]. 中国交通信息化， 2022（11）： 18-24.

[12]李政， 陈宏斌， 杨延平， 等. 基于区块链的公路原材料产品全链条质量管控应用研究[J]. 公路， 2023（8）： 237-241.