基于区块链技术的辐射事故应急管理系统设计

吴明明 赵琛 邹斌 汪明辉 袁梦扬

摘  要：放射性设备的应用发展导致辐射事故增多，对环境和公众健康产生威胁，需建立高效可靠的辐射事故应急管理体系。传统辐射事故应急管理系统存在数据孤岛、信息不透明等问题，而基于区块链技术的辐射事故应急管理系统具有去中心化、数据不可篡改、高度安全等特性，可实现应急响应流程自动化和智能化，提高响应速度和效果。区块链技术在辐射事故应急管理系统中的应用可有效解决传统管理系统存在的问题，提高管理效率和效果，为保障环境和公众健康提供技术支持。

关键词：区块链技术；辐射事故；应急管理；数据共享；信息安全

中图分类号：TN919      文献标志码：A          文章编号：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

随着放射性设备的发展应用，辐射事故的发生概率逐渐增加。辐射事故具有突发性、危害大等特点，对环境和公众健康构成严重威胁[1]。因此，建立一套高效、可靠的辐射事故应急管理体系至关重要。传统的辐射事故应急管理存在数据孤岛等问题，难以满足现代应急管理的需求[2]。区块链技术作为一种新兴的信息技术，具有去中心化、数据不可篡改等特性，为解决这些问题提供了新的思路。

1  辐射事故应急管理领域问题的提出

1.1  辐射事故保障队伍

近年来，随着核能技术的快速发展和国际核事故的频发，辐射事故应急管理队伍存在的问题和不足逐渐显现出来。核应急保障队伍的建设一直备受关注。目前，各省市所具有的放射性设施不断增加，但相应的应急管理人员数量却未能跟上，这导致在应对辐射事故时，人员调配困难，无法及时有效地开展应急处置工作[3]。此外，现有应急管理人员中，具备专业知识和经验的人员比例不高，这在一定程度上影响了应急处置的效果。

1.2  辐射事故物资管理

辐射事故属于概率性很小的偶发性事故，故应急管理队伍的装备设施的资金投入与实际需求相比往往存在一定差距[3]。同时，由于很多物资经常应用于应急演练、日常训练，出现部分装备老化、更新不及时，导致在应对突发事件时，装备保障能力不足。此外，部分装备的配置也不尽合理，无法满足多样化的应急处置需求。

1.3  辐射事故通信

辐射事故应急管理队伍的协调联动机制有待完善。在应对核事故等突发事件时，需要多个部门、多方力量协同作战[4]。然而，辐射事故应急管理队伍作为各省市环保局下的一个小分支，与相关部门的协调联动不够顺畅，信息传递存在延时，导致应急处置效率低下。此外，其与周边省市的辐射事故应急管理机构也缺乏有效的沟通与协作，未能形成有效的区域联防体系。

1.4  辐射事故安全管理

辐射技术应用日益拓展，但辐射安全监管任务日益繁重，人员匮乏，严重影响了工作的正常开展[5]。辐射安全监管力量不够，特别是在县（市、区）级，辐射监管能力建设薄弱，人员变动频繁，人员少、兼职多，缺少监测技术人员、车辆、设备，日常监测工作未能有效开展，现场监管能力严重缺少，监管人员防护设备亟待完备，现有监管人员管理素质亟待提高。另外，地级市的现有监测设备无法满足开展土地、空气、水体等辐射环境项目监测的要求，放射性物品运输监管、放射性废物品安全处置的监管、事故预警和应急处置等方面能力也需进一步提高。

2  基于区块链的辐射事故应急管理系统方案设计

2.1  总体架构设计

利用区块链技术构建辐射事故应急管理系统整体运行机构，如图1所示。

辐射事故应急管理系统是一个复杂的系统，涉及多个部门、多方利益相关者，以及大量的数据和信息。通过区块链技术，可以将各个部门的相关信息作为节点记录在链上，保持信息互通，实现信息的透明化和可追溯性，减少了信息传递的延误和误差，解决了信息的孤岛现象，而且由于数据存储在去中心化的协作平台中，有效地保障了记录数据的可靠性，避免了数据丢失和损坏，即便一方数据缺失也可从平台快速恢复数据。地质、水利、气象和环境部门等相关组织机构构建成一个辐射监测区块链网络，在监测区块链网络中，各部门针对性地采集监测辐射数据，并将各自现有的辐射信息系统同步到区块链网络中，确保各部门实时、全面地共享检测辐射数据，提供更加全面、准确的数据支持。当监测到辐射数据异常或辐射事故发生时，融合安监部门把涉及的各部门拉入形成一个应急区块链网，实现应急响应流程的自动化和智能化，提高响应速度和效果。例如，利用智能合约等技术，可以快速触发应急响应机制，自动分配资源和人力，实现快速响应。

系统整体功能如图2所示。

资源信息管理：可以实时查询和创建各类应急资源信息，如救援队伍、医疗设备、防护装备等，确保应急响应的高效性和资源调度的准确性。

任务信息管理：可以实时查询、创建、更新应急响应任务，如现场调查、伤员救治、污染控制等，确保应急响应的有序性和任务执行的时效性。

事故信息管理：可以实时查询和上报辐射事故信息，如事故发生时间、地点、规模和影响范围等，确保应急响应的针对性和事故处理的及时性。

事后信息溯源：可以追溯任务信息和事故信息的历史记录，如任务执行过程、事故处理过程等，有助于分析事故原因、评估应急响应效果、改进应急管理策略。

2.2  辐射事故应急处理流程

在传统的应急管理系统中，发生事故时往往采用层层汇报的方式来开展，上层组织召集各方部门，协调各方资源后再安排辐射事故应急处理任务。由于辐射事故的特殊性，当发生辐射事故时，如未及时开展应急处置，很容易造成辐射扩散，成倍增加辐射风险，加大辐射事故应急处置难度。通过区块链，辐射事故应急小组和平台信息发布人员可直接沟通协调，不需要层层汇报来解决问题，有效提高了辐射事故应急工作的效率，并让各项资源得到了充分利用。辐射事故发布和处理流程如图3所示。

当发生辐射事故时，政府或相关各个部门召开辐射事故应急处理会议，并执行应急小组、资源等的分配，将当前辐射应急小组的人员信息、拥有的应急资源信息记录上链。根据辐射事故的类型、地点等信息，制订好相应的处置计划，启动应急预案，并将执行的辐射应急小组信息、任务执行内容、所需的辐射应急装备资源信息等完成上链，信息录入者的信息在该过程也会同步记录，以备后续溯源。辐射应急小组、指挥人员、各相关部门可实时查看正在执行的任务信息，当任务执行完成后，该辐射应急小组即处于待命状态，可加入新的应急任务。如果后续需要更新辐射事故或者出现了新的辐射事故，用户可将辐射具体情况、发生地点等信息上链。主要的辐射事故应急处理流程如图4所示。

2.3  辐射事故管理文件存储

带辐射的装置或设备的应用管理非常严格，相关管理文件均需进行记录存储，对于辐射事故的管理文件亦是如此。区块链存储有着很多传统的中心化存储没有的优势，比如提高了数据共享度、防止数据被删除篡改、提高了信息溯源的准确性。辐射事故应急处理过程中，需随时进行相关信息，如文件、文字、图片和视频等各类信息的上链，大量的上链信息会带来节点存储压力，因此区块链节点不适合存储这类文件。通过链与脱链相结合的方式来存储，有效避免对数据信息的读写和数据库性能的影响。

在文件存储完成后，为确保文件的完整性和安全性，防止文件被篡改或丢失，将文件的存储路径和文件哈希值记录在区块链中。文件的存储路径和文件哈希值可以作为数据源头的证明，当需要对辐射事故数据进行追溯时，可以通过区块链中的记录，找到原始的数据文件和存储路径，从而确保数据的准确性和可靠性。后续需要溯源时，仅需通过查询该文件在区块链中对应的存储地址，去服务器中查找文件，通过计算文件的哈希值与区块链中存储的哈希值对比，来判断原文件是否可靠[6]。文件服务器的建立过程如图5所示。

2.4  辐射事故信息与任务信息溯源

在辐射事故数据的溯源中，若发现信息上传错误或发布谣言，可通过溯源来核实信息真伪，删除错误信息并发布更正信息，追踪谣言源头并进行相应处理和责任认定，基本溯源过程如图6所示。

3  区块链技术应用实施的挑战与解决方案

3.1  挑战

在辐射事故应急管理系统中，区块链技术的应用既存在非技术性的挑战，也存在技术性的挑战。

非技术性挑战主要包括以下内容：①法规和政策限制。在许多国家和地区，区块链技术和加密货币仍然受到严格的监管，这可能会影响到区块链技术在辐射事故应急管理中的应用。此外，政府机构可能需要遵守特定的数据保护和隐私法规，这些法规可能与区块链技术的匿名性和去中心化特性相冲突。②公众接受度。尽管区块链技术具有许多潜在的优势，但公众对这项技术的接受程度仍然是一个问题。许多人可能对区块链和加密货币持怀疑态度，认为它们是骗局或不安全的。因此，推广区块链技术在辐射事故应急管理中的应用可能需要大量的教育和宣传工作。③跨部门合作。辐射事故应急管理通常需要多个部门和机构的密切合作。然而，区块链技术的去中心化特性可能会导致协调和合作的困难。各个部门和组织可能需要就如何使用区块链技术达成一致，并确保所有参与者都遵循相同的标准和规范。④数据安全和隐私。虽然区块链技术本身具有很高的安全性，但在实际应用中，数据安全和隐私仍然是一个重要的问题。在辐射事故应急管理中，涉及的数据可能包含敏感信息，如个人身份信息、地理位置等。因此，需要确保区块链系统的设计能够充分保护这些数据的安全和隐私。

技术性挑战主要包括以下内容：①区块链技术难以在辐射事故应急管理系统中部署。区块链技术作为一种新兴的分布式账本技术，具有许多独特的优势，如去中心化、安全性高、透明度高等等。然而，由于其技术性和复杂性，特别是在基础算法方面的复杂性，区块链技术可能会对系统的可扩展性、互操作性、性能效率产生影响。区块链技术的复杂性可能会导致系统在处理大量数据或高并发请求时出现性能瓶颈。这是因为区块链技术需要所有节点都达成共识，才能完成数据的写入和更新。当系统需要处理大量数据或高并发请求时，这种共识机制可能会导致系统性能下降，从而影响系统的整体效率。另外，区块链的去中心化共识机制需要大量的电力和计算资源。这是因为区块链技术需要通过大量的计算和验证来保证数据的安全性和可信度。这种计算和验证过程需要大量的电力和计算资源，从而增加了系统的运营成本。此外，辐射事故应急管理系统需要处理大量的数据和信息，包括辐射监测数据、人员疏散信息、医疗救助信息等等。这些数据和信息都需要在短时间内得到处理和更新，以保证系统的实时性和准确性，而区块链技术的性能瓶颈和运营成本问题可能会使得这种应用变得更加困难。②区块链技术与政务系统集成较为困难。辐射事故应急管理涉及环境部门、安监部门等多个部门的协作和信息共享，而这些部门都有自己的政务系统和数据标准，如何将这些系统与区块链技术进行集成，实现数据的互通和共享，是一个非常大的难题。主要技术原因为各部门使用的政务系统和数据标准可能存在差异，这需要区块链技术具备强大的兼容性和可扩展性，以便能够适应不同的系统和数据格式，其次各部门之间的数据共享和互通需要得到法律法规的支持和授权，以确保数据的合法性和安全性，最后各部门之间的数据交换和共享需要建立统一的数据管理和隐私保护机制，以保护个人隐私和企业机密。

3.2  解决方案

为了克服区块链技术的挑战并充分发挥其优势，需要不断研究和探索新的技术和方法。例如，通过优化基础算法和提高系统可扩展性，可以降低区块链技术的复杂性，提高其性能效率。此外，采用更为节能的共识机制也可以降低区块链技术的运营成本，使其在辐射事故应急管理系统等资源受限的环境中得到更广泛的应用。

对于性能问题，可以通过优化区块链的共识算法（如采用更快的共识算法）或者使用侧链、二层解决方案等技术来解决。对于安全问题，可以通过提高区块链的网络规模（如增加更多的节点）或者使用更安全的共识算法（如PoS）来解决。对于法规和政策问题，需要通过立法和政策的制定来解决。例如，可以制定专门的区块链法律，明确区块链的法律地位和使用规则。此外，也可以通过政策引导，鼓励政府部门和企业使用区块链技术。对于跨部门协作问题，需要通过建立统一的区块链标准和协议来解决。例如，可以建立一个全国性的区块链联盟，统一区块链的技术标准和使用规范。此外，也可以通过培训和教育，提高各部门对区块链技术的理解和接受程度。

4  结束语

区块链技术在辐射事故应急管理中的应用具有巨大潜力，有望解决传统辐射事故应急管理中存在的问题。通过构建基于区块链的辐射事故应急响应平台，可以实现数据共享、信息透明、系统安全，提高应急管理的效果和效率。然而，要实现这一目标，还需要克服技术、法规、政策等方面的挑战。未来，应进一步加强区块链技术的研究和应用，推动辐射事故应急管理体系的创新发展。

参考文献：

[1] 于小菲.共享视角下区块链赋能突发事件应急物流完善研究[J].河北企业，2023（7）：76-78.

[2] 陈华平，王璇.区块链技术在应急管理领域的应用与发展探究[J].华东科技，2022（12）：63-65.

[3] 闫志全.基于区块链的应急物资捐赠与调度系统研究与实现[D].郑州：河南工业大学，2022.

[4] 樊博，于元婷.数字政府建设中的区块链技术应用[J].东吴学术，2022（5）：56-63.

[5] 马文婷，张俊文.基于区块链技术的生产应急管理系统设计[J].中国新技术新产品，2022（15）：53-55.

[6] 王赢.基于区块链技术的突发事件预警信息系统构建研究[J].情报杂志，2022，41（7）：145-150.