區塊鏈在GIS行業的應用探索

歐陽光

摘? 要：本文首先簡單概述了GIS行業發展歷程，分析了GIS行業目前存在的問題;然后，結合區塊鏈技術的特征，提出了區塊鏈技術在解決GIS行業困境的解決思路;最后，結合典型的實際應用案例，詳細闡述了區塊鏈在不動產登記、食品運輸和溯源、分布式地圖生態構建等方面的應用。未來，隨著區塊鏈技術的成熟，區塊鏈將更多地應用于與GIS密切相關的國土空間規劃與用途管制、不動產登記與交易、自然資源資產與權益管理、重要物品物流位置管理、城管執法管理等領域，創造新的應用價值。

關鍵詞：區塊鏈? GIS? 行業應用? 地圖

中圖分類號：TP311.1 ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2021）03（a）-0137-03

Application of Blockchain in GIS Industry

OU Yangguang

（Beijing Beizi Information Engineering Consulting Co.， Ltd.， Beijing， 100123 China）

Abstract： This paper first gives a brief overview of the development process of GIS industry， and analyzes the existing problems of GIS industry; then， combined with the characteristics of blockchain technology， it puts forward the solutions of blockchain technology in solving the difficulties of GIS industry; Finally， combined with typical practical application cases， it elaborates the application of blockchain in real estate registration， food transportation and traceability， and distributed map ecological structure. It is also applied in the construction and other aspects. In the future， with the maturity of blockchain technology， blockchain will be more and more applied to the fields closely related to GIS， such as land space planning and use control， real estate registration and transaction， natural resource assets and rights management， important goods logistics location management， urban management and law enforcement management， etc.， creating new application value.

Key Words： Blockchain;? GIS;? Industry application;? Map

區塊鏈作為點對點網絡、密碼學、共識機制、智能合約等多種技術的集成創新，開創了一種在不可信的競爭環境中低成本建立信任的新型計算范式和協作模式[1]。在2019年10月中共中央政治局的第十八次集體學習中，習近平強調了要把區塊鏈作為核心技術自主創新的重要突破口，加快推動區塊鏈技術和產業創新發展。在政策、技術、市場的多重推動下，區塊鏈技術正在加速與GIS行業的融合，突破原有行業的桎梏，創新GIS業務運作模式和應用領域[2]。

1? GIS發展過程中存在的問題

從GIS技術引進我國以來，已歷經半個世紀的發展。在應用領域上，從僅在測繪、規劃、國土等GIS強關聯部門的應用，普及發展到我國國民經濟的各行各業;應用主體從政府、企業的行業應用，發展到地圖定位導航等與廣大人民的生活緊密相連的個人應用;技術架構從桌面GIS發展到C/S架構的局域網GIS，B/S架構的WebGIS，到今天的基于原生云架構的云化GIS;技術融合從二維GIS發展到二三維一體化GIS，從反應某一時段的靜態GIS發展到物聯網實時GIS應用，從室外GIS發展到與BIM、VR/AR等技術融合發展的室內室外GIS一體化[3]。在GIS取得前所未有的巨大發展成就的同時，也還存在很多的發展難題和瓶頸，主要體現在以下幾點：

（1） GIS數據采集成本高，數據不一致現象頻發;（2）GIS數據容易被篡改，數據的真實性難以保障;（3）GIS數據信息孤島嚴重，數據融合共享困難;（4）GIS數據安全管控弱，數據安全性難以保障。

2? 區塊鏈在GIS行業的解決思路

對照上述GIS行業應用和發展中存在的問題，區塊鏈技術的數據分布式存儲、多方共同維護，防篡改、可追溯，安全性高等特征使之可以在GIS行業中充分發揮技術的優勢，解決目前GIS行業在數據采集、數據共享、數據安全應用等方面的問題[4]。

2.1 區塊鏈解決GIS數據采集問題

對于上述GIS數據采集面臨的困境，利用區塊鏈分布式存儲、共同維護數據的特性，采用眾包、物聯網等方式進行分布式地圖數據采集，并結合token激勵機制，激勵人員一起參與地圖數據的采集工作，從而降低GIS數據采集成本。另外，基于區塊鏈技術的各節點通過基于數學邏輯的共識機制，各節點自動共同維護數據，并在各節點之間達成一致，可以確保區塊鏈各節點的數據嚴格同步，不會出現數據不一致、數據版本沖突等問題[5]。傳統的GIS分布式空間數據庫存儲的是特定時刻的最新GIS數據，而區塊鏈存儲的是完整的交易數據，包括GIS歷史數據、現勢數據和日志數據，解決了GIS數據更新中原數據和更新數據關聯的問題[6]。

2.2 區塊鏈解決GIS數據防篡改問題

基于區塊鏈技術的防篡改特征，區塊鏈上的數據是加密后進行傳輸和訪問，就算是被截獲也很難修改具體內容;其次，區塊鏈節點通過智能合約進行預設事件觸發、自動執行，被惡意修改的數據必須通過大多數節點的驗證和共識才能進行修改;再次，區塊鏈是對等的分布式網絡，如果攻擊者想要修改區塊鏈中的數據，必須對區塊鏈中每個節點的數據進行修改，而這種可能性微乎其微。因此，通過區塊鏈技術能保證已在鏈上的GIS數據不被篡改，可以更好地維護GIS數據的真實性和權威性。

2.3 區塊鏈解決GIS數據共享問題

區塊鏈技術開創了一種在不可信的競爭環境中低成本建立信任的協作模式，對提升機構運行效率，降低信息交流成本，打破信息孤島有著難以比擬的優勢。基于區塊鏈技術構建的GIS應用系統，參與系統構建的各單位都會對應一個區塊鏈節點，每個節點都有一個完全相同的數據副本，并且通過共識機制使各節點的數據賬本達成一致，從而實現了各部門之間GIS數據的共享。此外，針對GIS數據共享中存在的數據權屬難以確定，數據難以全過程追溯問題，區塊鏈技術通過數字簽名機制實現了身份的防抵賴，通過對交易的查看，可以確認交易者的身份，這就保證GIS數據的來源、共享、交換過程都可以追溯到，既可滿足各行政主體對其獲取數據權屬進行認證的需求，也可以實現各主體間高效率數據交流的技術應用，重建政府部門之間數據共享的互信機制。

2.4 區塊鏈解決GIS數據安全問題

區塊鏈作為典型的分布式應用，多個節點擁有完整的服務能力及全量數據，部分節點的異常或者惡意行為不會影響整體服務的可用性和連續性，解決了傳統C/S、B/S架構GIS系統中由于服務端數據被破壞導致的系統崩潰的問題;另外，區塊鏈技術防篡改、可追溯的特征，保證了系統中數據的真實性和完整性，可以有效防范因內外部對服務端數據篡改帶來的安全隱患。

3? 區塊鏈在GIS行業應用領域

區塊鏈技術結合GIS行業和應用需求，落地的項目主要是不動產登記、物流運輸跟蹤等業務領域，以及構建GIS分布式地圖生態，用于GIS數據的分布式采集和地圖服務等。區塊鏈在GIS行業的業務應用大都以政府業務為主，由于對參與的單位有嚴格的身份限制和要求，往往采用聯盟鏈的部署方式。區塊鏈在GIS分布式生態構建方面，由于需要公眾或社會機構的廣泛參與，以公有鏈構建方式為主。下面，將闡述區塊鏈在不動產登記、食品運輸和溯源、分布式地圖生態構建等方面的具體應用情況。

3.1 不動產登記

在保證不改變現有管理方法，不增加業務人員操作成本、不改變登記流程的前提下，引入區塊鏈技術，在房產開發商、房產部門、國土部門、稅務部門等機構之間建立房產登記的聯盟鏈，由于房產、國土等部門都屬于強GIS應用部門，通常具有GIS專業集群和中心化的GIS空間數據庫，并且大都已投入大量資本去采集和構建地理空間數據，可在已有的基礎上構建聯盟鏈對等節點。房產登記GIS業務系統各個聯盟節點將在共享一張底圖的基礎上，將土地歷史登記數據上鏈，使土地歷史登記數據和“一張圖”的土地圖形數據進行整合，搭建包括建設用地使用權、房屋等建筑物所有權等在內的十大類不動產權利的登記管理體系。由于土地歷史登記數據一經上鏈不可篡改，對數據的修改過程和結果都會被準確記錄，相較傳統共享方式，區塊鏈的這種包含過程變化的共享數據，具有更高的可信度。其次，區塊鏈采用加密技術和隱私保護技術，將不動產權人信息和不動產信息分離加密保存，保護不動產信息安全和產權人隱私;查詢人須經過簽名機制認證才能獲取授權，再使用私鑰解密產權人公鑰加密后的查詢數據，有效避免數據分享中的隱私泄漏、偷盜篡改、冒用濫用等問題。通過建立聯盟鏈環境，給不同節點賦予不同的合約操作權限，進而執行相應的智能合約，實現交易的可溯源、反欺詐和自動執行，釋放信任體系的價值。最后，借助區塊鏈的有效權責管理機制，將監管人和執行人完全隔離，切實發揮監管作用。

區塊鏈技術在不動產登記業務中的應用，可以有效避免人民群眾在辦理不動產登記中的重復提交資料，在不同政府部門之間來回奔波的問題，大幅提高國土、房產、稅務等部門在協同辦理中的工作效率，創新不動產登記業務模式和應用新生態。

3.2 食品運輸和追蹤

在食品生產企業、食品物流提供商、經銷商等之間構建食品運輸和溯源的聯盟鏈系統，以部分運輸站點、食品生產企業等為記賬節點，記錄食品達到站點時當前狀態下的物流信息，所有運輸站點的信息將每隔一段時間被記賬節點打包生成一個區塊存儲上鏈，記錄食品運輸和流轉的每一個環節。由于使用分布式存儲和共識技術，區塊鏈上所有合作伙伴都知道這一事實，這讓協作各方都能輕松的核實信息來源;食品供應鏈上的每個環節，都能清楚的看到食品運輸情況，供應鏈上出問題的環節也將原形畢露，因為節點只能篡改自己本地的信息，無法對整個區塊鏈網絡進行更改，從而方便了進行責任追究;基于區塊鏈的可追溯特性，相關方如果擅自修改某節點服務器上的數據，數據一旦修改就會立刻同步到包括監管方在內的所有節點，可以快速檢測和追溯到數據被篡改的問題。

3.3 分布式地圖生態構建

GoWithMi（高維地球）通過綜合應用區塊鏈技術、GIS技術和邊緣技術計算等，使得GIS地圖的使用、更新和維護可以由任何人（節點）發起并自治執行，全部過程不依賴任何中心化機構。針對GIS數據的采集，GoWithMi（高維地球）設計出一款“空間數據礦機”的終端產品，使用者將“空間數據礦機”固定在車上后，設備自帶攝像頭和AI芯片將自動識別沿途的交通指示牌、車道線、路口轉彎線等POI空間數據，并使單地圖數據采集時間由十幾分鐘（純人工數據采集）變成十幾毫秒，極大地加速了數據采集過程。為了激勵企業、機構或個人積極參與GIS數據的采集和更新，GoWithMi（高維地球）建立了基于數字貨幣的獎勵系統，節點（用戶）參與GIS數據采集和更新將獲得數字幣（創建者將得到數據采集更新所獎勵數字幣的60%），下載GIS數據消費數字幣，GIS數據瀏覽免費。為了保證平臺中數據的質量，系統對平臺中的數據采集和更新采用區塊鏈的數據審核驗證和確認機制，初步審閱者和最終審閱者將分別得到數據采集更新所獎勵數字幣的15%和25%。

4? 結語

目前，區塊鏈在GIS行業的應用探索階段，由于區塊鏈技術在系統性能、隱私保護、區塊鏈間的互操作、應用安全性等方面都存在諸多不足，以及GIS數據本身的敏感性，導致區塊鏈在GIS行業的商業化應用和落地比較困難。未來，隨著區塊鏈技術的成熟，區塊鏈將更多的應用于與GIS密切相關的國土空間規劃與用途管制、不動產登記與交易、自然資源資產與權益管理等、重要物品物流位置管理、城管執法管理等領域，創造新的應用價值。

參考文獻

[1] 程夢瑤.超圖將高新技術融入地理智慧[J].軟件和集成電路，2020（10）：60-62.

[2] 李亞珍，郭建文，吳阿丹.區塊鏈技術在地學數據共享中的應用可行性分析[J].遙感技術與應用，2020，35（4）：759-766.

[3] 楊一明，張雅卿，田慶.創新GIS軟件技術助力新型基礎測繪發展[J].中國測繪，2019（7）：31-33.

[4] 王玲，李倩，王金曉.我國區塊鏈行業及典型機構專利地圖分析[J].科技管理研究，2019，39（20）：161-168.

[5] 湯佳麗.協作式信息搜索中基于共享心智模型的團隊認知機制研究[D].南京：南京理工大學，2019.

[6] 高琰晨.基于區塊鏈技術的物流信息追溯機制研究[D].杭州：浙江工業大學，2019.