區塊鏈技術在氣象業務服務中的應用

李寶華 達海鈺 馬守存 馬玉芳 鄭 玲 周 丹

（青海省氣象服務中心，青海西寧 810000）

區塊鏈是伴隨比特幣產生的一種新技術，繼人工智能、大數據和物聯網，區塊鏈技術被稱為能推動第五次科技技術革命的重要技術。區塊鏈3.0階段，應用范圍從最初的金融領域延伸到更多行業領域[1]，在生態保護、精準扶貧、商貿零售、智能制造、醫療健康、企業融資等方面打破了傳統方式的技術壁壘和影響弊端，“區塊鏈+”成為新的流行趨勢，激發了創新活力和探索空間，未來經過不斷的技術完善和發展研究，區塊鏈能重塑很多行業的發展模式和人們的生活方式[2]。

區塊鏈的優勢在于創建一個信任的集體業務流程，因為沒有一個企業是可以孤立運作的，多個組織機構合作取得的效果大于任何一個組織機構單打獨斗。通過集體知識來制定規則，能大大提升效益，而在氣象領域部門間的聯動機制尤為重要，縱向有國家級氣象局和各省、市（州）、縣三級業務往來，橫向有公眾氣象服務、水文、生態、能源和政府決策部門等合作機制，因而“區塊鏈+氣象”是氣象領域的一大機遇和挑戰。

1 區塊鏈技術簡介

1.1 區塊鏈技術特點

區塊鏈技術并不是簡單的一種技術，而是一系列的技術組合，簡單而言就是一個分布式的公共記賬本，這個賬本由各個區塊“鏈”在一起[3]。在傳統記賬系統中，記賬權掌握在中心服務器中，而在“區塊鏈”這個賬本中，鏈條上的每一個點都能在上面記錄信息，構成點對點的記賬系統，每個節點各司其職、互不干擾，這種中心多元化的特質也就是去中心化的特質，是區塊鏈的核心屬性之一，是最根本的特征保證。此外，還包括不可篡改、全程留痕、可以溯源、公開透明、互相信任的特征。其關鍵技術包括P2P動態組網、點對點通信、密碼學、共享賬本、共識機制、智能合約、區塊鏈數據結構等。由此可見，區塊鏈并不能簡單地被認為是一種技術，而是一系列的技術組合。

1.2 區塊鏈技術發展的戰略意義

2019年10月24日，在中共中央政治局第十八次集體學習中，習近平總書記指出：發展區塊鏈技術，是技術創新的突破，要加強區塊鏈標準化研究，提升國際話語權和規則制定權，要推動區塊鏈和實體經濟深度融合；要把依法治網落實到區塊鏈管理中，推動區塊鏈安全有序發展。區塊鏈未來發展潛力巨大，它具有傳統技術架構不可比擬的優勢，是一種新的思維和技術，建立了一種可被量化的新的信任方式，區塊鏈成為下一個信任的基石，靠的不是信譽，而是技術，對于監管體系的變革和創新有重要意義。

2 區塊鏈技術與氣象領域融合

2.1 區塊鏈與氣象數據存儲

現有的氣象數據存儲有很多不便之處：一是氣象數據量龐大，但是數據存儲分散，很多數據不能被充分利用，減少了數據自身的價值可能性；二是中央服務器控制數據的傳遞和存儲，中心化存儲負擔大，服務器容易受到黑客攻擊或者發生斷電等，嚴重影響氣象業務使用，造成秩序混亂；三是氣象數據的共享和流通性較差，難以實現數據流通價值。

首先，區塊鏈技術中的分布式記賬技術在很大程度上能優化現有的氣象數據存儲和傳輸功能[3]。分布式記賬，即交易記賬是由分布在不同地方的多個節點共同完成，每一個節點記錄的都是完整的賬本，節點之間是平等的地位，不是多副本模式，而是更先進的編碼模式，可以互相監督，節點越多，存儲成本越低，可避免一方節點被破壞或篡改所帶來的負面影響，保證了數據的安全性和可靠性，異地容災性更強，單在這一點上，區塊鏈的存儲性能就比云存儲具有巨大優勢。其次，區塊鏈對降低數據的重復率有良好的性能。數據去重能將成本降低5～10倍[4]，加之每個存儲節點的建設成本較低，可操作性較強。最后，區塊鏈在信任、共識和數據隱私保護的前提下，可以實現鏈上多方協作的數據計算，有望解決“數據孤島”和“數據壟斷”的問題，實現氣象數據的高效應用和流通價值[5]。

2.2 區塊鏈和氣象預警發布

傳統的氣象預警信息短信表面上看是按了“發布”鍵，就能到公眾手機里，實際上在這期間后臺的中央服務器發揮了關鍵作用，預警信息要先到中央服務器，經過服務器確認處理，再傳送到公眾的手機里（圖1）。顯而易見，一旦中央服務器出現故障，發布流程就會處于癱瘓狀態，無法及時傳送氣象預警信息。區塊鏈的點對點技術通過多節點復制數據，有防故障功能，并不需要依靠一個中央服務器來傳送數據，比如節點A和節點B可以直接通信，并不需要第三方服務器[6]。這種節點之間是平等的，并沒有服務器和客戶端的概念，交易的節點會記錄整個過程（圖2），對于預警信息發布的及時性和節約成本有重要意義[7]，在重大氣象災害中追究社會責任時，可以追溯是否是因為氣象預警信息的遲發或者漏發導致人員傷亡或經濟損失。

2.3 區塊鏈與氣象軟件、硬件維護

氣象軟件、硬件設備的維護保障作業對于數據的可靠性和安全性至關重要[8]，而像大氣本底監測儀器、天氣雷達、氣象衛星等設備的維護保養耗時較長，成本較高，利用區塊鏈技術，可將氣象設備的生產廠家、采購過程、安裝過程、維護過程進行整合和追溯，真正實現一設備一碼的全流程溯源，顯著提升效率。氣象業務人員通過掃描二維碼，便可了解該設備的產地、廠家、型號、維養過程等。

例如，位于青海省海南藏族自治州共和縣的瓦里關大氣本底基準觀測站的大氣成分觀測儀器自身價值較高，一旦遇到雷擊等導致較大損壞，維修過程較為艱難，整個過程需要耗時1周甚至1個月，成本大、耗時長、儀器容易磨損，對于大氣監測數據的安全性也是很大的挑戰。部分原因可歸咎于設備維修信息并沒有數字信息化，基于競爭保護等原因，廠家不愿意共享維修知識。

利用區塊鏈的確權和獎勵機制，鼓勵知識共享，將已處理的工單標識和維修記錄數據對應存儲在區塊鏈，當維修記錄數據被引用時，給予廠家相應的獎勵，氣象保障人員根據記錄，就近購買相符的零部件，在零部件廠家的協助下完成修理過程，最后把此次修理交易過程記錄在區塊鏈上，記上時間戳，以此建立一個公開信任的時間溯源機制，為交易的參與者提供了低成本、高效益的溝通方式。在區塊鏈不同節點上，從申購、采購、維護到最后的資產處理都有實時動態信息，促進了各方的信任關系和高效協同。

2.4 打通交通氣象一張網

現有的交通氣象服務由氣象服務中心開展，全省共有39個交通氣象站，氣象服務中心向交通部門提供不同時次的精細化網格天氣預報、實況監測信息以及災害性天氣預報預警，在重大活動保障中提供更為精細的路段反衍天氣產品。這種單向的氣象服務方式存在一些弊端，如無法真正了解交通部門的氣象需求，很難開展隧道、坡道、轉彎、道路不平整等交通事故易發點精細化的氣象服務。利用區塊鏈的聯盟鏈，建立一個操作性強、信任度高、開放、共享的交通氣象應用場景，將氣象信息和交通信息接口錄入區塊鏈系統，包括實時路況監測視頻、高危路段信息等，在線統籌各類交通信息和氣象信息，融合分析，通過業務建模和大數據分析，監測惡劣天氣發生時間和重點關注事故高發路段，繼而啟動惡劣天氣預報預警系統。交通部門將第一時間看到氣象預警信息，同時系統自動提示交通部門進行交通管制或者路面融雪作業，從而大大縮短了信息時間差，最大程度地發揮氣象職能。

未來的“區塊鏈+交通氣象服務”建立在強大的物聯網和互聯網基礎上，不僅需要加密自動化交通氣象站，而且在智慧公路發展的背景下，應建設公路電子信息顯示屏、融雪劑自動噴淋設備等，加快建設基礎設施。此外，利用區塊鏈中的線上交易，鼓勵公眾主動上傳所在地的惡劣天氣圖片和視頻，以此得到相應的數字貨幣，實現氣象、公眾和交通三合一的高覆蓋率、網格精細化、高效率公路作業的交通氣象服務。

2.5 區塊鏈和氣象保險問題

天氣和氣候對農作物生長和畜牧業發展有極為重要的影響，設施農業、大田經濟作物和牛羊養殖方面的氣象保險較為廣泛。傳統的氣象保險有2個特點，一是需要經過第三方平臺，二是理賠等待時間長。以一次重大暴雨災害保險的作業流程為例，客戶投保后，保險公司的調查人員須實地考察農戶的作物或者牲畜，并詳細登記在冊，以防客戶的騙保行為；當暴雨導致受保對象遭受損失時，用戶想要理賠，需要先申請，提交各種資料，保險公司需要向氣象部門開具暴雨氣象證明，還應實地調查事件的真實性，用戶才能拿到理賠金。這種氣象保險理賠模式存在很多盲點，投保和理賠的時間比較長，定責困難，整個過程會受到人為因素的干擾，容易導致雙方陷入不信任狀態。

引入區塊鏈技術，能有效解決傳統氣象保險的理賠痛點[9]，可以省略很多步驟，并且不需要人工調查。保險作業流程簡化為：最初的保險受理階段，在區塊鏈上錄入三方數據，包括保險公司的理賠標準和規范等詳細信息、客戶的受保對象詳細信息以及氣象基本信息和氣象災害標準等；利用分布式記賬技術將單位面積種植地或者每只牲畜進行數字化，將真實的信息鏈接在節點上，且不可篡改，一旦因為氣象災害造成損失時，在保險公司和客戶的雙方監督下，將文字和視頻信息上傳到區塊鏈的定損節點上，定損環節不再受人為影響，由區塊鏈在智能合約的基礎上，根據氣象信息、受損程度自動驗證進行，核驗后滿足條件即可自動發放理賠款，完成理賠過程。

區塊鏈在氣象保險業務中，能夠塑造公開、透明、高效、信任的新型投保、理賠模式，可以更好地開發保險產品的彈性，從而提高保險公司的資金配置效率和賠付精準度。

3 區塊鏈在氣象領域應用的挑戰

3.1 區塊鏈技術的成熟度

雖然區塊鏈技術在部分行業中得到試用，取得了不錯的效果，但是受政策監管、技術研究、人才需求等影響，區塊鏈技術仍處在不斷探索前進的階段，技術框架不夠成熟，大面積推廣及應用面臨很多挑戰。例如如何建立信任機制，如何達成網絡共識，如何實現一個足夠大的區塊鏈網絡規模等。

3.2 傳統“信任”和區塊鏈技術的碰撞

傳統的觀念里靠信譽取得信任，而在區塊鏈中靠技術來實現信任關系。但是，公眾對區塊鏈帶來的社會影響認識不深，只局限于數字貨幣，缺乏更深刻的認知和思考。區塊鏈帶來的改變可能是革命性的創新，其完全基于規則、公開透明、沒有欺詐的特點值得深思和重視。

4 結論

區塊鏈作為一種極富有創新性和挑戰性的前沿技術，對氣象領域的現代化建設和智慧氣象發展產生了長足意義，不僅能在氣象數據存儲、氣象預警信息發布、行業氣象服務、氣象設備與維護和氣象保險問題中發揮優勢，未來還能在氣象政務、氣候驗證等多個領域大大精簡辦事流程，提高辦事效率。與此同時，我們應加深對區塊鏈的理解，不斷思考和探索區塊鏈和氣象融合帶來的機遇和挑戰。