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区块链在交通领域的应用探析

2021-02-01

来源 : 赛文交通网

作者 : 陈曦娟、保丽霞、王秋兰

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编者按:区块链技术的逐渐成熟和应用,为公众与政府职能部门参与城市交通领域的建设与管理提供了新的技术手段。

本文针对这一趋势展开论述:首先,总结了区块链技术及其开发系统特点,特别强调了其去中心化、不可篡改的本质特征;其次,提出了构建一种兼顾交通职能部门与社会公众的多等级、多链协同的交通信息管理模式。

本文重点介绍了实景路况、车联网融合区块链的典型应用场景,并简要介绍了区块链融合高速公路改扩建、智能车辆数据共享、激励自行车出行等场景应用,展示了区块链技术在交通领域应用的巨大前景。


1. 概述  

1.1 背景

数字经济又称为信息经济。2016年G20杭州峰会发布的《二十国集团数字经济发展与合作倡议》对数字经济的定义是:以使用数字化的知识和信息作为关键生产要素的有效使用作为效率提升和经济结构优化的重要推动力。

城市交通问题是一个复杂的系统问题,获得交通信息的渠道涉及社会各个层面。各类交通信息从采集到分析、从发布到更新由原来的交通职能部门发展到面向其他政府职能部门、机构、平台、公众等各个阶层。综合利用交通信息资源,通过多等级、多链协同的方式,充分调动多元力量参与信息采集与发布,实现更灵活、更及时、更有效的交通信息管理模式。

采取完全开放的信息管理模式,让公众均可作为节点链接信息平台,任意读取或发布交通信息,在实际应用中会遇到一些问题:一是难以保证公众上传的交通信息是否真实准确;二是发布的信息即使真实准确,数据完全透明公开可能会带来存储数据量大、分析运算出错率高等问题。而有效利用社会公众提供的众筹交通信息,是信息化时代社会管理包括交通管理的发展趋势。

1.2 区块链技术特点

区块链是数字经济最重要的底层运行平台,同时它是一种共享的分布式数据库技术,具有以下4个技术特点:

去中心化(Decentralized):区块链技术属于去中心化的开放式自治管理体系,能够形成一种相对稳定的耗散结构,例如将所编辑好的程序放入区块链中,区块链就会按照程序的逻辑运行;

去信任(Trustless):系统中所有节点之间无需信任也可以进行交易,因为数据库和整个系统的运作是公开透明的,在系统的规则和时间范围内,节点之间无法欺骗彼此;

集体维护(Collectively Maintain):系统是由其中所有具有维护功能的节点共同维护的,系统中所有人共同参与维护工作;

可靠数据库(Reliable Database):系统中每一个节点都拥有最新的完整数据库拷贝,修改单个节点的数据库是无效的,因为系统会自动比较,认为最多次出现的相同数据记录为真。

1.3 区块链开发系统的特点

以区块链技术为关键技术形成的开发系统具有如下4点特征:

开放性:系统是开放的,除了交易各方的私有信息被加密外,区块链的数据对所有人公开,任何人都可以通过公开的接口查询区块链数据和开发相关应用,因此整个系统信息高度透明。

自治性:区块链采用基于协商一致的规范和协议使得整个系统中的所有节点能够在去信任的环境自由安全的交换数据,使得对“人”的信任改成了对机器的信任,任何人为的干预不起作用。

信息不可篡改:区块链技术可以通过点对点同步完成实时传输,区块链技术中传输到各区块的信息几乎不可篡改,区块链技术通过智能化合约可以自动执行对外任务。区块链的数据稳定性和可靠性极高。

匿名性:由于节点之间的交换遵循固定的算法,其数据交互是无需信任的,因此交易对手无须通过公开身份的方式让对方自己产生信任,对信用的累积非常有帮助。

1.4 区块链交通应用生态

区块链技术建立了一种去中心化的、不可篡改的可信的分布式账簿,提供了一套安全稳定、透明、可审计且高效的记录交易以及数据信息存储、交互的方式。因而可以保证上传的交通信息很难被篡改,提升了信息可信度,对智能交通应用提供了技术支撑和保障。

因此,采用区块链技术来协同交通信息管理模式,放权给公众的同时实现兼顾信息的合理管控。对交通职能部门采取基于私有链的信息管理模式,即在信任度高的职能部门建立区块链,读取权限对公众有一定程度的限制。

在这样的模式下,节点信任度高,链接速度快,数据不会轻易地被拥有网络连接的任何人获取,可以更好地保障数据隐私。

对于社会公众,通过开放式的区块链平台,对安全性、准确性和信任度等需求较低的信息,采用相对公开透明的区块链模式实现信息的采集和发布,为交通领域数字化应用带来前所未有的提升和改造(图1)。


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图1 区块链交通应用生态圈

2. 融合区块链的实景路况

2.1 实景路况平台

实景路况数据通过区块链技术,具备时间戳、空间戳加影像刻画的不可篡改的反欺诈能力,是足以采信的客观证据,广泛复用在交通违法处罚证据、货运险备证、网络货运平台的税务稽核备证等多个方面,也必将对车主金融征信提供动态空间行为能力的标签,呈现“越活跃,越可信”的客观特征,是对传统静态征信的有力补充(图2)。


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图2 不可篡改的实景路况

实景路况作为先进的可视化路况采用区块链技术对数据生态内的生产者和数据消费者的行为价值进行客观记录和众筹拆分,赋予数据生产消费生态“各尽所能,各取所需”的数字乌托邦特征,也是对用户行为贡献最客观的激励。实景路况平台的优势主要体现在以下3点:

打破以往传统应用对用户贡献的积分赋值而最终无法兑换价值沉淀的问题,用户可以清楚的了解每一项行为贡献的数字赋值,并可通过对商店兑换有价商品或者服务,还可以通过交易所对已公开发行的数字货币买卖实现溢价套利,具有外部价值溢出特征。

有利促进数据生态链内部循环形成,即数据生产者和消费者内部交易,类似游戏里的装备买卖,区块链对系统内部数字资产的确权和转移进行客观记录,具有内部交易存证溯源的能力。

区块链可为实景路况生态系统清晰、客观地记录数据消费详情,如作为信息内容被分享调阅的人次及相应的报酬给付,并给予数据生产者所得进行清分,实现数据价值回归数据生产者。

2.2 实景路况-随手拍(时间戳+空间戳+影像刻画=事实机器)

区块链技术在交通管理中的典型应用即为社会公众随手拍违法举报照片、视频证据链,拍摄设备完整的记录不可篡改的信息内容包含时间(卫星广播授予GMT国际标准时间+服务器记录事件)、地点(经纬度+路段)、人物(此处特指车辆)、事件(违法事实的前后经过)、实名举报人信息、设备编号(IMEI)、通信网络身份(IMSI)以及设备单次校验(token),并附带海拔、速度、天气等环境信息;证据审核人凭授权凭证下载证据链数据,数据证据本地保存1年,链上永久保存溯源链接,为后续申诉复议及其他司法证据查找提供备证(图3a)。


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图3a 最小数据集

在审核平台上,对使用证据方操作流程也作了记录,比如审核人员账号身份审核发放、审阅记录、去重投递、下载打包、事后回执、处罚和奖金发放(图3b)。


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图3b 不可篡改的随手拍完整证据链数据包

2.3 实景路况-货运险备证

随着电商网购、直播带货的互联网新零售兴起,引发了物流快递业的快速发展,同时拉动了货运险市场需求。

为此,交通运输部、国家税务总局从政策上引导网络货运平台业务的发展,大力推进第四方物流(基于信息的无车承运人物流模式)的进程,并明确要求必须购买货运险、涉税时空轨迹数据存证10年。

目前,由于货运车辆风险数据缺失,货运险现场取证难,缺少风险控制的手段,导致货运险保费收入大,但赔付风险也高,造成货运险承保率与市场需求不匹配。

基于区块链的多媒体存证技术,为货运险风险控制提供了有效的技术保障,实现了反欺诈和远程核保的功能,并将极大的促进网络货运平台业务的发展。

在物流运输过程中,让参与运输的平台、车队、司机形成数据共识,司机主动拍摄采集装卸货物、行驶、停车全过程的照片和视频证据并上传存证到云端区块链,该数据即可用于司机风险自证,又可为保险公司、交管部门提供远程事故责任认定依据,法院还可据此裁定理赔纠纷,实现一份证据多家复用(图4a、4b、4c)。


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图4a全程货运可视化区块链备证

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图4b 区块链可视化管理平台

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图4c 区块链保险备证

3. 融合区块链的车联网

3.1 车联网概述

随着车联网技术的发展,车辆通过先进的智能感知技术,可以完成自身和周围交通状态的采集。在车载通信系统和车辆终端控制系统的辅助下,车辆可以为用户提供路径导航、智能避障等功能。

车联网技术的核心是,每一辆车利用车载单元与其他车辆、固定基站之间的通信,一方面实现交通信息的大范围协同与共享,另一方面通过这些信息实现自身的智能避障等功能。

然而,信息一旦泄露或者被黑客篡改,原本想保护用户安全的智能避障功能可能会成为危害用户生命的工具。

因此,只有充分考虑异质性信息网络车辆节点数量多、移动性强、切换频繁、传输信息多源异构等特性,采用计算快速的信息安全技术,才能保证车辆网络中用户信息的安全性和有效性。

采取基于分散区块链结构的分布式密钥管理方案,可以更好地保证车辆信息交互的安全性。

3.2 区块链+车联网

将车联网采集的信息上链到区块链平台,形成一个去中心化、分布式存储的大数据共享市场,利用区块链的共识过程、封装块来传输密钥,在相同的安全域内对车辆进行重新编码,从而充分利用区块链中数据无法篡改这一特性,比如以车辆VIN码为唯一账号,接入区块链系统。

由于区块链的不可篡改性,违法信息、车辆故障,交通事故现场信息将会永久记录在区块链里,这样可以实现证据的固化,解决车辆数据诚信问题,保证数据的安全。

随着大数据挖掘技术、人工智能、智能感知技术和互联网通信技术的快速发展,城市交通管理不仅要继承传统、规范流程,还要转变思路、创新发展,实现智能化、人性化、灵活有效的多元化管理模式。

在交通信息化发展的浪潮中,区块链技术必将以其去中心化、数据无篡改性和数据公开透明的特质脱颖而出,在城市交通的方方面面融合创新、赋能发力(图5)。


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图5 区块链车联网应用

3.3 区块链+智能车辆数据共享

基于区块链,建设包含7层的智能车辆通信网络架:

  • 物理层:封装各类通讯设备,如智能手机、摄像机、GPS等;

  • 数据层:利用哈希算法、默克尔树等有加密功能技术处理数据块;

  • 网络层:展示并验证数据点对点的通讯;

  • 交换层:提供网络中去中心化通信并帮助建立用户间信任机制;

  • 奖励层:无论任何车辆任何时刻在共识竞争中胜出,即分配给其IV-TP加密数据;

  • 展示层:压缩网络中车辆提供的多种脚本、订约和算法;

  • 服务层:展示智能车辆通讯系统的使用案例与场景。

3.4 区块链+车辆通讯系统(VCS)

将区块链技术引入VCS中的密钥管理方案可移除第三方机构、简化密钥传输交换步骤、提高效率。提出安全密钥管理的框架,框架分两部分:

第一部分为基于去中心化区块链结构的网络拓扑结构,用于简化在异构VCS域中的分布式密钥管理;

第二部分利用动态交易收集进一步降低在车辆信息交互期间的关键传输时间。

4. 融合区块链的其他应用

4.1 区块链+高速公路改扩建

为建设单位、设计单位、施工单位提供共享信息平台,对改扩建施工进行动态监管,保证施工工序按顺序完成并监督施工质量,实现人员管理和责任可追溯。

类似的,也可用于其他交通工程项目的实施管理。

4.2 区块链+自行车出行激励

基于区块链技术的自行车出行经济激励系统:

1)通过在以太网区块链上存储和执行的智能合约,骑行者可采集并兑换其出行活动数据,当地政府或企业据此给予经济补偿,安全、可信任、省时;

2)区块链数据库使得骑行者和赞助组织间匿名付款交易更便利,无需可信任的中介即可在强大、透明、易进入的网络中执行完成。

5. 结语

区块链技术在交通领域具有广泛的应用前景,本文只就上述内容进行介绍。

从中可以看到,应用区块链技术使得交通信息的采集和发布更具有可信度,同时去中心化的数据共享和不可篡改性,扩大了交通信息数据应用的范围,让社会各界共享其链条上的数据,为智能交通应用在数据层面提供了强大的技术支撑,使交通管理向更科学、更高效的模式发展。


文章作者:陈曦娟、保丽霞、王秋兰。陈曦娟,杭州浙大恩氏网络科技有限公司;保丽霞、王秋兰,上海市城市建设设计研究总院(集团)有限公司

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