王 赢

（河南农业大学图书馆，河南 郑州 450046）

0 引言

随着全球气候变暖和城市化进程的加快，导致城市水灾害频发。河南郑州“7·20”特大暴雨灾害共造成292人遇难、47人失踪［1］。现有的应急情报服务体系仍存在很多问题：在灾前监测预警阶段，各主体缺乏协同联动，导致灾情信息的获取和传递不畅，应急响应滞后；在灾中应急救援和灾后重建阶段，出现了赈灾盲点和救灾物资“大堵车”的情况，不能做到精准救援；各方临时组建的应急救援集群系统缺乏有序组织，救灾效率受到制约。

现有的城市水灾害突发事件应急管理中存在诸多问题，区块链技术具有去中心化、不可篡改、可追溯等特点，可提供有效解决这些难题的方法［2］。目前，区块链技术已应用于金融、物流、版权登记、慈善等领域［3］，而基于区块链技术构建的突发事件应急情报体系的研究相对较少。现有的研究多是将区块链技术应用于应急管理的某一环节，或是理论论证区块链应用于应急管理的可行性。李健等［4］对区块链技术在突发事件应急管理中的应用优势进行分析，从健全区块链应用政策法规出发，提出完善的建议；金华［5］阐释了区块链架构下应急管理的可能图景、潜在风险与因应之道；黄锐等［6］基于区块链技术，提出建立兼顾实时性和准确性的传染病早期联合预警监测平台的构想；王琳［7］对基于区块链技术的应急物资社会捐赠体系的构建进行了详细论述；贾宏伟等［8］分析了区块链技术在社会应急救助中的应用前景，认为区块链可为解决社会应急救助中的问题提供新的思路和有效支撑。

目前，以城市水灾害等突发事件为研究对象进行的研究多是从管理学角度出发，而基于区块链为技术构建的面向灾害全生命周期的应急情报体系的研究相对较少。基于此，本研究以河南郑州“7·20”特大暴雨灾害为例，通过构建贯穿城市水灾害突发事件全生命周期的应急情报体系，利用区块链技术，形成数据信息的协同共享，实现灾前自动监测预警、灾中救灾资源合理供需匹配、灾后精准恢复重建，以及全流程监管追溯，为城市应急响应提供准确的情报分析，并为公众提供公开的信息窗口。

1 基于区块链的城市水灾害突发事件应急情报体系架构设计

1.1 情报服务平台整体结构

在河南郑州“7·20”特大暴雨灾害中，政府部门在风险评估与预警、信息传输与共享及应急资源配置等方面存在很多不足之处。应急情报服务平台是城市水灾害等突发事件信息传输、存储、分析、维护及应用的载体，当前迫切需要建立一个综合性情报服务平台，并能服务于突发事件应急管理的全生命周期。本研究设计的服务平台架构包括5层，即数据层、网络层、共识层、合约层和应用层，实现对突发事件事前、事中和事后的科学协同管理。

1.2 多链式区块链架构

应急管理主体要根据突发事件的发展进行动态决策。该体系在事前监测预警阶段侧重于情报采集；在事中抢险救灾阶段侧重于对采集到的情报进行整合，辅助决策分析；在事后恢复重建阶段侧重于重新梳理，提高工作效率、改善效果。由于自然灾害的突发性和复杂性，需要面向灾害的全生命周期，对灾害各阶段进行综合把控和监管。此外，突发事件具有完整的生命周期，可借助跨链技术使各链协同联系，构建以覆盖突发事件全生命周期的监管链为主链，灾前监测预警链、灾中抢险救灾链、灾后恢复重建链为子链的多链结构。主链起中继链的作用，各子链通过数据交换节点、中继合约、跨链合约来完成与主链和其他子链的协同联系，实现数据的实时交换（见图1）。多链协同的区块链网络可保证每个环节的独立性，使每条链上的节点数量降低，可有效加快运行速度，同时便于快速检索。

图1 基于区块链的城市水灾害突发事件应急情报多链式网络体系架构

区块由区块头和区块体两部分组成，区块头存放前块哈希、随机数、Merkle根和版本信息，区块体用来记录一定时间内所生成的详细数据。区块链是所有区块的串联，当有新的区块产生时，会对前一个区块的所有数据进行哈希运算，然后把计算结果作为前一个区块的哈希保存在新的区块头中，所有区块按生成顺序进行连接［9］。基于区块链的城市水灾害突发事件应急情报体系采用的是多链式区块结构，即以监管链为主链，以灾前监测预警链、灾中抢险救灾链、灾后恢复重建链为子链的多链结构。

1.3 组织结构

基于区块链的P2P分布式组网协同技术和多链式主子网架构模式，在城市水灾害突发事件应急情报多链式区块链中设置三类节点，分别是超级节点、骨干节点和业务节点，不同类型的节点通过分工合作，保证链网能够稳定运行。在“7·20”河南郑州特大暴雨灾害应急情报链网中，监管链为主链，超级节点主要分布在监管链上，由国家防汛抗旱总指挥部、国家应急管理部及河南省人民政府、防汛抗旱指挥部、应急管理厅组成。超级节点主要负责执行主链共识，对全链网节点执行CA认证，负责身份认证和撤销，其可下载完整的全链网数据，对各子链进行实时监管，具有链群管理的功能。骨干节点起着跨链桥接器的作用，是主链和子链间的“桥梁”，由郑州市人民政府、防汛抗旱指挥部、应急管理局组成。骨干节点具有锚定主链、子链共识、子链监管、智能合约部署等功能，子链通过骨干节点与主链完成跨链交互的过程，同时担负着跨链网关的职责，从而实现主子链的跨链通信。各子链中的节点主要有骨干节点和业务节点。业务节点负责协同骨干节点执行共识、执行业务活动，其权限由骨干节点进行管理［10］。在灾前监测预警链中，郑州市应急管理局为骨干节点，业务节点主要由郑州市市气象局、水利局、城建局、文广新局、通信发展管理办公室，及社区组织、公众等组成；在灾中抢险救灾链中，郑州市防汛抗旱指挥部为骨干节点，业务节点由武警郑州支队、郑州消防救援支队、郑州警备区司令部、公安局、财政局，及志愿者组织、慈善协会、社会团体、行业协会、社区组织、企业、公众等组成；在灾后恢复重建链中，郑州市人民政府为骨干节点，业务节点由郑州市财政局、民政局、交通运输委员会，及保险公司、志愿者组织、慈善协会、社会团体、行业协会、社区组织、企业、公众等组成。

2 基于区块链的城市水灾害突发事件应急情报体系运行机制

应急情报体系是以情报服务平台为载体、以情报流为核心的有机整体。信息流的运行需要有完备的信息收集机制、信息整理机制和信息沟通机制。在基于区块链的城市水灾害突发事件应急情报体系中，情报流的运行要由区块链节点认证机制、共识机制、智能合约、分布式账本及密码学技术来维护才能高效有序运行。分布式账本可解决数据记录和存储中的问题，共识机制可解决数据维护中的问题，智能合约可解决情报执行中的问题，密码学可解决情报安全中的问题。

2.1 节点认证与共识机制

子链上的节点在上链前要向主链中的超级节点提出申请，超级节点运用CA认证机制对用户信息的合法性进行审核，在完成审核后会颁发CA证书，生成该用户的私钥和公钥，允许上链运行。

区块链系统是一个分布式系统，多个区块链节点共同维护一份数据，要通过合理的共识机制来保障数据的一致性与合法性［11］。基于区块链的城市水灾害突发事件应急情报体系采用的是拜占庭容错算法和信用证明共识机制。在网络无法正常运行或存在散布错误信息的恶意节点时，拜占庭容错算法仍能让诚实节点达成共识，并能正常运行。信用证明是以区块链上的节点信用为依据的共识机制。当灾前监测预警链中的节点提供真实可靠的信息时，其信用值会增加，反之则会降低。在灾中抢险救灾链和灾后恢复重建链中，当供给者节点满足需求者节点的需求后，其信用值会增加，反之则会降低。

2.2 智能合约

2.2.1 灾前监测预警智能合约。以河南郑州“7·20”特大暴雨灾害应急情报体系为例，在灾前监测预警链中，将《国家突发公共事件总体应急预案》等文件中涉及的预警级别及响应内容进行整合，并将其脚本化，从而形成智能合约。运用智能合约对采集到的各项数据信息进行阈值判断，并自动生成相应的响应预案。在接收到险情数据信息后，该体系按照智能合约的预置触发条件和响应规则自动进行预警和响应。监管链上的超级节点监督灾前监测预警链上骨干节点和业务节点对智能合约的执行，超级节点的参与是智能合约能够顺利执行的约束和保障。

2.2.2 灾中和灾后供需匹配智能合约。灾中抢险救灾和灾后恢复重建的核心是要解决受灾方和救灾方的供需匹配问题。当前的灾中和灾后供需匹配是在政府或相关慈善机构的主导下进行的，参与的人为因素较多，应急响应缓慢、供需错配、捐赠透明信任等问题突出。在基于区块链的城市水灾害突发事件灾中抢险救灾链和灾后恢复重建链中，供需双方可直接联系，智能合约将实现受灾需求方和救援供应方的自动高效科学地匹配。若在指定时间内需求方的需求被满足，则供应方的信用值将会增加，供需过程和结果将会被写入区块链；反之，供应方的信用值会被降低，需求者的求援紧急程度会提升，并提高其下一轮匹配的优先级，供需过程和结果都会被写入区块链中。

2.2.3 中继合约与跨链合约。中继合约与跨链合约是保证多链式区块链运行的关键。主链上部署中继合约，用于跨链时主子链间的数据同步与确认，保证主链作为中继来实现链间的通信。子链通过跨链智能合约向主链发起注册请求，以主链为中心，可与其他子链进行跨链操作，顺利实现主子链间跨链，支撑跨链业务的核心逻辑，保证跨链交易的有效性与安全性［12］。在基于区块链的城市水灾害突发事件应急情报体系中，监管链上部署有中继合约，其他子链上部署有跨链合约。

2.3 加密存储追溯机制

由于城市水灾害应急情报体系涉及的主体众多，数据量大且结构复杂，同时还要将具体的信息存储起来，便于科学决策。在该体系中，将具体的数据以IPFS形式进行存储，再将文件哈希值上传到区块链。节点在获取具体数据时，可根据区块链上的哈希值从对应的IPFS文件系统中下载。在基于区块链的城市水灾害突发事件应急情报体系中，监管链中的超级节点会向各链节点分发生成的密钥对，区块链各节点的账号是其公钥，节点账号运用私钥对已通过验证的信息进行签名。用户的保密信息仅对监管链中的超级节点可见。

城市水灾害突发事件应急情报体系的追溯功能是基于区块链数据连续性的特点。根据当前区块中的前一区块哈希值就可追溯到前一区块，并检索到前一区块的数据信息。国家防汛抗旱总指挥部、国家应急管理部、各级政府，以及公众等所有通过CA认证的用户都可在该平台上对预警信息、抢险救灾情况、灾后恢复重建情况进行查询，监管链上的超级节点用户可实现追溯功能。灾情控制后还可利用区块链数据可追溯的特点，对应急管理的整个过程进行积极总结。一旦对重大事故进行追责，可把区块链网作为一个完整的责任链条为调查提供数据服务。

3 结语

随着全球气候变化和城市化进程的加快，城市水灾害突发事件频发，传统应急情报服务体系中存在的缺点突显。基于此，本研究通过引入区块链技术，采用多链式联盟链架构，构建了贯穿城市水灾害突发事件全生命周期的立体化应急情报体系，实现了灾前自动监测预警、灾中救灾资源合理供需匹配、灾后精准恢复重建及全流程监管追溯，为城市水灾害突发事件快速响应提供情报分析，以期为我国城市水灾害突发事件应急情报体系的构建提供理论参考。下一步的研究重点是进行系统原型的具体实现，并通过模拟测试对本研究提出的理论进行验证。