区块链赋能城市智能交通的应用探索

上海大学上海经济管理中心

1 研究背景

交通，作为城市居民出行的必要环节，一直是城市治理中的重中之重。近年来，随着汽车行业高速发展，中国正步入全球汽车大国行列，交通运营压力与日俱增。2019年，中共中央印发《交通强国建设纲要》，提出将大力发展智慧交通，推动大数据、互联网、人工智能、区块链、超级计算等新技术与交通行业深度融合[1]。区块链这一概念源自于比特币系统设计的后台技术，与人工智能、物联网并列为构建未来智能社会的三大核心要素。三大要素的有效结合，能大力推进数据资源赋能城市交通发展，有效提升交通资源配置能力、公共决策能力和服务能力。因此，探索如何通过应用区块链技术赋能智慧交通，给市民带来安全、便捷、智能、环保的交通出行体验对城市健康、可持续地发展有着重要的意义。

2 区块链——数字经济社会发展的重要驱动力

区块链技术是利用块链式数据结构来验证与存储数据、利用分布式节点共识算法来生成和更新数据、利用密码学的方式保证数据传输和访问的安全、利用由自动化脚本代码组成的智能合约来编程和操作数据的一种全新的分布式基础架构与计算范式[2]。达沃斯论坛创始人Klaus Schwab说过，代表着第四次工业革命的标志性技术区块链，是数字经济社会发展的重要驱动力之一。

分布式账本、共识机制、密码学和智能合约为区块链的四大核心技术，分别起到数据的存储、数据处理、数据安全及数据应用的作用。分布式账本构建了区块链的框架，是一种多方共同维护的分布式数据库。每个用户可以通过客户端接入网络并且与其它用户连接，用户的交易信息会向全网广播，实现交易在全网的同步。在整个网络中，数据库是去中心化、不可篡改、可追溯的。区块链底层的数据架构是由密码学来决定。通过哈希函数将打包好的数据块处理成链式结构，后一个区块包含前一个区块的哈希值，从而上链的数据均不可篡改，并且可追溯。智能合约把业务逻辑变成一段可以自动执行的代码，只要符合了前提条件，就能启动执行。相对于传统的IT，智能合约使得个性化的条约有了处理的办法，可以针对不同的条件设置智能合约。

区别于现在的传播成本低，篡改数据非常容易的信息互联网，区块链被认为是面向未来的价值互联网，既可以像互联网一样在全球范围内高速的传播信息，又杜绝了复制、粘贴的问题[3]。

3 区块链赋能智能交通

交通是链式的管理，在链式过程中不断交换数据从而完善管理，智能交通是基于交通路网基础设施和交通流量的信息管理，与区块链的链式模式，天然吻合[4]。将区块链技术引入智能交通领域，开展交通区块链底层平台构建，突破交通领域内部研究的思路，对挖掘跨领域、跨行业、跨地域的各类数据的潜在价值有着重要的意义。

一是助力联通数据孤岛。目前，各大交通出行行业的巨头例如谷歌、百度或是Uber、滴滴，为了各自的数据岛建设和维护投入了巨大的人力、物力、财力，但尚未实现可信地图和乘车数据的共享。区块链提供了一种低成本建立信任的协作模式和分配方式，有助于建立区块链共识基础组织联盟，通过相关技术的引入，有望解决数据孤岛的难题，实现跨系统的数据共享，从而全面升级智慧交通应用与服务体系，构建新的城市智慧交通生态。二是助力网络安全和隐私保护。相对传统网络的服务器加客户端访问的网络架构，区块链分布式数据库的架构有效地避免了服务器单点故障或者病毒侵入所带来的安全隐患。链上信息块和与之相关的交易记录都会被共享保存。而其采用的非对称加密技术，通过公私钥相结合的方式有效地保护了用户的隐私。公钥用于对数据信息进行验证（加密），而私钥用于对信息进行“数字签名”（解密）。三是助力实现便利快捷的交通出行体验。通过将区块链与5G通信、大数据和人工智能等先进技术的融合，可以有助于实现在汽车金融服务、车辆信息追溯、用户信用体系建设等方面的创新，从而优化交通资源配置，改善现有的交通问题，为用户带来更智慧便捷的交通出行体验。

以下通过区块链技术与车联网结合以及智慧停车场的场景探索，展望区块链赋能智能交通方面的应用价值。

3.1 区块链在车联网中的应用

车联网是城市智能交通物联网领域的典型代表应用。车辆中的车载传感器通过无线通信技术将信息网络平台中的车辆动态和路况等信息进行有效利用，达到车车协同、车路协同的目的。通过车联网技术实现对路况、车辆的特性、运行状态等信息的实时掌握，降低交通事故发生概率，提高交通运行效率。在车联网中，车车互联，车路互联，车辆和道路信息都会上传至网络中。区块链技术中的去中心化、不可篡改、公开的分布式数据库为车联网的数据安全和隐私保护提供了信用保障。在未来车联网的应用场景中，经过相关部门认可，车辆的静态数据（制造商信息、租赁信息、车险等）和动态数据（比如汽修汽配、里程数、累计损耗、运行时长、故障、违章信息等）构成了车辆独特的、完整的电子简历，并将上链。这些存储在链上的信息可以根据不同的功能为不同部门所用，例如可以供交通管理部门调阅，也可以成为租赁交易或者车险赔付中的辅助证明。依托区块链技术，实现车联网信息在区块链上的快速交互，有利于降低车联网中的服务和信息监审成本，同时提高网络的安全性。

一方面，可快速获取车辆信息。当机动车驶入射频信号区域，电子车牌获得感应电流，激活车牌。当读卡器获得车牌信息后，接入区块链网络验证车辆身份，从而授权获取车辆出厂信息、车况及故障信息、金融以及保险等信息。可以通过数字货币（通证）的方式实现实时扣款缴费等结算操作，也可以实时获取汽车所在位置，根据智能合约自动判断交通拥堵情况。这些信息将被写入区块链网络，生成数据区块并在链上广播，为车车协同，车路协同提供参考。

另一方面，可应用于汽车共享租赁。通过区块链和车辆网的技术结合，可以重塑传统汽车租赁模式。传统的汽车租赁企业一直采用的是相对重资产的经营模式，即，汽车租赁企业需要自己购买租赁车辆，并对车辆进行全生命周期的管理，成本压力大，经营负担重。引入区块链技术，可以通过建立联盟链的架构将车联网中的汽车租赁服务提供者、车辆资源提供者、租车者、车险提供商、交通管理部门等相关角色作抽象结合。汽车租赁服务提供者不再需要自己购买车辆，而是从车辆资源提供者处获得闲置车辆资源。这个模式不仅有效减轻的租赁服务提供者的资产比重，也降低了作为租赁服务者的资金入门门槛。同时，大大提高了闲置资源的利用率，充分发挥了共享经济的精神。在使用过程中，所有租车者的行车记录（驾驶习惯、事故、违章信息）也会被完整追溯。对于使用习惯良好的租车者，租赁服务提供者可以以通证激励的方式，对信用良好的租车者进行奖励和优惠。而车险机构也可以根据车况报告和驾驶数据提供个性化的保险服务，同时理赔效率也会将大大提高。

3.2 区块链在智慧停车场中的应用

停车问题一直是制约城市交通发展的瓶颈。目前我国大型城市中，汽车与停车位的平均比例约为1:0.8，而发达国家约为1:1.3。“停车难”直接导致司机找停车位平均用时18～20分钟，造成拥堵、空气污染等一系列问题。

2019年4月，在广州黄埔区，4个基于区块链技术的5G智慧停车场已经投入使用。同月，跑车制造商保时捷（Porsche）决定采用区块链技术，记录和收取停车费[5]。利用区块链技术中的分布式记账、智能合约、信用系统、不可篡改、可追溯等特点，结合5G的高速率、大容量和低延时等优势，通过图像识别技术、动态查询、停车位导航等新技术，对停车场进行智能化改造升级已经成为可能。智慧停车场服务可以包括车位查询、车位预约、车位导航、停车费支付等几个部分。用户通过手机APP查看停车场车位使用情况，提前预约车位，无需排队等待。经过预约的车辆，系统将通过智能识别技术自动识别车辆，自动抬杆。在停车场内通过手机导航向用户指引车位方向，并自动分配最优的位置停车。车位安装智能地锁设备，确保用户预约的停车位不会被占用，也不会被系统自动分配，实现预约专享功能。使用区块链技术对停车用户身份认证和信用识别，如果用户超时或者违规停车，将会降低信用评级，同时，对于信用良好的优质客户，也可以通证激励获得在高峰期优先预定紧张车位、停车费用优惠等增值服务，实现价值流转。通过区块链技术，将用户车位预约信息、停车时间、车辆信息、缴费信息等进行虚拟货币计算，让车位资产数字化。车位实施差异化的定价策略，靠近出入口的位置或者在高峰时段，定价略高；非热门区域或者非高峰时段，收费可以相对便宜。通过给用户停车优惠或者增值服务，诱导停车用户分流，实现停车资源的优化配置。

另外，使用区块链技术可以解决停车场运营单位在服务过程中存在的风险点的存证问题。例如，在与交通行政执法有关的监督和存证方面，可以通过对停车场进出口的车辆数据进行存证，避免停车期间车辆擦碰产生的司法纠纷；可以通过跨链技术与司法区块链的对接，实现交通相关的数据存证；在发生事故、投诉的时候，可以为有关部门提供司法、公证等方面的证据。

4 区块链在智能交通应用中的挑战和建议

近年来，我国对于区块链技术和其相关产业的发展非常重视，区块链发展生态正逐步兴起。我们既看到区块链在未来智能交通领域中的使用前景，但与此同时，也看到其所面临的挑战，例如技术尚不完备，人才还比较缺乏，区块链距离大规模应用落地仍需一段时间的积累，相关行业应进一步夯实基础，做好充分准备。

一是要重视区块链技术基础能力和标准化建设，加快核心关键技术攻关。首先，要协同高校、研究机构、行业协会、智库等力量，搭建基础研究和交叉学科研究的创新平台，持续完善区块链在这些方面的技术研发；其次，要进一步推进区块链技术与物联网、大数据、人工智能等技术的融合与应用，强化平台建设，构建健康交通出行生态链；最后，要加快推进标准化建设。通过技术标准化手段，促进区块链在交通出行领域更深入的应用探索，从而推进整个交通行业的经济发展。

二是要加强区块链人才培养。区块链技术涉及多个领域、多个学科的交叉融合，专业型、融合型人才相对缺乏。建议加大科研院校和企业的合作力度，培养知识融合、技术集成的区块链实践型复合型人才，并依托重点实验室，创新产业园等机构促进产学研的项目成果落地转化。同时，开设具有专业性的区块链课程，完善管理者、从业者、学生等人员的知识储备，培养不同行业、不同需求、不同层面的区块链人才。

三是要加强区块链的市场监管，完善相关法律法规。区块链市场相关的法律制度、监管机制相对滞后，区块链技术应用合规化还需进一步完善。区块链社区及其产业并非法外之地，“代码即法律”(Code is Law)的激进法律和社会实验也必须要与社会法律体系相适配[6]。建议政府有关部门加速区块链有关方面的立法，并贴合交通行业特点，优化市场监管手段，鼓励创新，防范风险，从政策层面做好产业体系化布局。

5 总 结

区块链可以促进数据共享、优化业务流程、降低运营成本、提升协同效率、建设可信体系。随着区块链技术创新发展逐步成熟，其应用范围已从早期的金融领域逐步延伸到多个行业应用。将区块链、人工智能、物联网、大数据等信息科技与交通行业的发展深度融合，能够进一步改变市场结构，重塑行业业态，提升资源优化配置能力、公共决策能力和公众服务能力，带动传统交通行业转型升级。