区域链交通大数据应用研究

任康 沈剑 潘江塞

摘 要：为了解决传统城市交通的网络数据架构层分布，各组织的数据上传、独立管理无法实现信息共享，存在信息孤岛问题。文章提出了近年来不断发展逐渐成熟的区块链技术，构建基于区块链技术的城市交通智能大数据平台。基于区块数据将不同数据组织机构中心化数据管理去除，对数据的采集、处理、存储等方法彻底改变，实现智能交通多元化系统平台大数据共享、去中心化就分布式计算。基于区块链技术城市智能交通大数据平台，所需解决和面临的不同问题，就是要统一不同数据源数据，实现数据的统一监管运营，并做到先进计数兼容。发现基于区块链交通大数据架构下，可以解决传统交通数据网络架构，存在所受设备的安装布局及分属管理限制，和取决于客观环境的数据路网覆盖率较大影响。得出了区块链交通大数据应用，能够成功突破组织机构局限，共享城市智能交通数据，解决数据缺失问题。

关键词：区块链;大数据;交通行业

中图分类号：TP311.13 文献标识码：A 文章编号：1001-5922（2021）06-0099-04

Abstract：In order to solve the traditional urban traffic network data architecture layer distribution， the data upload and independent management of each organization cannot achieve information sharing， and there is a problem of information islands. This paper proposes the continuous development of blockchain technology in recent years， and builds an urban traffic intelligent big data platform based on blockchain technology. Based on block data， the centralized data management of different data organizations is removed， and the methods of data collection， processing， and storage are completely changed， and the intelligent transportation diversified system platform big data sharing， decentralization and distributed computing are realized. The big data platform for urban intelligent transportation based on blockchain technology requires different problems to be solved and faced， which is to unify data from different data sources， realize unified supervision and operation of data， and achieve advanced counting coMPatibility. It is found that under the blockchain-based traffic big data architecture， the traditional traffic data network architecture can be solved. There are restrictions on the installation layout of the equipment and the management of separate management， and the data road network coverage that depends on the objective environment has a greater iMPact. It is concluded that the blockchain transportation big data application can successfully break through the limitations of the organization， share the urban intelligent transportation data， and solve the problem of data lack.

Key words：blockchain; big data; transportation industry

區块链技术在近年来不断成熟发展中，作为备受关注的热门技术之一，更广泛应用于各行业，涉及科技、社会、金融、经济、政治等多领域[1]。与此同时云计算、大数据、人工智能等新型技术的不断渗透，数字经济时代已经极大改变了人们的生活生产方式。运用区块链技术有望能够降低经济成本提升效率，推进传统产业的高质量发展，并加速产业的升级转型。而区块链技术的研究对象主要特点，都是基于大数据为基础构建的网络平台[2]。大数据本身在应用中的实际需求，也和传统网络架构之间存在冲突问题，譬如较差的可编程性，较低的数据计算、存储及提取率，存在数据存储中心化安全隐患问题，较差的数据流动性，数据结构、存储及处理离散化等，都对终端数据分析复杂度有所增加，所以对大数据平台建设造成很大制约。因此区块链技术在大数据平台中据有关适用性，本文展开对区块链交通大数据应用研究。

1 区块链技术概述

区块链作为一个可追溯、不可篡改、去中心化且实现多方维护的分布式数据库，可以整合传统的单方维护与多业务孤立数据，分布式存储能够共同对多节点实现多方维护，无论任何一方对数据都无法控制，仅仅能够依照严格共识规则更新，所以达到了多方信息监督共享，综合提升业务处理效率，更对交易成本有所降低[3]。在区块数据、区块间形成了分布式、连接关系机制，可以确保区块链去中心化，如图1所示。根据前一个区块头数据，可以通过哈希函数计算所得哈希值，置于后区块头运用该方法能够对前后两区块相链接。

如图2所示，作为区块链架构模型图，共有6层，内容分别为哈希函数所构建的记忆时间戳数据区块链数据层;P2P组网方式下去中心化的网络层;PoW、PoS、DPoS等不同共识机制目标下，系统基于去中心化前提能够达成不同节点区块数据有效性共识的共识层;区块链起源经济属性可以延展运用有关资源激励手段的激励层;脚本代码及算法除外的合约层;实际运用的案例场景应用层[4]。

2 区块链技术下交通智能大数据平台构建

2.1 平台架构

区块链技术下构建交通智能大数据平台架构，如图2所示。相似区块链基础架构，但是两者间的主要区别，在于智能交通数据区块，数据层涵盖静态、动态两种数据区块，且两类数据存在时间戳特性，较差的静态数据流动性，较强的动态数据时变性。所以分别在区块链数据层构建两个类数据，能够彼此形成关联性区块链网络[5]。并且在共识层构建动态数据共识算法及静态数据共识，激励层能够经资源提供、调节两机制，实现不同节点数据共享及去中心化。同时还能够做到有关资源数据的可查询权限与数据提供和交换认证相关功能。

根据上图重构区块链交通大数据平台架构，包含了数据网路架构的基础数据层至用户层，并未涵盖数据来源层。建立智能化交通数据区块、数据源之间关系，如图3所示。增设监管准入服务器，能够全面负责区块链节点的信息安全监管。通过对比能够发现区块链技术下城市智能交通大数据平台，建立基于区块数据核心成功去除不同组织机构的中心化数据管理，从而做到大数据平台共享。经共识层、合约层、激励层多层作用，能够实现数据的可交互、可信任、可验证且易分析。还能够经网络层、数据层统一规范数据，获得更全、更真的区块链交通大数据，形成更全局、智能优化的数据平台。

2.2 区块链交通大数据平台关键技术

2.2.1 不同节点统一技术

不同数据源数据统一需要做到统一数据格式、采集频率、存储结构、更新修改，实现统一数据层、网络层、数据源及数据块之间的数据统一[6]。通过建立监管、准入服务器，能够认证入网相关数据源并予以监管，确保数据源技术能够符合入网标准，确保数据源运营无冗余、错漏及故障问题。然后深度分析不同数据，包括逻辑、来源、关联度、价值、精准度等关系，基于此确定统一城市交通数据区块模式，形成数据区块。最终运用区块链及网络层技术，能够统一存储并传输数据。

2.2.2 多项技术公共监管运营

区块链技術下的城市交通大数据，不同于传统交通大数据平台，传统交通大数据平台的数据监管需要由不同组织机构实现，然后在统一平台共享，往往无法实现数据统一监管运营。但是区块链技术下的城市智能交通大数据去中心化，则能够成功去除数据的所属化，满足数据入网后智能统一监管运营。抓紧区块链技术下交通大数据激励层、共识层、应用层及和跃层的统一监管运营，达到了多项技术共用。并且数据监管运营中各层还能够构建数据监管运营技术处理机制、资源分配、管理规则、应用等机制，能够根据不同机制实现数据的自动化传输、处理及服务。

2.2.3 联网车路技术兼容

车联网就是能够做到车和车、车和路、车和人、车和传感设备之间的交互，能够达到车路网络化。车联网关键是采集何种数据，何种网路通信计数及提供何种数据运用。区块链技术能够在车联网数据网络通信中直接作用，同时也能够实现符合技术兼容需求同时，实现车联网外部通信链接。车路协同需要做到人、车、路彼此互感，关键就在需要做到系统协同，对系统资源的优化利用，从而充分提升道路安全、交通监管并大力缓解交通拥堵等目标。区块链技术不仅需要做到基本数据网络功能，除此之外在共识层、和跃层同样作为确保系统协同的重要基础，激励层则能够实现资源优化利用目标。根据上图在区块链节点中，可以实现交通大数据平台的不同数据源智能连接，存在技术兼容性[7]。所以区块链技术下的交通大数据平台，作为一个开放性平台应用，接下来将对区块链交通大数据平台的应用仿真案例进行分析。

3 应用仿真案例

3.1 仿真场景

基于区块链技术的交通大数据平台建构，本部分选择雾霾情况下交通流数据缺失仿真场景，出现这种情况的原因是雾霾降低了交通路网的能见度，很大程度影响了城市交通视频监测系统，造成交通流数据缺失。具体来讲就是及交叉路口因为能见度有限，所以图像采集比较模糊，无法监测至交叉口要排队等待车辆，所致数据缺失。并且因为道路的能见度有限，所以车辆驾驶人员需要与自身能见度为依据对车速进行调整，势必会一定程度上影响车道的车流量。同时需要说明的问题，是尽管沙尘、雨雪不同天气条件，会对路网能见度造成影响，但一般不会在城市出现局部雾霾情况，所以雾霾影响交通问题具有研究代表性[8]。

3.2 应用区块链技术

对于雾霾情况下的路网交通数据缺失情况，可以运用区块链技术根据GPS数据，将雾霾下的交通流缺失数据有效补充。根据上图2本次仿真中的数据源即交通监测系统及雾霾监测系统的数据，然后将交通流数据、雾霾数据作为区块链数据，激励层资源为GPS数据。对于数据层中，城市交通监测系统数据采集时间作为时间戳，可以获得更全数据的区块链。终端设施包含了交通雾霾监测、交通监测。不同组数据有详细的设备数据，采集时间，位置数据及各自编号。区块体之间的不同数据，哈希函数能够对不同设备的可见空间维度函数位置体现，并连接不同位置数据组，成功构建关联数据组群。然后即可经共识算法认证区块链数据的完整度，与路网的数据组位置，对车道单元或是交叉口单元的数据组进行判断，以及数据的完整性进行判断。完整数据即无需重复补充，不完整数据则需要数据补充。区块链会保留经完整度认证后的区块，对于未认证成功区块，应当经激励层的路网位置相关原则建立资源调节机制。在最终和跃层，数据源及激励资源需要依照智能组网合作网络协议，也就是城市交通监测、雾霾监测、与GPS组网协议之间合作。经数据补充算法能够补充未认证区块数据，并保留已经认证成功的区块，删除未通过认证区块。

3.3 数据补充率

为了对雾霾下的区块链交通数据补充，建立数据补充率指标，与以往文献相结合构建数据雾霾路网模型，划分了路网模型车道、交叉口两模型部分，以路网能见度及城市交通监测系统，统计两部分模型的交通数据缺失率，建立交通数据流补充率。对于车道来讲车道数据补充率相关车道数据缺失率，作为前后车道数据缺失率二者之差，公式如下：

式（1）中：补充前、后车道数据的缺失率分别用lo1b、lo1a表示。

针对交叉口来讲数据补充率又相关于数据缺失率，那么补充前后的交叉口数据缺失率差值计算公式如下：

式（2）中：补充前后的交叉口数据缺失率分别用locb、loca表示。

3.4 仿真结果

通过建立雾霾下的交通路网仿真模型，基于MATLAB仿真软件设计10s为一次仿真周期，共进行18次仿真，180s仿真周期。以以往数据建立雾霾下的路网影响度仿真数据，以能见度程度划分雾霾包括轻度、中度、重度，在仿真过程中设置轻度雾霾时，车道交叉口可达1000m能见度，中度时500m的能见度，重度时150m的能见度。

雾霾所形成的路网区域仿真数据，划分了中、重两种雾霾程度所覆盖区域，为盲区，并依照数据的缺失情况划分了雾霾点、局部、全盲3种。仿真过程中设置交叉口雾霾点盲区是12，局部盲区是12、13、16、17，假设在非盲区的车道交叉口达1000m能见度，400m雾霾盲区值，在路网全部车辆5%作为浮动车，与实际情况更为接近，随机分布标记路网中的浮动车初始所在位置，设计单元车道为20m长，单元交叉口为10m长。最终根据仿真结果发现本次方法均可以补充不同程度雾霾影响下的交通流数据，并且可以达到40%～60%的交叉口数据流补充值，获得更突出的效果。

4 结语

总而言之，通过建立区块链交通大数据平台，充分运用了区块链的技术优势，解决了传统交通大数据平台的无法实现数据共享这一问题。并结合案例方恨雾霾下的路网交通流缺失，发现可以达到40%～60%的交叉口数据流补充效果，得出了区块链交通大数据应用，能够成功突破组织机构局限，共享城市智能交通数据，解决数据缺失问题这一结论。

参考文献

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[4]贾晓阳.区块链和大数据发展下的供应链管理研究[J].商业经济研究，2020， 797（10）：51-53.

[5]熊凌，唐伟鹏，李仲良.高校圖书馆大数据平台区块链应用研究[J].科技文献信息管理， 2019，131（03）：51-54.

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[7]郑沛琪，司长宝.“区块链+大数据”图景下的招聘革新探究[J].大数据时代，2018（12）： 26-31.

[8]黄天开.区块链与大数据结合既安全又高效——区块链与大数据结合的研究[J].电子制作， 2018（14）：53-54+71.