区块链技术在气象业务服务中的应用

李宝华 达海钰 马守存 马玉芳 郑 玲 周 丹

（青海省气象服务中心，青海西宁 810000）

区块链是伴随比特币产生的一种新技术，继人工智能、大数据和物联网，区块链技术被称为能推动第五次科技技术革命的重要技术。区块链3.0阶段，应用范围从最初的金融领域延伸到更多行业领域[1]，在生态保护、精准扶贫、商贸零售、智能制造、医疗健康、企业融资等方面打破了传统方式的技术壁垒和影响弊端，“区块链+”成为新的流行趋势，激发了创新活力和探索空间，未来经过不断的技术完善和发展研究，区块链能重塑很多行业的发展模式和人们的生活方式[2]。

区块链的优势在于创建一个信任的集体业务流程，因为没有一个企业是可以孤立运作的，多个组织机构合作取得的效果大于任何一个组织机构单打独斗。通过集体知识来制定规则，能大大提升效益，而在气象领域部门间的联动机制尤为重要，纵向有国家级气象局和各省、市（州）、县三级业务往来，横向有公众气象服务、水文、生态、能源和政府决策部门等合作机制，因而“区块链+气象”是气象领域的一大机遇和挑战。

1 区块链技术简介

1.1 区块链技术特点

区块链技术并不是简单的一种技术，而是一系列的技术组合，简单而言就是一个分布式的公共记账本，这个账本由各个区块“链”在一起[3]。在传统记账系统中，记账权掌握在中心服务器中，而在“区块链”这个账本中，链条上的每一个点都能在上面记录信息，构成点对点的记账系统，每个节点各司其职、互不干扰，这种中心多元化的特质也就是去中心化的特质，是区块链的核心属性之一，是最根本的特征保证。此外，还包括不可篡改、全程留痕、可以溯源、公开透明、互相信任的特征。其关键技术包括P2P动态组网、点对点通信、密码学、共享账本、共识机制、智能合约、区块链数据结构等。由此可见，区块链并不能简单地被认为是一种技术，而是一系列的技术组合。

1.2 区块链技术发展的战略意义

2019年10月24日，在中共中央政治局第十八次集体学习中，习近平总书记指出：发展区块链技术，是技术创新的突破，要加强区块链标准化研究，提升国际话语权和规则制定权，要推动区块链和实体经济深度融合；要把依法治网落实到区块链管理中，推动区块链安全有序发展。区块链未来发展潜力巨大，它具有传统技术架构不可比拟的优势，是一种新的思维和技术，建立了一种可被量化的新的信任方式，区块链成为下一个信任的基石，靠的不是信誉，而是技术，对于监管体系的变革和创新有重要意义。

2 区块链技术与气象领域融合

2.1 区块链与气象数据存储

现有的气象数据存储有很多不便之处：一是气象数据量庞大，但是数据存储分散，很多数据不能被充分利用，减少了数据自身的价值可能性；二是中央服务器控制数据的传递和存储，中心化存储负担大，服务器容易受到黑客攻击或者发生断电等，严重影响气象业务使用，造成秩序混乱；三是气象数据的共享和流通性较差，难以实现数据流通价值。

首先，区块链技术中的分布式记账技术在很大程度上能优化现有的气象数据存储和传输功能[3]。分布式记账，即交易记账是由分布在不同地方的多个节点共同完成，每一个节点记录的都是完整的账本，节点之间是平等的地位，不是多副本模式，而是更先进的编码模式，可以互相监督，节点越多，存储成本越低，可避免一方节点被破坏或篡改所带来的负面影响，保证了数据的安全性和可靠性，异地容灾性更强，单在这一点上，区块链的存储性能就比云存储具有巨大优势。其次，区块链对降低数据的重复率有良好的性能。数据去重能将成本降低5～10倍[4]，加之每个存储节点的建设成本较低，可操作性较强。最后，区块链在信任、共识和数据隐私保护的前提下，可以实现链上多方协作的数据计算，有望解决“数据孤岛”和“数据垄断”的问题，实现气象数据的高效应用和流通价值[5]。

2.2 区块链和气象预警发布

传统的气象预警信息短信表面上看是按了“发布”键，就能到公众手机里，实际上在这期间后台的中央服务器发挥了关键作用，预警信息要先到中央服务器，经过服务器确认处理，再传送到公众的手机里（图1）。显而易见，一旦中央服务器出现故障，发布流程就会处于瘫痪状态，无法及时传送气象预警信息。区块链的点对点技术通过多节点复制数据，有防故障功能，并不需要依靠一个中央服务器来传送数据，比如节点A和节点B可以直接通信，并不需要第三方服务器[6]。这种节点之间是平等的，并没有服务器和客户端的概念，交易的节点会记录整个过程（图2），对于预警信息发布的及时性和节约成本有重要意义[7]，在重大气象灾害中追究社会责任时，可以追溯是否是因为气象预警信息的迟发或者漏发导致人员伤亡或经济损失。

2.3 区块链与气象软件、硬件维护

气象软件、硬件设备的维护保障作业对于数据的可靠性和安全性至关重要[8]，而像大气本底监测仪器、天气雷达、气象卫星等设备的维护保养耗时较长，成本较高，利用区块链技术，可将气象设备的生产厂家、采购过程、安装过程、维护过程进行整合和追溯，真正实现一设备一码的全流程溯源，显著提升效率。气象业务人员通过扫描二维码，便可了解该设备的产地、厂家、型号、维养过程等。

例如，位于青海省海南藏族自治州共和县的瓦里关大气本底基准观测站的大气成分观测仪器自身价值较高，一旦遇到雷击等导致较大损坏，维修过程较为艰难，整个过程需要耗时1周甚至1个月，成本大、耗时长、仪器容易磨损，对于大气监测数据的安全性也是很大的挑战。部分原因可归咎于设备维修信息并没有数字信息化，基于竞争保护等原因，厂家不愿意共享维修知识。

利用区块链的确权和奖励机制，鼓励知识共享，将已处理的工单标识和维修记录数据对应存储在区块链，当维修记录数据被引用时，给予厂家相应的奖励，气象保障人员根据记录，就近购买相符的零部件，在零部件厂家的协助下完成修理过程，最后把此次修理交易过程记录在区块链上，记上时间戳，以此建立一个公开信任的时间溯源机制，为交易的参与者提供了低成本、高效益的沟通方式。在区块链不同节点上，从申购、采购、维护到最后的资产处理都有实时动态信息，促进了各方的信任关系和高效协同。

2.4 打通交通气象一张网

现有的交通气象服务由气象服务中心开展，全省共有39个交通气象站，气象服务中心向交通部门提供不同时次的精细化网格天气预报、实况监测信息以及灾害性天气预报预警，在重大活动保障中提供更为精细的路段反衍天气产品。这种单向的气象服务方式存在一些弊端，如无法真正了解交通部门的气象需求，很难开展隧道、坡道、转弯、道路不平整等交通事故易发点精细化的气象服务。利用区块链的联盟链，建立一个操作性强、信任度高、开放、共享的交通气象应用场景，将气象信息和交通信息接口录入区块链系统，包括实时路况监测视频、高危路段信息等，在线统筹各类交通信息和气象信息，融合分析，通过业务建模和大数据分析，监测恶劣天气发生时间和重点关注事故高发路段，继而启动恶劣天气预报预警系统。交通部门将第一时间看到气象预警信息，同时系统自动提示交通部门进行交通管制或者路面融雪作业，从而大大缩短了信息时间差，最大程度地发挥气象职能。

未来的“区块链+交通气象服务”建立在强大的物联网和互联网基础上，不仅需要加密自动化交通气象站，而且在智慧公路发展的背景下，应建设公路电子信息显示屏、融雪剂自动喷淋设备等，加快建设基础设施。此外，利用区块链中的线上交易，鼓励公众主动上传所在地的恶劣天气图片和视频，以此得到相应的数字货币，实现气象、公众和交通三合一的高覆盖率、网格精细化、高效率公路作业的交通气象服务。

2.5 区块链和气象保险问题

天气和气候对农作物生长和畜牧业发展有极为重要的影响，设施农业、大田经济作物和牛羊养殖方面的气象保险较为广泛。传统的气象保险有2个特点，一是需要经过第三方平台，二是理赔等待时间长。以一次重大暴雨灾害保险的作业流程为例，客户投保后，保险公司的调查人员须实地考察农户的作物或者牲畜，并详细登记在册，以防客户的骗保行为；当暴雨导致受保对象遭受损失时，用户想要理赔，需要先申请，提交各种资料，保险公司需要向气象部门开具暴雨气象证明，还应实地调查事件的真实性，用户才能拿到理赔金。这种气象保险理赔模式存在很多盲点，投保和理赔的时间比较长，定责困难，整个过程会受到人为因素的干扰，容易导致双方陷入不信任状态。

引入区块链技术，能有效解决传统气象保险的理赔痛点[9]，可以省略很多步骤，并且不需要人工调查。保险作业流程简化为：最初的保险受理阶段，在区块链上录入三方数据，包括保险公司的理赔标准和规范等详细信息、客户的受保对象详细信息以及气象基本信息和气象灾害标准等；利用分布式记账技术将单位面积种植地或者每只牲畜进行数字化，将真实的信息链接在节点上，且不可篡改，一旦因为气象灾害造成损失时，在保险公司和客户的双方监督下，将文字和视频信息上传到区块链的定损节点上，定损环节不再受人为影响，由区块链在智能合约的基础上，根据气象信息、受损程度自动验证进行，核验后满足条件即可自动发放理赔款，完成理赔过程。

区块链在气象保险业务中，能够塑造公开、透明、高效、信任的新型投保、理赔模式，可以更好地开发保险产品的弹性，从而提高保险公司的资金配置效率和赔付精准度。

3 区块链在气象领域应用的挑战

3.1 区块链技术的成熟度

虽然区块链技术在部分行业中得到试用，取得了不错的效果，但是受政策监管、技术研究、人才需求等影响，区块链技术仍处在不断探索前进的阶段，技术框架不够成熟，大面积推广及应用面临很多挑战。例如如何建立信任机制，如何达成网络共识，如何实现一个足够大的区块链网络规模等。

3.2 传统“信任”和区块链技术的碰撞

传统的观念里靠信誉取得信任，而在区块链中靠技术来实现信任关系。但是，公众对区块链带来的社会影响认识不深，只局限于数字货币，缺乏更深刻的认知和思考。区块链带来的改变可能是革命性的创新，其完全基于规则、公开透明、没有欺诈的特点值得深思和重视。

4 结论

区块链作为一种极富有创新性和挑战性的前沿技术，对气象领域的现代化建设和智慧气象发展产生了长足意义，不仅能在气象数据存储、气象预警信息发布、行业气象服务、气象设备与维护和气象保险问题中发挥优势，未来还能在气象政务、气候验证等多个领域大大精简办事流程，提高办事效率。与此同时，我们应加深对区块链的理解，不断思考和探索区块链和气象融合带来的机遇和挑战。