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首发 | 火币研究院报告:区块链如何助力智慧城市发展?(上)

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作 者

【火币研究院】袁煜明,李宗赫,赵文琦

【和君产城发展事业部】彭锐,党晓刚,秦慧娟

摘 要

自2009年IBM提出“智慧城市”的概念后,全球众多国家和地区启动了智慧城市建设。在2018年,全球已启动或在建的智慧城市达1000多个,中国以500个试点城市居于首位。智慧城市利用新兴技术不断重塑城市,不仅能提高市民的生活水平和质量,同时也能提升城市公共管理的运行效率和服务水平。现代化技术的发展带来了人民对更高生活水平的迫切希望,也催促着智慧城市落地的步伐愈发加快。

但其发展过程中也面临了诸多痛点,包括公共基础信息设施建设不够完善,造成各方协同水平较低;数据孤岛现象普遍,各部门数据难以共享;数据安全仍有隐患,系统难以平稳运行;信息和规则不够透明,运营成本较高。

而区块链与生俱来的特性,能帮助智慧城市建设扫除奔跑路上的障碍,开启新的建设范式。区块链分布式的数据存储方式,降低中心化数据存储带来的影响,弥补信息基础设施不完善带来的缺陷。同时也能打破数据孤岛,助力各方数据共享。区块链的不可更改和可追溯的特性能防止数据篡改,帮助系统平稳运行,让信息更加公开可靠,提升协作效率。而智能合约机制也能让规则更加透明,降低运营成本。从各个方面,为智慧城市的落地带来了突破点。

在智慧城市的高楼林立中,车水马龙中,灯影幢幢中,越来越多地出现了区块链的身影。智慧医疗,区块链加强供应链的监管力度和透明度、推动数据共享、保护数据隐私、提升保险透明度与理赔效率;智慧交通,区块链促进共享汽车用户上链、助力交通运输网络优化、推进节能减排;智慧能源,区块链协助建设智能设备与智能代理、加大能源利用率,提高能源数据的安全性,乃至智慧政务、智慧旅游、智慧教育、智慧环保,不一而足。本报告将从智慧医疗、智慧交通、智慧能源等三个智慧城市的代表性行业深挖痛点,分析区块链的赋能抓手,并通过九个实际应用案例探讨区块链与智慧城市的结合。

将视线从“行业”转移到“城市”,有一些城市已经在“区块链+智慧城市”建设上领先一步,成为区块链智慧城市。本报告也将以现阶段世界上蓬勃发展的区块链智慧城市,中国雄安、中国杭州、韩国首尔和瑞士楚格等四个城市为例,以小窥大进一步介绍区块链助力智慧城市发展的落地现状。

最后,城市的发展离不开基础设施的建设,新基建浪潮下,区块链与5G、人工智能、工业互联网、物联网等技术互为助力,推进建设产城融合的智慧城市。在未来,区块链仍将与其他技术进一步深度结合寻求突破,推动智慧城市加速度向前。

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一、智慧城市发展概况

智慧城市的概念最早源于IBM提出的“智慧地球”理念。2008年11月,IBM在美国纽约发布的《智慧地球:下一代领导人议程》主题报告中首次提出了“智慧地球”,即把互联网、物联网、云计算等新一代信息技术充分运用在各行各业之中。

在此基础上,2009年IBM进一步提出“智慧城市”概念,并在全球进行大力宣传推广,希望通过“智慧城市”建设助力世界各个城市通向繁荣和可持续发展。由此“智慧城市”概念正式诞生,同时随着创新性技术的发展,赋能智慧城市的新一代技术从最初的互联网、物联网和云计算,拓展到了区块链、人工智能、大数据、物联网、云计算和5G。

1.1 什么是智慧城市

智慧城市,是指以城市的生命体属性为基本视角,运用区块链、人工智能、大数据、物联网、云计算等新一代技术手段,一方面提高市民生活水平和质量,另一方面提升城市公共管理的运行效率和服务水平,从而能够实现科学和可持续发展的信息化城市形态。

因此,智慧城市涉及到人们在城市生产和生活的方方面面,覆盖智慧政务、智慧交通、智慧医疗、智慧教育、智慧环保、智慧住房、智慧能源和智慧物流等多维度、多层次、多领域的应用场景。

作为城市发展形态的一种新的智能升级,智慧城市主要有透彻感知、深度整合、互联互通、创新应用等四大特点:

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第一,透彻感知是指可以随时随地感知、测量、捕获和传递城市信息;第二,深度整合是指通过推进电信网、广播电视网、互联网的“三网”融合,以及物联网、卫星传感网、基于云计算平台的多源异构数据的集成、融合与同化,形成具有高度整合性的信息基础设施;第三,互联互通是指个人、企业、政府等信息和数据进行连接、交互和共享;第四,创新应用是指以较低的成本和较高的效率,满足人们的不同层次需求的智能化服务。

智慧城市并不是某种发展的终局,而是一个个新兴技术持续重塑城市的过程。智慧城市在最初被提出来时,被寄以厚望的核心技术主要为互联网、物联网和云计算,但是随着新兴技术的诞生和发展,当今赋能智慧城市的核心技术拓展到了:区块链、人工智能、大数据、物联网、云计算和5G等技术。

智慧城市被提出来,是为了助力解决当今越发严重的城市问题。一方面,随着全球城市化的推进,人口膨胀、环境污染、交通拥堵、信息安全等“城市病”越发严重,更严峻的是根据由联合国发布的《2018年世界城镇化展望》显示,目前世界上有55%的人口居住在城市地区,到2050年这一比例预计将增加到68%,这让解决城市问题成为了当务之急;另一方面,因为各国政府的重视和新兴技术的发展,使得为解决“城市病”提供了充分的可能性。在此背景之下,智慧城市的建设活动在全世界蓬勃开展。

从实践结果来看,智慧城市也确实有助于缓解城市问题。根据麦肯锡全球研究院在2018年评估的数据,智慧城市应用可将死亡率降低8-10%,应急响应时间缩短20-35%,平均通勤时间缩短15-20%,疾病负担降低8-15%,温室气体排放减少10-15%等等,真正意义上可帮助社会在各方各面取得进步和持续发展。

1.2智慧城市发展现状

1.2.1 世界智慧城市概况 

根据2018年德勤发布的《超级智能城市》报告,目前全球已启动或在建的智慧城市达1000多个,拥有10个以上启动或在建智慧城市的国家或地区分别是:中国、美国、欧洲、印度。其中,从在建设数量来看,中国以500个试点城市居于首位,紧随其后的是欧洲(90个)、美国(40个)和印度(30个)。

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自2009年智慧城市概念诞生以来,世界各国政府积极布局,先后颁布了相关政策以扶持智慧城市的发展。其中,美国在2009年颁布《经济复苏计划》,计划投资110亿美元来建设可安装各种控制设备的新一代智能电网,投资34亿美元用于资助智能电网技术开发;日本在2009年7月制定推出至2015年的中长期信息技术发展战略“i-Japan(智慧日本)战略2015”,以大力发展电子政府和电子地方自治体,推动医疗、健康和教育的电子化;欧盟则在2010年颁布的《欧洲2020战略》提出三项重点任务,即智能型增长、可持续增长和包容性增长。

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从市场规模来看,根据2019年1月全球第二大市场研究机构MarketsandMarkets的报告,2018年全球智慧城市市场规模为3080亿美元,预计到2023年这一数字将增长为7172亿美元。预测2018年-2023年内的年复合增长率会达到18.4%,投资金额保持高速增长。

1.2.2 中国智慧城市概况 

中国跟智慧城市最早产生关联,是在2009年8月IBM出于商业拓展目的发布的《智慧城市在中国》的报告,随后IBM进军中国并与多个省份签署协议共建智慧城市。从中央层面首次正式提出“智慧城市”的概念,则是在2012年《国务院关于印发工业转型升级规划(2011-2015)的通知》,并明确了智慧城市的应用领域,紧接着2013年住建部发布了首批90个国家智慧城市试点名单。

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根据2018年德勤发布的《超级智能城市》报告数据,中国现在有500个启动或在建的试点智慧城市,并已形成了数个大型智慧城市群。从省份来看,山东以30个试点智慧城市居于首位,紧随其后的分别是江苏(28个)、湖南(26个)、浙江(19个)和安徽(16个)。

此外,2016年3月国家发改委颁布的“十三五”规划纲要中明确提出,“十三五”中国将支持绿色城市、智慧城市、森林城市建设和城际基础设施互联互通。随后,北京、上海、广州、深圳等各地政府纷纷在各自的“十三五”规划里也把智慧城市列为重点建设目标,加快了智慧城市规划布局。

1.3智慧城市发展面临痛点 

智慧城市自诞生到现在,依靠着物联网、云计算、大数据、人工智能等新兴技术,再加上世界各国政府的政策和资金支持,确实取得了长足的发展。但是,在建设过程中存在着显而易见的痛点,它们分别是:协同水平较低、数据共享不足、数据遭受威胁、运营成本较高等四个方面。

1.3.1 基础信息设施建设不够完善,造成各方协同水平较低

一个万物互联、实时互动的智慧城市,需要能承受数以亿计的传感终端的城市信息基础设施。这要求做到实时的信息传输、统一的信息传输标准、承受巨量数据的信息统筹和分发平台,只有这样才能让政府、企业、个人,或者是部门和部门之间做到高效协同合作。

但是,从现阶段情况来看效果不理想,典型特征为:数据传输不够及时、设备间信息兼容性较差、信息搜集分发平台因无法容纳巨量数据而短时崩溃等等。例如,城市的能源使用具有时间性和季节性,也就是在一天的不同时间段和全年的不同季节,一个城市内不同区域所使用的能源数量不一样。所以,能源提供部门要尽可能根据实际情况,灵活而实时地调整对城市各个区域的能源输送。但是,现在做不到全城市数据的实时传输是因为,一是会对信息传输速度有极高的要求,现在的4G网络还无法满足;二是持续不断的巨量数据存储,容易造成中心化数据存储平台的瘫痪。这样导致的结果是,不仅让城市内、城市间的电力运营调度效率较低,而且迟迟无法有效提高电力公司与民电供电交易管理部门之间的协同水平。

1.3.2 数据孤岛现象普遍,各部门数据难以共享

智慧城市的建设依赖于在城市运转过程中所产生的海量数据。现阶段,这个海量数据主要由政府部门和少数大企业所掌握。海量数据通过大数据和云计算等技术的统计和加工,再由借助人工智能的分析和规划,才能最终通过并形成物联网,更好地满足人们的需求和提升公共服务水平。

但是,这里存在的问题在于数据不够完整和准确,因为现阶段数据孤岛现象仍然较为普遍。造成这种现象主要是两个原因,一是不同部门之间信息管理存在层级分割和地区分割,无法跨地区、跨级别进行信息共享;二是各部门和各机构之间,因为担心敏感数据泄露和信息隐私等方面的忧虑,即便有能力共享也不会选择。三是数据的存储方式和调用方式没有形成统一的规范,即便参与方都有意愿共享也难以达成。例如,在医疗、教育、食品安全等公共服务和人口管理方面,因为政府信息管理中的层级和地区分割及数据形式不一,使得跨区跨级的信息共享建设成为难点问题。

1.3.3 数据安全仍有隐患,系统难以平稳运行

智慧城市建设中,除了存在数据共享困难问题之外,还有数据安全问题。隐患主要体现在两个方面:第一,数据存储平台的本身缺陷。城市发展过程中,大量数据通过云计算高度集中在云平台上,或者相关单位出于保密考虑将数据存储在本地,一旦云平台或本地技术平台出故障或受到攻击,将造成严重的数据丢失甚至应用系统崩溃,这些高度集中的海量信息一旦被加以不良地利用,势必对城市乃至国家信息安全构成严重威胁;第二,海量数据让作恶势力铤而走险。因为数据的高度集中,为作恶提供了足够动力,那些有权限的内部人士主动或被动地出于利益,能够偷偷篡改或向外界泄露数据,同样会造成对整个系统和城市安全的危害。

1.3.4信息和规则不够透明,造成运营成本较高

智慧城市若想要提升协同能力,前提条件是协同方之间相互信任。如果协同合作的前提是信任,那么信任的基础则是透明。当今智慧城市建设面临的一大问题是信息和规则不够透明,各方之间无法做到快速简单地相互信任,若想保证双方信用,则必须要经过繁琐冗长的程序,付出很高的人工、时间和金钱等运营成本。

以货运物流为例,当今货运物流中的货主、司机、物流、收货方等各个参与方,虽然因为利益大体的一致性,通过签订合同来保证信用。但是,也经常会出现某一方违约的情况,更严重的是违约之后因信息不够透明而无法做到精确问责。例如,当收货方收到一份快递打开包裹后发现物品丢失,那么货主、司机、物流等各个环节中的人都会有作恶的可能性,但是你难以做到精确问责,因为即便每个环节都有数据登记,但是这个数据很容易被篡改。

 

二、区块链如何赋能智能城市

如果把智慧城市比作一个人,那么物联网就是人类的神经系统,大数据是人体内的五脏六腑、皮肤以及器官,云计算相当于人体的脊梁,人工智能则是人的大脑和神经末销系统。有了大脑、神经系统、脊梁、五脏六腑、皮肤和器官,一个人就可以活动了。但是,这时候这个人各方面的能力还不够突出,这时候就需要区块链了。区块链技术,可以从DNA层面提升人的大脑反应速度、骨骼健壮程度、四肢操控灵活性,让这个人充满活力,更加健康。

区块链对智慧城市的赋能,主要是围绕最为核心的“数据”的可用、可享、可信问题,来解决智慧城市建设中的重要痛点。那为什么说“数据”是智慧城市建设中最为核心的部分?

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根据《中国智慧城市标准化白皮书》,智慧城市的总体架构可分为:物联感知层、网络通信层、数据及服务支撑层、智慧应用层等四个方面。其中,数据及服务支撑层是智慧城市的核心功能,因为其他的系统层次和应用,都离不开海量数据的搜集、分析、共享和使用。城市各个系统的运行产生了大量数据,这些海量数据构成了智慧城市的“血液和养料”,是城市“智慧思考”的基础。

智慧城市发展现阶段主要面临:协同水平较低、数据共享不足、数据遭受威胁、运营成本较高等四个方面的痛点,这些都与数据的存储、传输、共享和使用相关,本质上也就是“如何保证数据账本安全可信”的问题。

区块链技术本质上是一个分布式账本,通过其不可篡改、去中介化、可追溯等特点,能够让数据账本安全可信,有助于智慧城市建设降低成本、增加协同和提高效率。智慧城市的各项数字化平台在区块链技术的改造之下,基础功能和应用可以得到大幅度扩展。

区块链赋能智慧城市的作用,也受到了国家的认可。2019年10月24日,中共中央总书记习近平在中央政治局第十八次集体学习时强调,要把区块链作为核心技术自主创新重要突破口,加快推动区块链技术和产业创新发展。其中,指明要推动区块链底层技术服务和新型智慧城市建设相结合,探索在信息基础设施、智慧交通、能源电力等领域的推广应用,提升城市管理的智能化、精准化水平。有了政策上的明确支持,这让区块链在中国智慧城市建设中,开始发挥越来越重要的作用。

2.1 分布式数据存储,加强信息传输能力,提高协同水平

智慧城市建设中一大显著问题是,基础信息设施建设不够完善。主要表现为:数据传输不够及时、设备间信息兼容性较差、信息搜集分发平台因无法容纳巨量数据而短时崩溃等等。其中,数据传输速度可以用5G技术来解决,设备间信息兼容性较差的问题则需要不断完善统一标准。

区块链主要解决信息搜集分发平台因无法容纳巨量数据而短时崩溃的问题。智慧城市面临这个问题,主要是因为城市活动所产生的数据量过于庞大,一个中心化的数据服务器很难承实时生产的海量数据的接收、处理与分发。区块链本质上是一个去中介化的分布式数据库,单从数据的角度来看,区块链由所有参与者共同记录(而不是中心化机构单独记录)信息、由所有参与记录的节点共同存储(而不是存储在中心化机构中)并且不可随意篡改。在这个区块链数据库中,每个用户节点都拥有整个数据库的完整拷贝。同时因为区块链的开放性特点,每个节点都可在一定条件前提下,随时加入和退出数据系统,对庞大的数据库也可根据需求选择性下载。所以,区块链赋能城市信息基础建设,体现在两个方面:一是通过分布式数据存储,可做到数据共享;二是区块链结合云计算平台,可把大部分信息传输,转变为可选择的分布式数据存储和下载,大大减少某一中心化服务器的压力。数据安全且可共享,同时信息传输能力的提高,会让整个智慧城市的协同合作水平提高。而这将有利于加强智慧城市透彻感知的特点,即提升随时随地感知、测量、捕获和传递城市信息的能力。

2.2 打破数据孤岛,助力各方数据共享

智慧城市现阶段面临的数据孤岛问题,主要有三点:一是不同部门之间信息管理存在层级分割和地区分割,无法跨地区、跨级别进行信息共享;二是各部门和各机构之间,因为担心敏感数据和隐私等重要信息泄露,即便有能力选择共享也不会选择。三是数据的存储方式和调用方式没有形成统一的规范,即便参与方都有意愿共享也难以达成。

区块链可有效解决的数据孤岛问题。首先,通过去中介化、开放自治的特征,使得信息公开透明地传递给所有参与者。其次,因为各部门协同可采用联盟链,因此对于一些敏感信息,可对不同相关方的私钥和公钥进行分级设置,这样既能高效同步必要信息,也能保证敏感信息的安全。最后,一旦参与方达成数据互通的共识,在使用区块链的分布式数据存储时,互相调用的参与方可通过合理的顶层涉及数据格式规范,使得数据难于分享的问题得到解决。

2.3 防止数据篡改,帮助系统平稳运行

智慧城市的数据安全问题,主要体现在两点:一是云平台如果被攻击,大量数据会被丢失和篡改;二是因为数据的高度集中,为作恶势力提供了足够动力。

因为区块链是分布式数据库,由于没有中心机构而是由多方共同记账,数据篡改者需要攻破大多数人的存储才能实现篡改,大大提升了篡改成本从加强了对数据的防篡改。另外,区块链中节点的关键身份信息以私钥形式存在,用于账户的登录和交易过程中的签名确认。私钥只有信息拥有者才知道,就算其他信息被泄露出去,只要私钥没有泄露,这些信息无法被读取,从而失去利用价值。因此,使用了区块链的数据系统,即便某一个数据平台遭受了黑客攻击,甚至被篡改数据,但是因为有无数个分布式数据库的存在,不仅数据库不会丢失,而且篡改也无法生效。所以,整个智慧城市系统将会更加平稳运行。

2.4 信息更加公开可靠,让交易高效便捷

智慧城市信息不够透明的问题,主要体现在各方之间无法做到快速简单地相互信任,若想得知双方的真实信息,则必须要经过大量的审查、验证和公证,耗时耗力耗资金。

区块链可通过其不可篡改、公开透明和可追溯等特点来助力解决这个问题。一旦把各类信息存储在区块链网络上并进行存证,会在三方面保证信息的公开可靠:首先,依靠区块链的不可篡改特性,信息在审查后上链就难以篡改,这让相关方可对上链信息放心信任;其次,依靠区块链的公开透明性,信息相关方都可对信息进行公开查询;最后,依靠区块链的可追溯性,使得一系列信息的变更历史都可被追溯查看。例如,租房行业在保证房源信息真实、可公开查询、追溯历史信息等方面有强烈需求,区块链可通过上述技术特点,使得房屋信息更加公开可靠,让租房交易更加高效便捷。而这有利于加强智慧城市互联互通,也就是让个人、企业、政府等的信息和数据实现更畅通地连接、交互和共享。

2.5智能合约让规则更加透明,降低运营成本

智慧城市的一大特点是“创新应用”,创新应用是指以较低的成本和较高的效率,满足人们生产和生活的不同层次需求的智能化服务。这要求在生产和生活的各方协作中,减少不必要的冗杂程序,更多的实现自动化执行,从而降低运营成本。

区块链可通过智能合约来解决这个问题。智能合约是一种基于代码的“可自动执行合同”,并且一旦执行无法人为干预。因此,合作双方就某一件事情定好规则,通过上链执行智能合约后,就不需要担心在以往执行过程中对方出尔反尔。例如,物流对账是物流场景中最常见的场景之一,在一个物流的运转过程中会涉及到多方的数据共享和同步。但是,以往企业与物流承销商进行的数据结算,因为信任问题,和涉及到很多人工审核的过程,容易造成结算周期长和对账成本高的问题。区块链通过智能合约在账单出来后可自动结算,从而大大提高对账和结算效率。同时,由于保存在区块链中的信息,需要持有私钥才能查看,因此数据的安全及隐私问题得到了保障。所以,区块链通过智能合约,可以使智慧城市建设,规则更加透明,运营成本进一步降低。而这有利于加强智慧城市创新应用的特点,即以更低的成本和更高的效率,来满足人们在生产和生活中的智能化服务需求。

三、案例分析

智慧城市涉及到人们在城市生产和生活的方方面面,区块链对智慧城市的赋能主要体现在:提高协同水平、增加数据共享、保护数据安全、提升交易效率和降低运营成本。接下来将会在智慧医疗、智慧交通、智慧能源等三个智慧城市代表性领域,举相关代表性案例来具体说明区块链如何赋能智慧城市。

3.1智慧医疗

全球医疗健康产业正在不断跨界融合人工智能、物联网、大数据、5G 、区块链技术等高科技,使医疗服务大步走向真正意义的智能化,也迎来了前所未有的发展契机。随着全球人口老龄化的不断加剧和医疗资源的日益紧张,各国政府和民众都越来越重视智慧医疗产业,推动着相关智慧医疗政策的落地与改革。尤其此次新冠肺炎在全球的爆发,人们对于智慧医疗的需求愈加旺盛。全球智慧医疗市场在移动医疗、远程医疗等医疗新模式的带动下,处于稳步发展阶段。

3.1.1 行业现状

根据5G时代智慧医疗健康白皮书显示,全球智慧医疗市场主要集中在美国、欧洲、日本和中国,而产品生产主要集中在美国、欧洲和日本。

美国是全球最大的智慧医疗市场和头号智慧医疗强国,目前,美国智慧医疗市场约占据全球市场份额的 80%,同时全球40%以上的智慧医疗设备都产自美国。

欧洲智慧医疗市场由于老龄化社会、大批计划外移民涌入和医疗设备更新的需要,市场交易旺盛,发展前景广阔。其中德国智慧医疗产业规模仅次于美国,是欧洲最大的医疗设备生产国和出口国。

日本智慧医疗市场是次于欧洲的第三大智慧医疗消费市场,在日本智慧医疗市场上,西方发达国家尤其是美国的智慧医疗产品占有很大比例。日本已进入高度老龄化社会,60岁以上老人占该国总人口的比例已达20.5%,与老年疾病有关的智慧医疗产品,包括心脏起搏器、人造心脏瓣膜、血管支架、胰岛素泵、人工关节等植入性产品需求极为旺盛。同时,近年来陷入亏损的日本电子业巨头纷纷转型智慧医疗产业,将进一步促进日本智慧医疗产业的发展。

我国人口占世界人口的22%,但医疗卫生资源仅占世界的2%,医疗服务供给不足。我国的医疗资源近80%集中在城镇,医疗资源不平衡,农村医疗卫生资源严重不足,设备少、服务能力低,部分偏远地区缺医少药的现状仍存在。同时,根据弗若斯特沙利文数据,2018年我国大健康产业规模达11万亿元,为2013年6万亿元的1.8倍,2013-2018年复合增长率达12.7%。弗若斯特沙利文预计2019年我国大健康市场总规模将达到12万亿以上,并于2022年增长至17 万亿元,行业发展空间巨大。

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智慧在医疗行业,大的市场前景也伴随着大的落地挑战,在诸如医疗供应链监管、医疗数据共享与安全、医疗保险等领域都存在着亟待解决的痛点。

供应链的监管不严与不透明

在医药供应链环节中,问题药品、假药的问题频繁出现,进货手续也存在作假的可能,特别是小药品、小诊所,无法百分之百的保证进货渠道完全真实可靠。世界卫生组织表示,在中低收入国家,伪劣假药交易市场价值高达300亿美元,许多伪劣假药可能含有有害化学物质,或者是没有任何有效药物成分。之前的每年医药行业因为假药和患者安全问题造成的损失高达2000亿美元,到今年全球疫情下多个国家封城隔离,药物的供应链受到严重影响,可能面临的不合格药品以及伪造药品的大爆发,对于医药用品的需求大幅度提升,对药品供应链的全程监管是必要和意义重大的,医药监管尤其是医疗供应链管理已经刻不容缓。

除了问题药品与假药外,在药品招标采购环节中,存在集中招标采购局限性。医疗机构的垄断地位导致了不平等、不公正的购销关系。医疗机构对医药企业来说是买方,对患者来说是卖方,药品招标机构强化了医疗机构作为买方的垄断地位。药品集中招标采购实施18年来,形成了以用药目录、招标目录、招标规则、配送商遴选等为勾兑标的,从国家有关部委、省级主管部门到地市级主管部门直至县级主管部门,一个冗长的雁过拔毛的招标利益链。对于投标的药品生产企业而言,低价中标的药品,由于没有给医生回扣的空间,药品就不可能有销量;如果高价中标,给医生的回扣空间大,药品销量就会暴涨。药品集中招标采购决定了企业的命运,每一次招标对于药厂而言都是生死大战,为谋求高价中标,为后续回扣预留足够的空间。根据有关统计,现公立医疗机构药品年采购额超过1万亿,攻关招标机构的费用达300亿。其实采购招标的问题根源就来自于投标和招标程序缺乏透明度,腐败问题严重。

医疗数据共享与安全问题

虽然我国在健康医疗大数据的建设中投入了大量的人力、物力,医院的一部分数据也建设投入使用,如患者的体征、检查、检验、诊断、用料、支付。但是,医疗信息不通畅的问题仍然存在,区域与区域、医院与医院之间,有些甚至是在医院内部,数据并没有实现开放应用。比如在去医院看病时,医生都要求患者去做相关的所有检查,然而这些检查病人可能已经在其他医院做了处理,医院之间的孤立导致病人信息无法同步,由此造成了巨大的人力物力的浪费,降低了患者求医的体验感与行业的发展效率,阻碍医学行业的发展。

同时,在临床医学方面,基本不存在数据的采集和利用,患者与医生或者制药商家的沟通处于割裂状态。临床及试验数据对于药物的研发阶段至关重要,但由于临床数据涉及病患隐私,加上数据源呈分散状态,大约一半的临床试验数据未对外公布,临床医生和管理人员在整合分析数据上面临着重重困难,这不利于临床医学的进步。

还有一个问题是,尽管医疗行业有严格的规定来保证数据的安全和隐私,可网络安全依旧是一个很严重的问题。HEIMDAL公司2016年发布的《2016年中回顾:

2016年网络安全威胁分析报告》中指出,在全球范围内,医疗行业是该年度被勒索软件攻击最多的行业,其中第二季度占比达到了88%。根据2017年IBM安全研究机构波耐蒙研究所的数据,医疗机构数据泄漏的成本增加,平均每个记录为380美元。英国《卫报》2017年2月的调查也曾揭露,英国国家保健医疗系统(

NHS , National Health Service )丟失了高达50万份的医疗资料。医疗数据的大规模泄漏事件层出不穷,反映了整个行业急需技术革新的现状。

医疗健康保险问题

患者的寻诊过程和有关记录都分散在各个医疗机构,医疗保险公司与医疗机构之间信息不对称,导致投保人在投保、索赔、报销过程中需要提供诸多相关证明,保险公司也需要花费大量的人力物力财力对证明材料进行审核,导致了整个理赔流程效率低下。更有甚者,由于患者数据分散,无法进行溯源,大量保险欺诈案件发生,严重损害了保险公司的利益。而一些投保人也遇到过保费不公平的事情。

3.1.2 区块链赋能智慧医疗

面对上述这些问题,大力发展以大数据、区块链、AI为中心的智慧医疗服务将是解决目前医疗行业痛点问题的有效方法。具体来说,区块链技术的引入将主要在以下三方面推动智慧医疗的发展:

助力药品溯源,保障药品质量

区块链分布式账本和溯源功能可以对市面上的药品进行溯源,从药品原材料的获取到药物的生产制作、储藏、流通销售,都可以进行适当的监控和追踪。消费者可以通过区块链平台看到所购买药品的生产厂家、日期数据及流通环节等是否符合标准,也可通过区块链技术配合物联网对药物或疫苗的贮藏温度、出入库时间等进行实时监控。保证药物的真实性与质量安全,在原本GSP 及 GMP 的强有力监管基础上,更进一步实现公开监管与追踪,打击假药劣药市场,保障各方权益。加密技术与智能合约的应用可以使招标采购的流程合规、透明、标准,记录整个交易过程。

加强医疗数据互通,提升共享效率

区块链技术通过构建多方协同可信环境,并配合使用可信计算等密码学技术,将有望建立安全、可靠的数据资产存储和共享平台,将数据所有者、数据提供方、数据使用者以及系统维护者等参与的各方联合起来,并明确各方权责利,实现数据的高效流通和共享。实时信息交换信息系统可以使任何医疗记录可以准确的被区块链技术所记录。如果同时两个交易发生冲突,那么交易记录的数据是不能被记录在账本中的,比如患者前后去的两家医院给的诊断结果不一样,那么这种数据就不能被记录在患者的病历中从而说明诊断是有问题的。

同时,以区块链为基础的健康IT系统能够解决许多技术问题,比如数据的完整性、安全性,通过加密技术可以防止数据被篡改。同时,用户可以随时查看患者的历史数据和用户数据,免去了数据调取的麻烦。

提升医疗保险透明度,精简理赔流程

在医疗保险领域,可以利用智能合约If和Then的工作机制,设计自动化或者半自动化的保险产品。这种操作机制可以由数据驱动,执行和交割都是由规则自动执行。传统的保险信息不对称,发生了很多保险公司被骗保或投保人被保险条款忽悠的案例,智能合约可信度高,理赔流程由以前的中心化组织移至分布式组织,公开透明防止篡改,合约的双方无法对保险进行干预。

精简流程也是使用区块链技术的另一个好处。由于智能合约自动执行,并在分布式网络中存储,因此它速度更快,成本更低,错误率小。自动化技术可以精简流程,理赔中既可以使用实时数据进行验证又可以使用布尔逻辑逐步代替后端工作量。这样可以为保险行业省下理赔,管理,法务等人工成本。

3.1.3 具体案例

阿里健康常州市“医联体+区块链”项目

2017年8月17日,阿里健康宣布与常州市开展“医联体+区块链”试点项目的合作,将区块链技术应用于常州市医联体底层技术架构体系中,预期解决长期困扰医疗机构的“信息孤岛”和数据隐私安全问题。

该方案目前已经在常州武进医院和郑陆镇卫生院实施落地,将逐步推进到常州天宁区医联体内所有三级医院和基层医院,部署完善的医疗信息网络。

阿里健康在该区块链项目中设置了多道数据的安全屏障。首先,区块链内的数据均经加密处理,即便数据泄露或者盗取也无法解密。其次,也约定了常州医联体内上下级医院和政府管理部门的访问和操作权限。最后,审计单位利用区块链防篡改、可追溯的技术特性,可以全方位了解医疗敏感数据的流转情况。

引入阿里健康的区块链的技术后,可以在医联体内实现医疗数据互联互通,优化了医生和患者的体验,同时也保证了分级诊疗、双向转诊的落实。通过区块链网络,社区居民能够拥有健康数据所有权,并且通过授权,实现数据在社区与医院之间的流转;医联体内各级医院医生,可以在被授权的情况下取得患者的医疗信息,了解患者的过往病史及相关信息;患者无需做重复性的检查,减少为此付出的金钱及时间。

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区块链技术实现了医院之间的信息互联互通,符合政府“让数据多走路,人只走一次路”的指导方针,但这样的技术应用,会减少患者检查次数,相应减少医院的收入,以及降低人事费用,可能会触犯到相关方的利益。因此,这样的技术应用,需要政府带头试点,自上而下地推行,并且需要推出新的商业模式,激励其他医院加入生态中,生态整体才能健康可持续地运行。

PokitDok开发医疗区块链技术解决方案Dokchain

医疗健康API平台PokitDok 与科技巨头英特尔达成合作,共同开发医疗区块链解决方案“Dokchain”。英特尔将为PokitDok提供其开源软件Hyperledger Sawtooth作为Dokchain的底层分布式账本,并将英特尔芯片用于区块链数据处理。PokitDok的合作伙伴不仅有英特尔,还包括亚马逊、Capital One,、Guardian和Ascension在内的40多家公司。

PokitDok为开发人员提供API接口,允许用户搜索PokitDok供应商目录,为企业实现线上的商店、预订、支付和保险等基本服务。同时,PokitDok也为如支付公司、公共卫生系统和医疗健康公司等第三方开发者提供App接口,开发者在平台上可以便捷使用包括支付处理、保险公司资格审核、转诊、保险赔付、病人身份管理和供应商搜索等功能的软件框架。

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Dokchain的医疗区块链解决方案可以提供身份管理,用来验证医疗交易的多方信息,信息验证成功后,交易便会按照既定的合同自动执行。将其应用在医疗索赔方面,将会大大提高赔付效率。另外,Dokchain还可以用于医疗供应链的验证,例如医生开处方的信息会被记录在区块链上,药物价格将更加公开透明,这也将会在医疗用品的库存和订单管理上产生深远影响。Dokchain的应用,将有

效缓解医疗行业信息不对称的现状,改善各个节点的信任问题,避免医疗欺诈发生,并且有效保护患者隐私。

京东智臻链医药追溯平台

京东数科推出基于区块链的智臻链医药追溯平台,通过该平台提供智慧疫苗管理软硬件解决方案,确保疫苗从生产、流通到使用等全流程的信息透明流动,对每一只疫苗的数据进行记录,对其来源进行追溯,保证疫苗的品质与安全性,让终端接种更安全,为消费者的医药安全保驾护航。

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以具体的产品应用场景来说,京东数科与海信生物医疗冷链达成合作,联合推出区块链疫苗追溯解决方案产品,将其应用在各级地市的疫苗接种点。通过区块链技术能够解决当前疫苗数据人工记录带来的弊端,如易被篡改、数据滞后等问题,以保证疫苗监控的真实性和安全性,解决了疫苗追溯难的问题。

在传统的疫苗流通过程中,存在着流通环节多、信息不透明、终端库存管理效率低、接种统计费时费力等痛点。京东数科通过区块链技术打通了疫苗生产中心、冷链物流、疾病中心、接种站等多个环节的信息流通,并能完成最终的接种情况、信息反馈的即时响应。另外,将智能冷柜应用于终端接种站,提供疫苗出入库、温控预警、自动盘点、缺货预警、追溯扫码等管理功能。通过疫苗信息数字化结合区块链技术,为消费者提供安心安全的服务,大幅降低疫苗接种站的人工成本,并提高其工作效率。

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通过该智慧疫苗追溯管理系统,消费者在接种疫苗时通过手机便可以了解到接种疫苗的真实流通信息,并且能及时接收到疫苗接种的结果反馈,更加踏实放心。

除了与海信医疗冷链的合作,京东数科在医药领域的防伪追溯平台正在逐步扩大其影响力,在2019年初与银川互联网医院达成深度合作,落地区块链疫苗追溯解决方案。截至目前,该方案已帮助接种站实现全部二类疫苗共14种、总量达1,089支的智能化管理,为517名居民的827次安全接种保驾护航,疫苗接种正确率100%。

3.2智慧交通

现代化的交通运输方式主要包括铁路运输、公路运输、水路运输、航空运输和管道运输等。交通运输发展与全球经济和科学技术的发展密不可分。区块链、人工智能、大数据、数据科学等新兴技术的发展,为智慧交通建设赋予新活力。

3.2.1 行业现状

21世纪以来,各国政府积极助推现代化交通体系建设,尤其重视交通运输智能化与信息化建设。智慧交通、数字化信息的发展成功赋能集约化交通体系的构建,成为解决现代交通痛点的核心方向。信息化、网络化、智能化的交通运输系统建设能有力推动国家交通体系的跨越式发展,并进一步缓解资源与环境压力。近年来,在各国政府的支持推动下,全球智能交通产业得到飞速发展,2017年全球智能交通市场规模已达到2789.6亿美元。

全球智能交通市场正处于成长期,预计将在未来五年持续增长。2018年,欧洲投入智能交通系统的市场价值超过15亿欧元,并保持6.8%的年复合增长率,预计在2023年实现21.6亿欧元。同年,北美市场达到10.7亿欧元,预计以7.3%的增幅,在2023年实现15.2亿欧元。此外,Meticulous Research研究显示,智慧城市市场规模预计将在2027年突破5000亿美元,实现5457亿美元。

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2010年,中国将物流网发展正式列入国家发展战略,推动了RFID及物联网产业的飞速发展。RFID技术积极赋能我国智能交通管理系统,2012-2018年中国智能交通管理系统行业市场规模维持了23.33%的复合增长率,在2018年实现了约为720亿元的市场规模。

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同时,我国智能交通市场在2011-2017年保持10%以上的年均复合增速,在2017年达到6352.6亿元的市场规模、11.76%的年均复合增长率。基于持续增长的市场需求,前瞻产业研究院预计我国智能交通市场将在未来五年持续保持13%左右的增长速度,在2024年实现超过1.5万亿元的市场规模。

随着科技发展,我国的交通运输半径也不断扩大,运输规模日益增长。新工艺、新材料的出现与投入使用推动了运输工具的多样化与组合化,助推了我国交通运输能力和运输效率的显著提升,为国内居民生活提供了更多运输选择。

分析显示,提高交通基础设施质量、推动交通基础设施建设的最好方法是:充分发挥科技的作用。技术难题是阻碍交通设施落后地区发展的主要原因。若想克服困扰交通体系建设的技术痛点,主要需要依靠科技进步与创新发展,其中区块链技术的独特属性起着举足轻重的作用。虽说我国已在智慧交通运输行业取得显著进展,但在共享汽车、道路交通运输、汽车节能减排等领域仍面临许多困难。

共享汽车行业存在诸多隐患

近年来,共享经济得到迅猛发展,滴滴出行、共享短租(Airbnb、小猪短租等)、共享单车等诸多领域正快速渗入民众日常生活。在国家大力提倡绿色出行的政策号召下,共享汽车行业得到迅猛发展。

然而,加速推进的共享汽车市场也暴露出许多问题。2018年8月,共享汽车标杆企业滴滴出行发生顺风车事件,引起极高公众关注度,充分暴露了共享汽车行业内部的安全问题。曾盛极一时的共享汽车平台EZZY在面临高昂经营成本的境况下,也没有逃脱倒闭的结局。此外,还有一系列问题影响着共享汽车的发展,包括且不限于高昂的停车费、冗杂的车辆调配、不断上升的员工成本、难以避免的车辆保养费用。

道路交通拥堵影响居民生活出行

道路交通拥堵通常出现在节假日或上下班高峰期,常出现于世界各大都市区、都市间高速公路,及汽车使用率高的地区。汽车使用率的增加、道路容量不足或设计缺陷、道路交汇处过多等是导致城市交通堵塞的主要原因。交通堵塞问题不仅增加了通勤时间,造成驾驶人和区域经济损失;还会产生燃料浪费与空气污染等问题。此外,当突发紧急事件时,交通堵塞可能会加大应对难度。这一问题极大程度地影响了城市居民的正常生活与工作,民众出行、企业发展均受到一定程度的威胁。

汽车节能减排统计困难

目前,汽车节能减排市场主要有以下几个业务痛点:

(1)高难度的传统碳资产认证:以CCER为代表的传统碳资产认证体系不仅十分复杂,还需要经历漫长认证周期。此外,参与该类认证的企业、行业均较少,且没有形成广泛的社会影响力。

(2)企业在碳减排活动中参与度低:传统的碳减排活动主要由政府引导,通过行政而非市场化手段强制管理与推动。这类行为难以调动企业参与积极性,可持续性差。

(3)个体参与积极性低:减排行为无法实现以个体为单位的量化,因此无法统计与记录个体减排数据,并据此形成积极有效的奖励机制。奖励机制的缺失使得个体减排积极性没有得到充分调配和运用。

(4)对减排行为缺乏有效认证与监管;无论是对企业还是对个人,市场均还未形成统一的认证监管体系,减排源头数据的追溯难度与过程数据的存储难度双重作用导致造假与篡改现象普遍存在,市场缺乏有效监督与管理。

3.2.2 区块链赋能智慧交通

2016年12月,国务院印发《“十三五”国家信息化规划》,并将区块链列为战略性前沿技术。2017年8月,《关于进一步扩大和升级信息消费持续释放内需潜力的指导意见》鼓励政府部门和企业,利用开源代码开发个性化软件,积极开展基于区块链、人工智能等新技术的试点应用。《交通强国建设纲要》进一步提出具体指示,强调在前沿关键科技研发领域,推动智慧交通的发展进程。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将显著改善现阶段各地区的交通网络建设与发展问题。

共享汽车用户数据上链

共享汽车用户数据数字化上链后,可以实现数据的不可篡改、可追溯,从而保证了数据的安全可信。运用区块链读取用户信用信息并规范征信过程,有助于实现与蚂蚁金服等信用平台的合作,推动信用免押金过程中信用风险问题的解决。若出现用户使用平台时违背规章制度的情况,可以运用区块链技术查询使用用户的影像数据,并打通用户行为的数据权限,实现与交通管理体系的互通。

助力智慧交通运输网络的优化

在智慧交通中引入区块链技术,有利于串联交通运输领域中的政府、企业等各行业主体,协助记录车辆、船只等运输设备、道路、桥梁、车站等基础设施。这有助于建立新时代交通网络,推动交通运输行业与政府部门的发展创新。此类区块链网络将推动交通运输领域信任危机的解决,建设真实可靠的交通运输信息系统,进而提升智能交通的社会运行效率。

汽车碳积分公链推动节能减排

在传统碳排放记录系统中引入区块链技术,有利于解决汽车行业既有的数据问题与难以认证问题。通过记录轿车、大型客车等车辆的驾驶与碳排放信息并整合上链,可以将碳排放追溯到个体角色,从而对驾驶员与相关企业作出评估。这不仅有助于调动企业与个体的参与积极性,并且可以通过对数据安全性与可信度的保证,防范篡改与造假事件于未然。

3.2.3 具体案例

“共享汽车+区块链”构建新型区块链联动平台——GoFun

2019年3月30日,北京首汽智行科技有限公司(GoFun 出行主体公司)通过国家互联网信息办公室第一批197个区块链信息服务的备案,成为国内第一家拿到区块链服务备案的出行公司,开始布局基于区块链底层技术的联动平台。2015年8月,GoFun由首汽集团成立,是首汽拓展移动出行业务建立的一款共享汽车产品,于16年2月25日正式上线运营。目前,其业务主要由C端和B端两部分组成,在C端,其构建以“能量方块”为代表的业务;在B端,其与广东佛山 “智信禅城”区块链政务应用合作,积极构建用户数字身份系统。

该联动平台利用以太坊开源,形成联盟链,已具备成熟的GFChain钱包技术。在利用区块链底层技术赋能授信的同时,它进一步改善供单,简便调度程序,从而减少了所需要的外包工作人员。除此以外,每台汽车的信息完成上链后,将形成完备的车联网数据系统,推动车辆数据走向公开透明。在B端,GoFun还构建了与北京环交所的合作关系,积极推动汽车尾气排放量等基础数据的上链,着眼于建设环保事业。在C端,GoFun针对用户租车中的闲置时间,创造性地提出了相应解决方案:当租车用户有8小时无需使用共享汽车时,可通过区块链信用机制,分享空余时间给其他用户,这极大增强了同一时间段内,共享汽车的使用效率和频次。

GoFun的B端业务亮点“能量方块”将开车等同为挖矿,激励租车用户多用多得。具体操作方式为:用户可通过完成租用车辆、每日签到、邀请新好友等任务获得不等数量的“能量”,积攒到一定程度的能量可用于兑换租车优惠券或其他可兑换礼品。除此以外,不同的车型、行驶里程、使用时间均会对用户挖到“能量”的大小造成影响,挖取“能量”的能力也可通过完成实名认证、驾驶证认证、支付押金等多种方式提高。这增加了用户租用共享汽车过程的趣味性,改善了平台用户体验。

除了提升用户体验外,GoFun平台将重点放在了应对行业信任危机上。区块链技术推动其建立智能合约体系,便于交易双方实现所有权、使用权以及各类风险与责任的清晰划分。此外,平台可以使用区块链查询用户的所有以往行为,作为是否继续授信以及授信多少的主要参考依据。

数据显示,2019年4月,GFChain实现超过180万的区块数,20.745kB的区块大小,每区块完成55笔交易。“能量方块”特色业务的上线大大提升了用户留存率,平均每位用户为其额外停留2分钟。截止2019年,GoFun出行已覆盖国内 84 个城市,拥有近千万注册用户,每车日均单量达到7单以上,月度活跃用户达到170万,最高日度活跃用户直逼75万。

区块链技术,将帮助共享汽车行业解决参与者间的信任和协作危机,打通资源流转,从而建立全新行业发展模式和生态系统。未来,GoFun出行将通过打造整体方案、创新数字权益流通模式、发布平台数字资产等方式,进一步完善其去中心化的共享汽车联动平台。

新型智慧道路交通应用模式——中国交通运输链

2017年12月12日,中国交通运输部通信信息中心、中国信息通信研究院、中国互联网交通运输产业创新联盟和西南交通大学综合交通大数据应用技术国家工程实验室、北京太一云科技有限公司、广州联合电服数据科技有限公司和深圳金溢科技股份有限公司六家单位正式确立合作关系,并成功建立面向交通运输领域的全国性区块链网络——中国交通运输链。

2019年9月,“区块链”三级交通信号诱导首次面世,体现了我国车联网的最新研究成果。此诱导标示运用区块链分布式数据存储、点对点传输、共识机制、加密算法等先进技术,构建了智慧道路交通的新型应用模式。通过实时交互信息与数据的传导,显著提升了道路交通的安全性与高效性。其中,数据链的不可篡改更是使得设备传输与下发、云平台存储与计算,具有了更高的安全可信度。

第一级交通信号诱导是由数字、光带、文字图形组成的指路标志,主要用于呈现所在道路的实时交通流数据。道路所需行驶时间由高德地图等互联网平台收集实时数据,并传递给终端路网,经平台后台进行数学运算后形成。与此同时,光带LED像素屏将呈现不同颜色以表示不同拥堵情况(绿色代表通畅路段、黄色代表通行缓慢路段、红色代表拥堵路段)。

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第二级交通信号诱导是指包含两块可变信息在内的四块车道指示标志,主要用于呈现道路下游路段的交通流数据。第三级交通信号诱导即红绿灯(交通信号灯)。无论是车道标示箭头,还是数字指路标示,均可根据后台数据进行实时更新,从而指引车辆驾驶员合理规划路线,优化分配道路交通,改善城市拥堵现状。

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目前,该技术已实现在无锡市(立信大道和观山路交叉口)的试点,受到行驶车辆和行人的一致好评,极大程度地缓解了道路交通拥堵。此外,相关部门正积极开拓区块链技术在其他交通业务领域的应用,如:城市停车设施的建设、交通违章问题的处罚、车联网信息安全的保障。

基于区块链技术的碳银行(汽车)公链平台

2018年9月6日,比亚迪公布将与DNV GL、唯链合作,基于区块链技术开发碳银行公链平台的建设。唯链已经具备完善的汽车生命周期管理解决方案,善于处理汽车行业的数据问题。同时,比亚迪正积极建设汽车碳银行积分平台,整合轿车、大型客车及其他车辆信息进行上链。

碳银行系统首先记录车辆驾驶数据、碳排放量等信息,并对驾驶员进行评估,基于此形成碳积分奖励。当完成对驾驶员的碳足迹捕捉后,此信息将被上传至允许授权客户随时随地访问的唯链雷神区块链。上传后的数据对平台各参与企业公开,且它们均可便利地进行管理、共享、分析。不再零散、缺乏信任的数据库形态将推动平台的生态系统建设,助推全球碳足迹的追踪调查和绿色经济的发展。该系统建设所主要依赖的数字低碳生态系统解决方案如下图所示。

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作为系统主要数据提供者的比亚迪,通过4S店、汽车维修店收集整理了大量包括汽车行驶里程、车损维修、日常保养等在内的车辆基础与维修信息,并完成了此类信息的及时上链。作为独立的第三方认证平台,DNV GL负责设计认证流程并检查各个节点,并根据最新认证规章,完成平台数据的认证。其认证内容范围包括且不限于:客户KYC服务、比亚迪数据上传API、比亚迪区块链接口API、唯链碳减排智能合约。

链条上的其他企业与终端用户均有权查询与访问认证后的数据。以保险公司为例,明确清晰、真实有效的数据将有助于其提供精准服务,优化产品供给。通过新能源汽车补贴、保费下降等福利获利的汽车所有者,将进一步推动全国汽车市场绿色低碳的发展进程。

目前,已有包括中国人民财产保险有限公司(PICC)在内的多家保险公司与唯链展开合作。各企业将通力合作,共同建设更安全、智能、环保的世界。

3.3智慧能源

能够提供能量的资源被视作能源。这里的能量包括且不限于热能、电能、光能、机械能、化学能。按照能源来源可将其分为三类:(1)来自太阳的能量。包括直接来自太阳的能量(如太阳光热辐射能)和间接来自太阳的能量(如煤炭、石油、天然气、油页岩等可燃矿物、薪材等生物质能、水能和风能等)。(2)来自地球本身的能量。一种是地球内部蕴藏的地热能,如地下热水、地下蒸汽、干热岩体;另一种是地壳内铀、钍等核燃料所蕴藏的原子核能。(3)月球和太阳等天体对地球的引力产生的能量,如潮汐能。

3.3.1 行业现状

从全球维度来看,能源服务市场预计在2024年实现869亿美元,相比于2019年的520亿美元,取得10.8%的年复合增长率。MarketsandMarkets全球市场研究机构认为,此种市场规模的增长主要归因于公用事业收入流的增加、分布式能源资源的发展、可再生能源发电与存储解决方案成本的降低、能效项目的税收优惠等因素。按能源的服务类型划分,能源服务市场可分为能源供应服务、运营和维护服务、能源效率和优化服务。该研究机构认为,未来能源服务市场的最大贡献者最可能是能源供应服务部门,预计在2024年占据最大市场份额。

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针对北美、欧洲、亚太地区、世界其他地区这4个地区,该研究机构对能源服务市场展开了分析。预计预测期内最大的区域市场将是北美市场,主要原因是美国、加拿大、墨西哥等国家的公用事业公司正积极推动能效项目,并竭力降低能源发电成本。此外,该地区的市场发展也将得益于可再生能源发电与能效活动的份额增加。

基于此,预计可再生能源将成为未来全球能源消耗的主力军,并持续增长。国际能源署给出了类似预测:预计全球清洁能源占比将在2030年时超过30%,以化石能源为主的传统能源发展模式终将难以持续。全球能源发展的终极目标毫无疑问应该是持续开发清洁低碳的可再生能源。

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此外,研究表明,能源产业,尤其是可再生能源产业,主要在以下几个方面存在弊端:

新能源产业的信息孤岛

新能源产业目前正处于从补充能源向替代能源转换的关键时期,由于顶层规划落实到用户侧运营的过程中,存在上下游信息不对称、供需两侧协同效率低、源头数据真实性难以保证等问题,新能源规模化、系统化发展受到阻碍。若想打破信息孤岛,就必须实现多方数据的共享,从而协同高效地调配能源。

新能源行业主要存在以下三大痛点:第一,随着新能源在能源结构比例中的提升,能源供给侧日趋多元化,传统中心化能源管理模式已经无法支撑新能源的规模化建设;第二,新能源行业上下游企业间的协同效率低,源头信息的真实性无法得到保障,信息难以实现共享;第三,新能源供给侧与消费侧的信息不对称,使得新能源的消纳水平低,“弃风弃光弃水”现象愈发明显。

清洁能源的发展痛点

在政策与市场力量的双重推动下,分布式清洁能源快速发展。然而,由于新能源的输送不稳定、运送成本高、发电设施分散等问题,清洁能源的发展受到阻碍。在传统配电系统中,所有电能都统一接入高压配电系统,再由中心统一调度。反观新能源分布式发电,由于单个设备产生的电能较少,使得接入高压系统的成本很高。基于此,市场难以消纳新能源的供给,风力发电、光伏发电与水力发电均经历了初步发展后的逐渐没落。

一方面,清洁能源的生产波动性大,逐步被市场放弃。清洁能源的前期发展主要得益于政策支持,高额的设备成本在逐步萎缩的新能源市场环境下,即将付诸东流。另一方面,低压配电系统的存在,使得能源供应的门槛较高,而大部分清洁能源生产设备的配置趋于分散,不能并入供电网,产能浪费严重。

传统的能源数据记录方式易被攻击和操控

传统能源数据记录储存以中心化方式进行,能源价格、能源消费量、发电能力等各项信息由市场各方参与者发送到中心化组织后,进行统一储存,此后的查询则是先由用户提交查询请求,中心服务完成查询后予以反馈。这一数据运作方式存在被黑客攻击与操控的可能。单一的数据储存地址,使得即使中心机构设置非常严密的防控系统,一旦中心机构被攻击,仍然会带来无法挽回的巨大损失。由于中心化数据库有被攻击篡改的风险,若能实现公共事业数据的透明化,将有助于公众做出更明智的决策。

3.3.2 区块链赋能能源电力

区块链技术的引入将主要在以下三方面助力能源行业发展:

建设智能设备与智能代理

区块链技术具有可溯源的特征,智能设备可以通过获取家庭的过往用电量,对用户的用电需求予以分析。只要用户将私人行程分享给智能代理,智能代理就可据此预测其短期内的用电需求,帮助用户安排最划算的购买电量以满足日常需求。对于用户行程的分享,区块链通过加密技术保护用户隐私,提升其体验感与安心度。

与传统电力系统“只进不出”的管理模式不同,智能代理可以智能化地应对能源需求。对于自动恒温器、充电器、NEST等设备,智能代理可实现特定情况下的负荷运行,释放出可以满足用户家庭其他设备用电需求的电能。此外,智能代理也可通过微电网进行交易,实现一定收益,提高能源利用率,降低家庭的用电成本。

解决能源电力的发展痛点

首先,区块链技术平台的建设可以从多方面显著提高能源利用率。其次,点对点交易方式的实现,不仅有利于降低能源的交易成本,还助推了分布式发电系统的建设。此外,微型电网的成功建设,不仅避免了单点故障问题的频发,还有效降低了意外事件可能带来的巨大潜在损失。

提高能源数据的安全性

区块链的分布式记账,极大程度提高了能源上链数据的安全性、完整性、可追溯性和透明度。由于能源数据是关乎每个人的公共事业数据,数据安全的保障不可或缺。此外,向公众公开能源数据,不仅可以引导市场作出正确决策,还有助于提高公众对公共事业的信心,从而增强对政府的信任。

3.3.3 具体案例

国网电商打造区块链公共服务平台

国网电子商务有限公司是国家电网的子公司,致力于实现互联网与电网的融合,打造优质电网服务平台,并进一步推动电力能源互联网产业体系的稳定发展。

国网电商的全资子公司——国网区块链科技有限公司,瞄准区块链科技研发,推动电力物联网公共事业发展,为电力能源交易创建新型区块链服务生态。基于这一背景,国网区块链公司在原有电力系统中运用区块链技术寻求创新突破,形成了可行性极高的区块链解决方案。

国网区块链创建了电网系统里首个司法级可信区块链云平台,并与北京互联网法院“天平链”联通,保障平台用户身份信息真实可信。以传统电网为枢纽,区块链能源平台整合新能源产业全资源,将用户所有业务需求信息上链,实现了能源端与用户端的链上连接。管理方面,该平台不只着眼于能源调配的协同,还积极助推对内业务的质效提升,将科技、服务、金融等多方应用贯通上链,实现了多环节的共同发展。

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该平台具备区块链在节点信息共享、分布式存储、数据不可篡改、信息可溯源等方面的优势,对能源系统各环节实行上链管理,打破了数据壁垒。其具体操作包含可信身份认证、节点数据同步共享、隐私安全保护三个模块。

电网参与者,无论是电力用户,还是能源供应方,亦或是平台运营管理方,都必须在进入平台之前进行严格的身份认证,并结合“天平链”的身份确认,使并网身份认证具有法律效力。而这一身份认证体系又不同于传统强认证,它采用了区块链云端轻量级电子签名技术,通过跟踪电子签名,构建认证过程溯源链,既安全又方便,实现了多元化身份的统一管理。各方交易均在链上进行,用户身份、合同具体内容等关键数据都上链保存,并同步在链上所有节点。在确保身份信息安全的前提下,交易线上签约,链上保存的合同可以被随时查询,并且过去交易可溯源,有效解决各类合同纠纷问题。这一认证过程有效切除了线上交易的不信任疑虑,是平台能够系统化运营的基础。

节点数据同步共享,利用区块链的分布式储存特征,将监管部门、新能源供给方、电力用户、发电企业等主体重要数据链上储存,防止数据被篡改。各方也可以查询链上全部数据,解决数据保密问题与主体间信任缺失问题,达到各环节信息互通,提升主体间协同效率,构建全生态、全场景、高互信的新能源服务基础设施。能源供给侧与消费侧实现信息对称,通过区块链智能合约,提高新能源吸纳水平,解放中心化电网系统中的能源调度部门。

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隐私保护方面,该平台对认证用户达到唯一识别,通过加密技术,设置敏感信息权限,用户只需以唯一身份识别进行交易,既保护了用户的隐私安全,又保护了企业的商业机密。

目前,该项目已在多地进行试点,极大提升了当地新能源业务的办理效率,为该新能源云平台的全面推广积累了大量实践经验。截止2019年,区块链能源平台已累计接入130万座新能源电站、达到3.5亿千瓦的装机容量,实现1022家入驻供应商,突破350亿的交易规模,带动产业链上下游超过3000家企业协同发展,直接或间接带动就业超过100万人。

TransActive Grid-布鲁克林微电网(Brooklyn Microgrid,BMG)

美国初创能源公司L03 Energy,专注于能源利用效率的提高。2016年3月3日,L03 Energy与区块链技术创业公司Consensys合作成立TransActive Grid项目,在纽约布鲁克林开展新型微电网试验,是区块链在能源领域的首次应用,被认为将带来能源交易的重大变革。

起初,TransActive Grid项目只涉及十个分布在布鲁克林地区总统大道两侧的家庭。道路一侧的五户家庭安装了屋顶光伏发电系统,产生的电能在完全满足家庭用电需求之余,还有大量剩余;另一侧的五户家庭没有安装发电系统,因此需向对面家庭购买电力。据此,这十个家庭构成了一个微型的电力生态。因此,即便没有第三方电力运营商,家庭之间也可以通过区块链网络,采用P2P模式直接进行点对点的能源交易。

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智能电表作为这种电力交易模式的硬件基础,在底层应用了基于区块链的智能合约,可以采集包括发电能力、用电需求、交易电量等在内的用户信息。用户信息完成实时上链后,将同步至所有节点并分布式储存。不仅可以预测用电量从而智能化地应对能源需求,还能及时储存剩余能源并进行能源交易。

此外,区块链微电网还保证了即时交易的实现,消费者无需中间零售商便可进行能源批发的市场交易,随后使用智能设备实时自动地支付账单。这意味着,当智能代理完成能源交易价格的分析后,将结合其预测出的特定用电需求,为客户形成更明智的消费策略:在能源价格低时,增加能源购买量,并储存多余能源于家庭储电设备;在能源价格上涨时,减少能源购买,甚至出售部分储存能源。

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智能代理与智能合约的应用,形成了区块链微电网独有的分布式能源交易体系。该项目的优势可以简述为如下几个方面:

(1)点对点交易:能源供应方与需求方可以在项目平台实现即时自主交易。

(2)微电网:交易双方通过微型电力系统连接,形成微型能源生态系统,实现能源实时实地地产生、交易和储存,社区将更高效、更弹性化、更可持续地利用能源。

(3)分布式系统:操作员可以在分布式系统下访问各项消费者数据,运营商将以价格为调节代理指标,以协商价格方式管理能源利用情况,达到负载均衡和需求迅速响应。

(4)去中心化:纽约受飓风天气影响,电网常遭破坏。原有的中心化能源系统会因任何局部损坏陷入瘫痪,分布式电网有效避免这一情况的发生,并将损失降到更低。

即使该微电网试验显示出令人惊叹的种种优势,但目前仍无法实现微电网项目的大规模推广。点对点的交易方式确实对交易双方具有很强的吸引力,但对于开发团队而言,毫无利润可言。在布鲁克林局部地区试用的该项目,若无收益产生,在未来的推广中会给公司带来严重成本负担。资金上的顾虑阻碍了L03 Energy和Consensys双方的进一步合作,因此该项目陷入停滞。此外,由于纽约市禁止个人直接参与电网市场,该项目也一度被叫停。

尽管如此,TransActive Grid依然是能源市场的一次重要革新,为后续区块链在能源领域的应用提供了范例,所遇问题也是未来需改进的方向。

融链科技——智能微网综合管控系统

2017年6月,北京融链科技有限公司正式成立。其以区块链作为底层数据结构支持,结合大数据与人工智能技术,搭建智能化、去中心化、自主化的能源交易平台,创造了中国在能源领域应用区块链技术的首次试验。

融链科技自主研发区块链数据平台和AI大数据处理服务,针对能源细分领域分别创建了对应的智能化管理方案,目前已构建的产品有:分布式电力交易、智慧能源、智慧电网、智能氢能管控、微网能源管理等。其致力于应用已有区块链技术,解决新能源发展难题,并据此推出了智能微网综合管理系统。

智能微网综合管理系统,通过对于数据的分布式采集与分析,提供了一个新能源耦合运行平台,从而实现了能源供给需求双方的协同优化。不仅能够帮助用户选择能源类型和交易对象,实现点对点方式交易。而且,对于分布式清洁能源,可以实现在低压配电层面的合理利用,有效减少能源浪费,扩大新能源市场空间。此外,能源供需双方的关系进一步优化,能源供给方可将不同种类能源及短期预测供给量在微网发布,能源需求方则可使用智能设备预测用电量,并通过区块链微网达成交易。

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智能微网系统与传统电力交易系统的最大区别是:实现了电力分布式生产、储存、转换、利用,是一个可自我控制、自我管理的自治系统。各不同微型系统既可独立运行,也可多微网系统并网形成大系统运行。从微观层面来看,能增大消费者对清洁能源的偏好程度;从宏观层面来看,可实现高效能源的智能调度,确保提高清洁能源使用率的同时,保障用户用电需求,解决清洁能源产能不稳定等问题。在区块链的技术支持下,智能微网接入分布式能源,降低了能源供应门槛,有效提高了清洁能源的入网能力,实现低压配电层面能源的高效利用。

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智利国家能源委员会——使用以太坊追踪能源数据

智利国家能源委员会(CNE)隶属于能源部,具有能源监管职能。2018年2月,CNE声明将开展基于区块链网络的数据记录项目,旨在运用区块链技术保障数据安全。这将是区块链在拉丁美洲的首次应用。

区块链与传统数据记录方式最大的区别在于,其采用分布式记账,具有不可篡改、便于查询的特性。若将其应用于能源市场,市场内的任一交易信息,包括价格、时间、能源种类、能源量等都会载入区块链。此后,任一节点均可通过区块链进行信息查询。由于区块链中存在大量节点,黑客若只对一个节点或者部分节点进行信息篡改,都不会影响到整体的数据安全。这意味着:除非黑客同时攻击50%以上的节点(这是很难实现的),否则区块链上的信息都将保持安全。

区块链构建智慧城市运转新内核——火币区块链产业应用系列报告之六(下)

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