區塊鏈技術下應急物資調度優化研究

摘要：突發性自然災害事件的頻發暴露出我國應急物資調度體系存在信息不對稱、供需不匹配、權力尋租等問題。為優化應急物資管理體系，規范參與主體的操作行為，將區塊鏈技術應用其中，在闡述區塊鏈技術對應急物資調度應用優勢的基礎上，構建一套結合智能合約、共識機制等隱私技術的應急物資保障系統，分析系統數據層、網絡層、共識層、合約層和交互層的功能要素，探究應急物資調度過程中倉儲、供需、配送、監管4個系統模塊的運作模式，提升應急物資調度效率，打造公開、透明的應急物資保障體系。

關鍵詞：區塊鏈；應急物資調度；智能合約

0 引言

近年來，各類突發性自然災害事件對公共安全與社會穩定造成了嚴重威脅，我國將應急物流現代化作為新發展重點，著力建設應急物流管理體系。然而，應急物資調度過程中呈現出的體量龐大、供需主體結構復雜等特征，是造成物資調度信息不對稱、供需不匹配、權力尋租等問題的重要因素[1]，從而導致供需主體信任危機，影響調度效率與社會穩定發展。因此，確保應急物資在各環節處于持續公開透明的流轉狀態，是社會公眾迫切關注與亟須解決的關鍵問題。區塊鏈是一種分布式結構的數據共享機制，其具備去中心化、共識機制、時間戳等獨特技術優勢，與應急物流體系的多主體、多環節性質極度契合，能夠從根本上促進應急物資信息溯源防偽、供需自動匹配、高效配送及實時監控等路徑實現，為優化應急物資調度提供新的機遇與思路[2]。

現階段，區塊鏈技術主要應用于金融交易運作[3]、公共衛生供應鏈網絡化監管[4]、建筑供應鏈信任提升[5]等領域，針對應急物資調度優化的相關研究較少，僅有一些學者圍繞應急物資調度的單一主體或維度進行研究。例如，應急物資分配-運輸問題優化[6]、應急物流路徑最優設計[7]、應急物流基礎設施選址決策[8]、國家應急物流管理建設[9]等。目前尚未出現基于系統角度全面闡述區塊鏈技術下應急物資調度運行模式的融合研究。

基于此，為解決應急物資調度現實困境，本文從應急物資的突出特征出發，引入區塊鏈技術與思想，深入探析提升應急物資調度效率的系統結構與運行模式。首先，從區塊鏈技術視角解讀其應用優勢；其次，構建應急物資保障系統，不僅剖析系統架構中各層級的要素構成與功能劃分，而且將該系統分為應急物資倉儲、應急物資供需、應急物資配送與應急物資監管4個模塊，分別闡述物資調度過程中各模塊的運行機制，以此明確物資調度過程中各節點的操作流程與實現路徑，以期為應急物資調度優化提供參考。

1 區塊鏈技術在應急物資調度應用中的關鍵優勢

區塊鏈技術的獨特優勢在于在分布式存儲、智能合約和共識機制等特性驅使下建立一個去中心化網絡結構，將參與方連接在一起。這些優勢與多主體、多環節的應急物流體系具有天然的契合度。去中心化能夠提升物資調度效率。由于信息的實時共享，參與方可以快速響應變化情況。此外，區塊鏈技術還能夠提升應急物流信息傳遞與決策過程的公開性和透明度。區塊鏈技術的數據是公開且不可篡改的，所有參與方都能夠查看和驗證交易記錄，從而避免信息不對稱問題的發生[10]。因此，區塊鏈技術在應急物資調度應用中具備4個方面的優勢：一是實現物資調度信息共享；二是保證物資調度信息真實可靠；三是簡化物資調度流程；四是促進交易主體的信任傳遞。其關鍵優勢如下：

1.1 信息共享機制

區塊鏈技術能夠通過去中心化的分布式結構驅使應急物資調度過程中各參與主體實現各節點的數據通信，增強數據的即時性與共享程度。應急物資調度各節點可以將相關信息操作上鏈，依托區塊鏈技術強大的信息共享樞紐，規避各項信息逐層上報而導致的信息缺失、遺漏等問題[11]，可提高應急物資調度執行效率，符合突發性事件對應急物資調度的時效性要求。

1.2 信息真偽核查

區塊鏈技術的去中心化優勢與隱私算法技術能夠保障所有物資調度節點信息的動態流通，并且一旦上鏈即會進行區塊鏈全網絡傳播，將其應用于應急物資的采購、配送、交付等環節并對其進行數據跟蹤，可提升流轉信息的可追溯性，避免應急物資質量參差不齊現象的發生。另外，該功能在物資供需匹配環節中可以將供應方、中介組織與需求方之間的物資調度狀態、流通環節及各節點成員信息公開[12]，實現各參與方對所需信息的精準核驗，便于應急物資調度的一體化管理。

1.3 調度流程簡化

物資調度過程包含人員協作、技術實施、供應鏈協同等多種交替式流程，區塊鏈技術的集體維護、不篡改等特質能夠從根本上解決鏈上信息流轉過程中出現的疑難問題。智能合約可預先將交易過程中的支付條款、交付要求、時間限制等協議條款以代碼形式存儲在區塊鏈上，一旦設定的條件得到滿足，就會自動執行其中設定的規則，既可以簡化物資調度流程，規避人工低效的工作流程，又能提升各參與主體的協同效率[13]。

1.4 信任傳遞

在應急物資調度過程中，交互流程存在鏈上人機交互與線下物資配送等多種模式。區塊鏈運用加密算法等隱私技術解決共識機制，能夠將鏈上相關物資信息全流程匯聚和即時跟蹤，構建鏈上各節點間的信任網絡，保障信息的公開透明并規范各節點成員的應急物資調度行為，便于相關監管機構建立良好的信息交互監管渠道。

2 區塊鏈技術下的應急物資調度保障系統

依托區塊鏈技術在應急物資調度過程中的信息共享、真偽查驗、流程簡化及信任提升的優勢，構建一套應急物資保障系統，能夠實現物資調度中各節點成員的數據跟蹤、整合與追溯，解決調度信息不對稱、配送效率低下、社會公眾對應急物資流向存疑等問題。

2.1 應急物資保障系統架構設計

根據應急物資調度過程中信息共享、公開透明、信任提升和效率提升等需求，將應急物資保障系統劃分為數據層、網絡層、共識層、合約層和交互層。應急物資保障系統架構圖如圖1所示。數據層對應急物資調度全流程所存數據起到收集與存儲的作用。網絡層、共識層與合約層為系統的核心結構，通過共識機制和智能合約等關鍵技術，保障數據的暢通有序、真實透明及可追溯。交互層主要為物資調度中鏈上信息與線下主體的交互行為。

（1）數據層。基礎設施模塊以大數據技術為支撐主體，包括時間戳、分布式存儲、哈希算法、默克爾數（Merkle Tree）、加密算法、鏈式結構隱私技術[14]。其主要內容是將整個應急物資調度過程中所出現的節點成員信息、產品信息、流通信息通過加密技術以區塊鏈的格式輸入，從而達到數據傳輸過程中維護共識節點、維持信息穩定的目的。

（2）網絡層。網絡層包括服務層與信息采集層。服務層主要運用P2P網絡協議、云計算、API、SDK技術進行數據的鏈上存儲；信息采集層主要通過VN、loT、GPS技術、RFID等工具輔助數據收集與物聯感知。網絡層一方面通過連接各個節點使區塊鏈的數據與服務分布在整個網絡中，這種分布式的網絡結構能夠實現跨主體之間的信息共享并確保數據的安全性和可靠性[15]；另一方面，還可以收集物資產品信息、節點成員信息等應急物資調度過程中各流程的價值信息，保障信息的公開透明與可追溯。

（3）共識層。其由共識機制構成，目的是為了建立各節點間的信任機制，是通過協調物資調度過程中各參與主體達成共識的統一結果而形成的協同機制，以實現應急物資保障體系的信任提升。

（4）合約層。其主要由智能合約構成，即節點成員要滿足一定的協議才能實現由計算機自動執行合約條款。由于各節點成員的權限和責任，以及合約執行后所滿足的協議可以被明確定義和設定，其執行過程無法經過人為操作，智能合約在一定程度上簡化了物資調度流程。另外，各參與主體還可通過智能合約算法對公有與私有網管節點信息進行確權，以保障信息的真實有效及其價值體現[16]。

（5）交互層。此即為系統的應用層，主要目的是滿足物資調度中各節點成員狀態跟蹤、信息追溯及全流程信息查詢與監管等需求。

2.2 應急物流保障系統運行流程

將上文設計的應急物資保障系統應用于應急物資調度流程中，應急物資保障系統功能圖如圖2所示。各環節參與主體可將信息錄入系統中，供應商、公益組織與物資儲備基地可將所供物資基本信息廣播上鏈，用戶可將自身的地理位置與屬性廣播上鏈，相關節點部門可對應急物資調度過程中的全部數據上傳[17]。物資安全送達后，需求方即可通過信息溯源確定物資配送信息，便于運輸方將應急物資交付需求方。應急物資調度的所有流程均會受到保障，節點信息對相關監管機構開放查詢權限，確保信息公開透明。

因此，依據應急物資保障系統的運行流程，將功能分為4個模塊，分別為應急物資倉儲模塊、應急物資供需模塊、應急物資配送模塊、應急物資監督模塊，以下進行具體闡述。

2.2.1 應急物資倉儲模塊

隨著應急物資種類多樣化和屬性不同，鏈上倉儲模式也需要根據保質期限和特性進行相應調整。在物資倉儲過程中，將應急物資劃分為三大類進行管理，分別為救災物資、生活物資及醫療物資。通過三種模式對應急物資進行倉儲。一是救災物資基地倉儲。救災物資屬于應急事件發生時所需關鍵物資，鏈上存儲能夠保證救災物資存取靈活與敏捷。基地須嚴格遵循應急物資儲備管理部門的標準，包括儲備物資的種類、數量、質量等，在倉儲基地中設置充足的物資儲備并實時調整，從而有效地應對突發情況，確保應急物資及時供應和有效利用，提高供應穩定性。與此同時，基地需要建立健全應急物資管理系統，確保物資的有效管理和使用。二是生活物資基地代儲。代儲協議是一種常見的合作模式，基地可以與商超或生產基地達成協議，將一定量的應急物資委托給它們進行儲存和管理，從而更好地整合資源。政府可以支付代儲資金，以支持基地的代儲工作，這不僅可以確保生活物資的充足供應，也可以提高基地的應急響應能力。三是醫療及其他物資協議采購。采購所輸出的支付訂單信息、產品貨源信息及物資生產信息等重要交易信息可以在鏈上進行存證，實現交易過程信息的真實、透明與可追溯。

為了確保基地倉儲物資可以隨時滿足應急需求，基地與相關物資生產企業之間簽訂共識協議對于應急物資的供應與價格穩定至關重要。這些協議將在區塊鏈上形成和確認，確保協議內容無法被任何一方單方面篡改，避免供應不足或價格波動導致不必要的困擾。在倉儲過程中，供應商、相關倉儲部門等利益相關方將作為節點參與物資的管理和監控，記錄和驗證物資的存儲、移動和處置過程，確保物資的真實性和完整性。各參與方通過共識協議的約束和區塊鏈技術的監督，形成了一種相互約束和監督機制，確保了應急物資供應鏈的穩定性和可持續性。另外，參與方還可以在物資倉儲模塊中建立基地倉儲、基地代儲及協議采購等不同倉儲模式，構建交易提案，將交易過程所需協議等信息上傳至背書節點并進行數據真偽核驗、整合與上傳等操作流程。

2.2.2 應急物資供需模塊

應急物資供需模塊包括物資供給、需求與匹配等流程。應急物資供給信息通過應急物資倉儲模塊流通至應急物資供應模塊，這意味著各地區的物資倉儲信息可以實時更新至供應模塊，為災區提供及時的物資支援；各災區點可以將物資需求信息錄至物資需求模塊，這樣可以確保需要幫助的地區能夠清楚地表達需求；供需匹配模塊利用智能合約進行物資自動匹配，將大大提高匹配效率，簡化物資調度流程，避免供需物資逐層上報導致的信息缺失和遺漏等問題，確保物資能夠迅速送達需要的地方，為災區提供更有效的幫助。整個流程的透明化和自動化將有力地支持應急救援工作，提高救援效率，為災區人民帶來更多的救助和希望。

物資供應方將物資倉儲信息、供給企業、供應商信息等一系列與供應物資相關的信息上傳至應急物資供需模塊。供需匹配模塊根據需求方請求和供應方倉儲信息，在考慮距離和物資滿足的情況下，依次與倉儲階段、配送階段、交付階段的目標供應方進行合理匹配。當需求方提交請求后，供需匹配模塊首先會根據需求方的具體需求從區塊鏈中獲取供應方的倉儲信息，并優先匹配符合要求的供應方，以確保物資存儲情況滿足需求方的需求；然后根據需求方地址與所匹配倉儲供應方的位置，基于距離優先原則進行配送階段的匹配工作，對距離最近的目標供應方進行物資調度，以盡快滿足需求方的需求；最后系統會對符合要求的供應方進行交付階段的調度，這一步需要綜合考慮物資的實際情況與需求方的具體要求，確保物資能夠準時、完整地交付給需求方。一個供應方可以同時匹配多個需求方，一個需求方也可以同時匹配多個供應方，主要以最優路徑與物資滿足度為參考依據。匹配結束后，將生成智能合約，需求方與供應方接收到智能合約腳本后，即可運行程序，實現相應節點的自動匹配。另外，該匹配信息需要轉存至應急物資配送模塊，以便推進物流運輸方的具體調配事宜。基于區塊鏈技術的應急物資供需模塊能夠通過智能合約技術實現自動、高效的匹配流程，以提升供需匹配過程中的信息準度，確保信息上鏈后無法篡改，從而提升應急物資調度的安全性與可靠性。對于物資供應商來說，雙方達成調度共識時即形成了自動執行與付款，既提升了物資調度效率，也建立了交易雙方的信任機制。

2.2.3 應急物資配送模塊

在應急物資配送模塊，供應方既可以是具備物資的實體，也可以是不具備物資的實體。供需匹配方式對于政府和企業尤為重要，二者需要通過物資倉儲部門捐贈物資給災區，以滿足災民的基本需求。社會公民和公益組織也可以通過捐贈或購買的方式參與，促進物資的供給。在這一過程中，供應方提供的物資信息至關重要，直接影響物資配送準確率。國家物資直配與公民購買捐贈兩種方式均能夠通過鏈上渠道實現應急物資的交易與存證。中轉方一般包括生產制造商、物資倉儲基地、物流企業等中介組織，這些節點除了可以查看受災區當前概況與所需物資清單明細，還可以查看供應方物資信息。實現全過程追溯和供需方跟蹤查詢的鏈上記錄是應急物資運輸的關鍵部分。通過鏈上記錄物資信息、發票信息、合同信息和物資清單等一系列相關數據，可以確保物資的真實性和準確性。同時，將運輸途中產生的物流信息、車輛信息和運輸路徑等數據存儲在鏈上，可以幫助監管部門對物資運輸過程進行監督和管理。在物資啟動物流運輸時，首先要進行鏈上數字化簽名處理，這一過程是為了保證信息的安全性和可靠性，防止信息被篡改或偽造。上傳至系統后，系統會根據設定的規則和條件，將物資信息傳遞給各接收方，確認應急物資是否準確送達。這一過程能夠有效避免應急物資在運輸過程中出現信息變更及防偽追溯等問題，實現全程數據上鏈和供需雙方隨時跟蹤、查詢與反饋。此外，在發生應急情況時，應急物資全過程數據上鏈能夠及時變更配送路徑，實現應急物資及時、有效輸送，提升應急物資的配送效率。通過鏈上記錄和數據追溯，政府和相關部門能更好地協調應急物資的配送和調度工作，確保應急物資快速、準確地送達至需要的地方。鏈上記錄的應急物資配送信息將成為應急物資管理的重要工具，為應對突發狀況提供了更加高效、可靠的物資配送方式。

2.2.4 應急物資監督模塊

應急物資監督模塊會將所有參與主體的基礎信息和交易流水轉換成一種特殊憑證并上傳至智能合約，以供相關方進行物資調度的監督與管理。這不僅可以使調度過程的參與主體獲取相應的信息溯源，而且還可以支持外界對調度流程的監督與管理。該模塊將信息設置為公有信息供外界查詢，任何一方都可以向系統發起查詢申請，查看應急物資的具體交易量、時間和流水信息。查詢申請既可以是通過智能合約執行的自動化流程，也可以是特定授權機構或參與方發起的人工查詢。同時，每筆交易構建與接收的詳情信息可以在鏈上以可視化形式呈現，便于各參與方以直觀方式追溯交易信息。另外，該監督模塊不僅有利于保險機構的投保與理賠操作，還能促進金融機構的融資審查與增信貸款等事宜，驅動公眾、政府、相關監管機構、售后機構等相關主體共同形成公開、透明、精準溯源與持續監管的應急物資信息體系。應急物資倉儲-供需-配送-監督模式如圖3所示。

3 結語

我國應急物資調度體系仍存在一些改進空間。本文旨在解決應急物資體系不健全暴露的相應問題，在分析區塊鏈技術對應急物資調度的應用優勢基礎上，提出應急物資保障系統，對系統整體架構與功能進行闡述，以實現應急物資倉儲模式、應急物資供需模式、應急物資配送模式和應急物資監督模式的運作。區塊鏈技術下的應急物資調度優化能有效解決應急物資供需不平衡、流程繁瑣、應急調度效率低及社會不信任等問題，但如何推進其落地還需進一步研究。

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收稿日期：2024-02-17

作者簡介：

王瀟萱（1997—），女，研究方向：供應鏈優化。