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摘 要：本文首先简单概述了GIS行业发展历程，分析了GIS行业目前存在的问题;然后，结合区块链技术的特征，提出了区块链技术在解决GIS行业困境的解决思路;最后，结合典型的实际应用案例，详细阐述了区块链在不动产登记、食品运输和溯源、分布式地图生态构建等方面的应用。未来，随着区块链技术的成熟，区块链将更多地应用于与GIS密切相关的国土空间规划与用途管制、不动产登记与交易、自然资源资产与权益管理、重要物品物流位置管理、城管执法管理等领域，创造新的应用价值。
关键词：区块链 GIS 行业应用 地图
中图分类号：TP311.1 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2021）03（a）-0137-03
Application of Blockchain in GIS Industry
OU Yangguang
（Beijing Beizi Information Engineering Consulting Co.， Ltd.， Beijing， 100123 China）
Abstract： This paper first gives a brief overview of the development process of GIS industry， and analyzes the existing problems of GIS industry; then， combined with the characteristics of blockchain technology， it puts forward the solutions of blockchain technology in solving the difficulties of GIS industry; Finally， combined with typical practical application cases， it elaborates the application of blockchain in real estate registration， food transportation and traceability， and distributed map ecological structure. It is also applied in the construction and other aspects. In the future， with the maturity of blockchain technology， blockchain will be more and more applied to the fields closely related to GIS， such as land space planning and use control， real estate registration and transaction， natural resource assets and rights management， important goods logistics location management， urban management and law enforcement management， etc.， creating new application value.
Key Words： Blockchain; GIS; Industry application; Map
區块链作为点对点网络、密码学、共识机制、智能合约等多种技术的集成创新，开创了一种在不可信的竞争环境中低成本建立信任的新型计算范式和协作模式[1]。在2019年10月中共中央政治局的第十八次集体学习中，习近平强调了要把区块链作为核心技术自主创新的重要突破口，加快推动区块链技术和产业创新发展。在政策、技术、市场的多重推动下，区块链技术正在加速与GIS行业的融合，突破原有行业的桎梏，创新GIS业务运作模式和应用领域[2]。
1 GIS发展过程中存在的问题
从GIS技术引进我国以来，已历经半个世纪的发展。在应用领域上，从仅在测绘、规划、国土等GIS强关联部门的应用，普及发展到我国国民经济的各行各业;应用主体从政府、企业的行业应用，发展到地图定位导航等与广大人民的生活紧密相连的个人应用;技术架构从桌面GIS发展到C/S架构的局域网GIS，B/S架构的WebGIS，到今天的基于原生云架构的云化GIS;技术融合从二维GIS发展到二三维一体化GIS，从反应某一时段的静态GIS发展到物联网实时GIS应用，从室外GIS发展到与BIM、VR/AR等技术融合发展的室内室外GIS一体化[3]。在GIS取得前所未有的巨大发展成就的同时，也还存在很多的发展难题和瓶颈，主要体现在以下几点：
（1） GIS数据采集成本高，数据不一致现象频发;（2）GIS数据容易被篡改，数据的真实性难以保障;（3）GIS数据信息孤岛严重，数据融合共享困难;（4）GIS数据安全管控弱，数据安全性难以保障。
2 区块链在GIS行业的解决思路
对照上述GIS行业应用和发展中存在的问题，区块链技术的数据分布式存储、多方共同维护，防篡改、可追溯，安全性高等特征使之可以在GIS行业中充分发挥技术的优势，解决目前GIS行业在数据采集、数据共享、数据安全应用等方面的问题[4]。 2.1 区块链解决GIS数据采集问题
对于上述GIS数据采集面临的困境，利用区块链分布式存储、共同维护数据的特性，采用众包、物联网等方式进行分布式地图数据采集，并结合token激励机制，激励人员一起参与地图数据的采集工作，从而降低GIS数据采集成本。另外，基于区块链技术的各节点通过基于数学逻辑的共识机制，各节点自动共同维护数据，并在各节点之间达成一致，可以确保区块链各节点的数据严格同步，不会出现数据不一致、数据版本冲突等问题[5]。传统的GIS分布式空间数据库存储的是特定时刻的最新GIS数据，而区块链存储的是完整的交易数据，包括GIS历史数据、现势数据和日志数据，解决了GIS数据更新中原数据和更新数据关联的问题[6]。
2.2 区块链解决GIS数据防篡改问题
基于区块链技术的防篡改特征，区块链上的数据是加密后进行传输和访问，就算是被截获也很难修改具体内容;其次，区块链节点通过智能合约进行预设事件触发、自动执行，被恶意修改的数据必须通过大多数节点的验证和共识才能进行修改;再次，区块链是对等的分布式网络，如果攻击者想要修改区块链中的数据，必须对区块链中每个节点的数据进行修改，而这种可能性微乎其微。因此，通过区块链技术能保证已在链上的GIS数据不被篡改，可以更好地维护GIS数据的真实性和权威性。
2.3 区块链解决GIS数据共享问题
区块链技术开创了一种在不可信的竞争环境中低成本建立信任的协作模式，对提升机构运行效率，降低信息交流成本，打破信息孤岛有着难以比拟的优势。基于区块链技术构建的GIS应用系统，参与系统构建的各单位都会对应一个区块链节点，每个节点都有一个完全相同的数据副本，并且通过共识机制使各节点的数据账本达成一致，从而实现了各部门之间GIS数据的共享。此外，针对GIS数据共享中存在的数据权属难以确定，数据难以全过程追溯问题，区块链技术通过数字签名机制实现了身份的防抵赖，通过对交易的查看，可以确认交易者的身份，这就保证GIS数据的来源、共享、交换过程都可以追溯到，既可满足各行政主体对其获取数据权属进行认证的需求，也可以实现各主体间高效率数据交流的技术应用，重建政府部门之间数据共享的互信机制。
2.4 区块链解决GIS数据安全问题
区块链作为典型的分布式应用，多个节点拥有完整的服务能力及全量数据，部分节点的异常或者恶意行为不会影响整体服务的可用性和连续性，解决了传统C/S、B/S架构GIS系统中由于服务端数据被破坏导致的系统崩溃的问题;另外，区块链技术防篡改、可追溯的特征，保证了系统中数据的真实性和完整性，可以有效防范因内外部对服务端数据篡改带来的安全隐患。
3 区块链在GIS行业应用领域
区块链技术结合GIS行业和应用需求，落地的项目主要是不动产登记、物流运输跟踪等业务领域，以及构建GIS分布式地图生态，用于GIS数据的分布式采集和地图服务等。区块链在GIS行业的业务应用大都以政府业务为主，由于对参与的单位有严格的身份限制和要求，往往采用联盟链的部署方式。区块链在GIS分布式生态构建方面，由于需要公众或社会机构的广泛参与，以公有链构建方式为主。下面，将阐述区块链在不动产登记、食品运输和溯源、分布式地图生态构建等方面的具体应用情况。
3.1 不动产登记
在保证不改变现有管理方法，不增加业务人员操作成本、不改变登记流程的前提下，引入区块链技术，在房产开发商、房产部门、国土部门、税务部门等机构之间建立房产登记的联盟链，由于房产、国土等部门都属于强GIS应用部门，通常具有GIS专业集群和中心化的GIS空间数据库，并且大都已投入大量资本去采集和构建地理空间数据，可在已有的基础上构建联盟链对等节点。房产登记GIS业务系统各个联盟节点将在共享一张底图的基础上，将土地历史登记数据上链，使土地历史登记数据和“一张图”的土地图形数据进行整合，搭建包括建设用地使用权、房屋等建筑物所有权等在内的十大类不动产权利的登记管理体系。由于土地历史登记数据一经上链不可篡改，对数据的修改过程和结果都会被准确记录，相较传统共享方式，区块链的这种包含过程变化的共享数据，具有更高的可信度。其次，区块链采用加密技术和隐私保护技术，将不动产权人信息和不动产信息分离加密保存，保护不动产信息安全和产权人隐私;查询人须经过签名机制认证才能获取授权，再使用私钥解密产权人公钥加密后的查询数据，有效避免数据分享中的隐私泄漏、偷盗篡改、冒用滥用等问题。通过建立联盟链环境，给不同节点赋予不同的合约操作权限，进而执行相应的智能合约，实现交易的可溯源、反欺诈和自动执行，释放信任体系的价值。最后，借助区块链的有效权责管理机制，将监管人和执行人完全隔离，切实发挥监管作用。
区块链技术在不动产登记业务中的应用，可以有效避免人民群众在办理不动产登记中的重复提交资料，在不同政府部门之间来回奔波的问题，大幅提高国土、房产、税务等部门在协同办理中的工作效率，创新不动产登记业务模式和应用新生态。
3.2 食品运输和追踪
在食品生產企业、食品物流提供商、经销商等之间构建食品运输和溯源的联盟链系统，以部分运输站点、食品生产企业等为记账节点，记录食品达到站点时当前状态下的物流信息，所有运输站点的信息将每隔一段时间被记账节点打包生成一个区块存储上链，记录食品运输和流转的每一个环节。由于使用分布式存储和共识技术，区块链上所有合作伙伴都知道这一事实，这让协作各方都能轻松的核实信息来源;食品供应链上的每个环节，都能清楚的看到食品运输情况，供应链上出问题的环节也将原形毕露，因为节点只能篡改自己本地的信息，无法对整个区块链网络进行更改，从而方便了进行责任追究;基于区块链的可追溯特性，相关方如果擅自修改某节点服务器上的数据，数据一旦修改就会立刻同步到包括监管方在内的所有节点，可以快速检测和追溯到数据被篡改的问题。 3.3 分布式地图生态构建
GoWithMi（高维地球）通过综合应用区块链技术、GIS技术和边缘技术计算等，使得GIS地图的使用、更新和维护可以由任何人（节点）发起并自治执行，全部过程不依赖任何中心化机构。针对GIS数据的采集，GoWithMi（高维地球）设计出一款“空间数据矿机”的终端产品，使用者将“空间数据矿机”固定在车上后，设备自带摄像头和AI芯片将自动识别沿途的交通指示牌、车道线、路口转弯线等POI空间数据，并使单地图数据采集时间由十几分钟（纯人工数据采集）变成十几毫秒，极大地加速了数据采集过程。为了激励企业、机构或个人积极参与GIS数据的采集和更新，GoWithMi（高维地球）建立了基于数字货币的奖励系统，节点（用户）参与GIS数据采集和更新将获得数字币（创建者将得到数据采集更新所奖励数字币的60%），下载GIS数据消费数字币，GIS数据浏览免费。为了保证平台中数据的质量，系统对平台中的数据采集和更新采用区块链的数据审核验证和确认机制，初步审阅者和最终审阅者将分别得到数据采集更新所奖励数字币的15%和25%。
4 结语
目前，区块链在GIS行业的应用探索阶段，由于区块链技术在系统性能、隐私保护、区块链间的互操作、应用安全性等方面都存在诸多不足，以及GIS数据本身的敏感性，导致区块链在GIS行业的商业化应用和落地比较困难。未来，随着区块链技术的成熟，区块链将更多的应用于与GIS密切相关的国土空间规划与用途管制、不动产登记与交易、自然资源资产与权益管理等、重要物品物流位置管理、城管执法管理等领域，创造新的应用价值。
参考文献
[1] 程梦瑶.超图将高新技术融入地理智慧[J].软件和集成电路，2020（10）：60-62.
[2] 李亚珍，郭建文，吴阿丹.区块链技术在地学数据共享中的应用可行性分析[J].遥感技术与应用，2020，35（4）：759-766.
[3] 杨一明，张雅卿，田庆.创新GIS软件技术助力新型基础测绘发展[J].中国测绘，2019（7）：31-33.
[4] 王玲，李倩，王金晓.我国区块链行业及典型机构专利地圖分析[J].科技管理研究，2019，39（20）：161-168.
[5] 汤佳丽.协作式信息搜索中基于共享心智模型的团队认知机制研究[D].南京：南京理工大学，2019.
[6] 高琰晨.基于区块链技术的物流信息追溯机制研究[D].杭州：浙江工业大学，2019.
关键词：区块链 GIS 行业应用 地图
中图分类号：TP311.1 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2021）03（a）-0137-03
Application of Blockchain in GIS Industry
OU Yangguang
（Beijing Beizi Information Engineering Consulting Co.， Ltd.， Beijing， 100123 China）
Abstract： This paper first gives a brief overview of the development process of GIS industry， and analyzes the existing problems of GIS industry; then， combined with the characteristics of blockchain technology， it puts forward the solutions of blockchain technology in solving the difficulties of GIS industry; Finally， combined with typical practical application cases， it elaborates the application of blockchain in real estate registration， food transportation and traceability， and distributed map ecological structure. It is also applied in the construction and other aspects. In the future， with the maturity of blockchain technology， blockchain will be more and more applied to the fields closely related to GIS， such as land space planning and use control， real estate registration and transaction， natural resource assets and rights management， important goods logistics location management， urban management and law enforcement management， etc.， creating new application value.
Key Words： Blockchain; GIS; Industry application; Map
區块链作为点对点网络、密码学、共识机制、智能合约等多种技术的集成创新，开创了一种在不可信的竞争环境中低成本建立信任的新型计算范式和协作模式[1]。在2019年10月中共中央政治局的第十八次集体学习中，习近平强调了要把区块链作为核心技术自主创新的重要突破口，加快推动区块链技术和产业创新发展。在政策、技术、市场的多重推动下，区块链技术正在加速与GIS行业的融合，突破原有行业的桎梏，创新GIS业务运作模式和应用领域[2]。
1 GIS发展过程中存在的问题
从GIS技术引进我国以来，已历经半个世纪的发展。在应用领域上，从仅在测绘、规划、国土等GIS强关联部门的应用，普及发展到我国国民经济的各行各业;应用主体从政府、企业的行业应用，发展到地图定位导航等与广大人民的生活紧密相连的个人应用;技术架构从桌面GIS发展到C/S架构的局域网GIS，B/S架构的WebGIS，到今天的基于原生云架构的云化GIS;技术融合从二维GIS发展到二三维一体化GIS，从反应某一时段的静态GIS发展到物联网实时GIS应用，从室外GIS发展到与BIM、VR/AR等技术融合发展的室内室外GIS一体化[3]。在GIS取得前所未有的巨大发展成就的同时，也还存在很多的发展难题和瓶颈，主要体现在以下几点：
（1） GIS数据采集成本高，数据不一致现象频发;（2）GIS数据容易被篡改，数据的真实性难以保障;（3）GIS数据信息孤岛严重，数据融合共享困难;（4）GIS数据安全管控弱，数据安全性难以保障。
2 区块链在GIS行业的解决思路
对照上述GIS行业应用和发展中存在的问题，区块链技术的数据分布式存储、多方共同维护，防篡改、可追溯，安全性高等特征使之可以在GIS行业中充分发挥技术的优势，解决目前GIS行业在数据采集、数据共享、数据安全应用等方面的问题[4]。 2.1 区块链解决GIS数据采集问题
对于上述GIS数据采集面临的困境，利用区块链分布式存储、共同维护数据的特性，采用众包、物联网等方式进行分布式地图数据采集，并结合token激励机制，激励人员一起参与地图数据的采集工作，从而降低GIS数据采集成本。另外，基于区块链技术的各节点通过基于数学逻辑的共识机制，各节点自动共同维护数据，并在各节点之间达成一致，可以确保区块链各节点的数据严格同步，不会出现数据不一致、数据版本冲突等问题[5]。传统的GIS分布式空间数据库存储的是特定时刻的最新GIS数据，而区块链存储的是完整的交易数据，包括GIS历史数据、现势数据和日志数据，解决了GIS数据更新中原数据和更新数据关联的问题[6]。
2.2 区块链解决GIS数据防篡改问题
基于区块链技术的防篡改特征，区块链上的数据是加密后进行传输和访问，就算是被截获也很难修改具体内容;其次，区块链节点通过智能合约进行预设事件触发、自动执行，被恶意修改的数据必须通过大多数节点的验证和共识才能进行修改;再次，区块链是对等的分布式网络，如果攻击者想要修改区块链中的数据，必须对区块链中每个节点的数据进行修改，而这种可能性微乎其微。因此，通过区块链技术能保证已在链上的GIS数据不被篡改，可以更好地维护GIS数据的真实性和权威性。
2.3 区块链解决GIS数据共享问题
区块链技术开创了一种在不可信的竞争环境中低成本建立信任的协作模式，对提升机构运行效率，降低信息交流成本，打破信息孤岛有着难以比拟的优势。基于区块链技术构建的GIS应用系统，参与系统构建的各单位都会对应一个区块链节点，每个节点都有一个完全相同的数据副本，并且通过共识机制使各节点的数据账本达成一致，从而实现了各部门之间GIS数据的共享。此外，针对GIS数据共享中存在的数据权属难以确定，数据难以全过程追溯问题，区块链技术通过数字签名机制实现了身份的防抵赖，通过对交易的查看，可以确认交易者的身份，这就保证GIS数据的来源、共享、交换过程都可以追溯到，既可满足各行政主体对其获取数据权属进行认证的需求，也可以实现各主体间高效率数据交流的技术应用，重建政府部门之间数据共享的互信机制。
2.4 区块链解决GIS数据安全问题
区块链作为典型的分布式应用，多个节点拥有完整的服务能力及全量数据，部分节点的异常或者恶意行为不会影响整体服务的可用性和连续性，解决了传统C/S、B/S架构GIS系统中由于服务端数据被破坏导致的系统崩溃的问题;另外，区块链技术防篡改、可追溯的特征，保证了系统中数据的真实性和完整性，可以有效防范因内外部对服务端数据篡改带来的安全隐患。
3 区块链在GIS行业应用领域
区块链技术结合GIS行业和应用需求，落地的项目主要是不动产登记、物流运输跟踪等业务领域，以及构建GIS分布式地图生态，用于GIS数据的分布式采集和地图服务等。区块链在GIS行业的业务应用大都以政府业务为主，由于对参与的单位有严格的身份限制和要求，往往采用联盟链的部署方式。区块链在GIS分布式生态构建方面，由于需要公众或社会机构的广泛参与，以公有链构建方式为主。下面，将阐述区块链在不动产登记、食品运输和溯源、分布式地图生态构建等方面的具体应用情况。
3.1 不动产登记
在保证不改变现有管理方法，不增加业务人员操作成本、不改变登记流程的前提下，引入区块链技术，在房产开发商、房产部门、国土部门、税务部门等机构之间建立房产登记的联盟链，由于房产、国土等部门都属于强GIS应用部门，通常具有GIS专业集群和中心化的GIS空间数据库，并且大都已投入大量资本去采集和构建地理空间数据，可在已有的基础上构建联盟链对等节点。房产登记GIS业务系统各个联盟节点将在共享一张底图的基础上，将土地历史登记数据上链，使土地历史登记数据和“一张图”的土地图形数据进行整合，搭建包括建设用地使用权、房屋等建筑物所有权等在内的十大类不动产权利的登记管理体系。由于土地历史登记数据一经上链不可篡改，对数据的修改过程和结果都会被准确记录，相较传统共享方式，区块链的这种包含过程变化的共享数据，具有更高的可信度。其次，区块链采用加密技术和隐私保护技术，将不动产权人信息和不动产信息分离加密保存，保护不动产信息安全和产权人隐私;查询人须经过签名机制认证才能获取授权，再使用私钥解密产权人公钥加密后的查询数据，有效避免数据分享中的隐私泄漏、偷盗篡改、冒用滥用等问题。通过建立联盟链环境，给不同节点赋予不同的合约操作权限，进而执行相应的智能合约，实现交易的可溯源、反欺诈和自动执行，释放信任体系的价值。最后，借助区块链的有效权责管理机制，将监管人和执行人完全隔离，切实发挥监管作用。
区块链技术在不动产登记业务中的应用，可以有效避免人民群众在办理不动产登记中的重复提交资料，在不同政府部门之间来回奔波的问题，大幅提高国土、房产、税务等部门在协同办理中的工作效率，创新不动产登记业务模式和应用新生态。
3.2 食品运输和追踪
在食品生產企业、食品物流提供商、经销商等之间构建食品运输和溯源的联盟链系统，以部分运输站点、食品生产企业等为记账节点，记录食品达到站点时当前状态下的物流信息，所有运输站点的信息将每隔一段时间被记账节点打包生成一个区块存储上链，记录食品运输和流转的每一个环节。由于使用分布式存储和共识技术，区块链上所有合作伙伴都知道这一事实，这让协作各方都能轻松的核实信息来源;食品供应链上的每个环节，都能清楚的看到食品运输情况，供应链上出问题的环节也将原形毕露，因为节点只能篡改自己本地的信息，无法对整个区块链网络进行更改，从而方便了进行责任追究;基于区块链的可追溯特性，相关方如果擅自修改某节点服务器上的数据，数据一旦修改就会立刻同步到包括监管方在内的所有节点，可以快速检测和追溯到数据被篡改的问题。 3.3 分布式地图生态构建
GoWithMi（高维地球）通过综合应用区块链技术、GIS技术和边缘技术计算等，使得GIS地图的使用、更新和维护可以由任何人（节点）发起并自治执行，全部过程不依赖任何中心化机构。针对GIS数据的采集，GoWithMi（高维地球）设计出一款“空间数据矿机”的终端产品，使用者将“空间数据矿机”固定在车上后，设备自带摄像头和AI芯片将自动识别沿途的交通指示牌、车道线、路口转弯线等POI空间数据，并使单地图数据采集时间由十几分钟（纯人工数据采集）变成十几毫秒，极大地加速了数据采集过程。为了激励企业、机构或个人积极参与GIS数据的采集和更新，GoWithMi（高维地球）建立了基于数字货币的奖励系统，节点（用户）参与GIS数据采集和更新将获得数字币（创建者将得到数据采集更新所奖励数字币的60%），下载GIS数据消费数字币，GIS数据浏览免费。为了保证平台中数据的质量，系统对平台中的数据采集和更新采用区块链的数据审核验证和确认机制，初步审阅者和最终审阅者将分别得到数据采集更新所奖励数字币的15%和25%。
4 结语
目前，区块链在GIS行业的应用探索阶段，由于区块链技术在系统性能、隐私保护、区块链间的互操作、应用安全性等方面都存在诸多不足，以及GIS数据本身的敏感性，导致区块链在GIS行业的商业化应用和落地比较困难。未来，随着区块链技术的成熟，区块链将更多的应用于与GIS密切相关的国土空间规划与用途管制、不动产登记与交易、自然资源资产与权益管理等、重要物品物流位置管理、城管执法管理等领域，创造新的应用价值。
参考文献
[1] 程梦瑶.超图将高新技术融入地理智慧[J].软件和集成电路，2020（10）：60-62.
[2] 李亚珍，郭建文，吴阿丹.区块链技术在地学数据共享中的应用可行性分析[J].遥感技术与应用，2020，35（4）：759-766.
[3] 杨一明，张雅卿，田庆.创新GIS软件技术助力新型基础测绘发展[J].中国测绘，2019（7）：31-33.
[4] 王玲，李倩，王金晓.我国区块链行业及典型机构专利地圖分析[J].科技管理研究，2019，39（20）：161-168.
[5] 汤佳丽.协作式信息搜索中基于共享心智模型的团队认知机制研究[D].南京：南京理工大学，2019.
[6] 高琰晨.基于区块链技术的物流信息追溯机制研究[D].杭州：浙江工业大学，2019.