區塊鏈在智慧城市建設項目信息管理中的應用

發布時間：2023-07-06 09:53

摘要 IV

ABSTRACT VI

1 緒論 1

1.1研究背景及意義 1

1.1.1研究背景 1

1.1.2研究意義 1

1.2國內外研究現狀 2

1.2.1國外研究現狀 2

1.2.2國內研究現狀 4

1.2.3研究述評 5

1.3本文研究內容及章節安排 5

2相關理論知識介紹 7

2.1智慧城市建設 7

2.2項目信息管理 8

2.2.1項目信息形式 8

2.2.2項目信息管理流程 9

2.3區塊鏈技術基礎知識 10

2.3.1區塊鏈簡介 10

2.3.2區塊鏈數據結構 10

2.3.3以太坊平臺 11

2.4 本章小結 12

3智慧城市建設項目信息管理的需求分析 13

3.1智慧城市建設項目信息的組成 13

3.2智慧城市建設項目各階段信息分析 14

3.2.1智慧城市建設項目信息整體分析 14

3.2.2項目策劃階段及評審階段分析 18

3.2.3項目立項階段及實施階段信息分析 19

3.2.4項目驗收階段及評價階段分析 20

3.3 區塊鏈技術在智慧城市建設項目監管中的可行性及必要性分析 21

3.4本章小結 21

4基于區塊鏈的智慧城市建設項目信息管理系統設計 23

4.1智慧城市建設項目信息管理內容 23

4.2智慧城市建設項目信息管理系統架構 24

4.3智慧城市建設項目信息管理流程架構 25

4.3.1智慧城市建設項目策劃階段信息管理 27

4.3.2智慧城市建設項目實施階段信息管理 28

4.4系統功能設計 31

4.4.1系統管理 31

4.4.2項目立項審批 32

4.4.3項目進度管理 33

4.4.4專家庫管理 33

4.4.5項目評價管理 34

4.5智能合約設計 34

4.6本章小結 35

5系統實現與測試 36

5.1系統開發環境 36

5.2環境配置 36

5.3主要功能展示 39

5.4本章小結 41

6結論與展望 42

6.1 論文總結 42

6.2 展望 42

致謝 44

參考文獻 45

作者簡介及讀研期間主要科研成果 49

Contents

1Introduction 1

1.1Research Background and Meaning 1

1.1.1Research Background 1

1.1.2Research Significance 1

1.2Overseas and Dometic Research Status 2

1.2.1Abroad Research Status 2

1.2.2Domestic Research Status 4

1.2.3Research Review 5

1.3The Research Content and Chapter Arrangement of This Paper 5

2Introduction to Relevant Theoretical Knowledge 7

2.1Smart City Construction 7

2.2Project Information Management 8

2.2.1Project Information Form 8

2.2.2Project Information Management Process 9

2.3Basic Knowledge of Blockchain Technology 10

2.3.1Introduction to Blockchain 10

2.3.2Blockchain Data Structure 10

2.3.3Ethereum Platform 11

2.44Chapter Cummary 12

3Demand Analysis of Information Management for Smart City Construction

Projects 13

3.1The Composition of Smart City Construction Project Information 13

3.2Information Analysis of Various Stages of Smart City Construction

Project 14

3.2.1 Overall Analysis of Smart City Construction Project Information. 14

3.2.2Project Planning Stage and Review Stage Analysis 18

3.2. 3 Inf or m at i on Anal ys i s of Pro j ect In i t i a tio n St age and

Implementation stage 19

3.2.4Project Acceptance Stage and Evaluation Stage Analysis 20

3.3Feasibility and Necessity Analysis of Blockchain Technology in the Supervision of Smart city Construction Projects 21

3.4Chapter Cummary 21

4Desi gn of Information Management System for Smart City Cons tructi on Projects Based on Blockchain 23

4.1Information Management Content of Smart City Construction Projects... 23

4.2Smart City Cons truct i on Proj ect Inform ation M anagem ent System

Architecture 24

4. 3 In f or m a ti o n M an a g e m e nt Pr o ce s s Arc h i t e ct u r e of Sm ar t C i ty

Construction Projects 25

4.3.1Information Management in the Pl anning Stage of Smart City

Construction Projects 27

4.3.2Information Management in the Implementation Stage of Smart

City Construction Projects 28

4.4System Function Design 31

4.4.1System Management 31

4.4.2Project Approval 32

4.4.3Project Progress Management 33

4.4.4Expert Database Management 33

4.4.5Project Evaluation Management 34

4.5Smart Contract Design 34

4.6Chapter Summary 35

5System Implementation and Testing 36

5.1System Development Environment 36

5.2Environment Configuration 36

5.3Main Function Display 39

5.4Chapter Cummary 41

6Summary and Prospect 42

6.1Conclusion of Thesis 42

6.2Prospect 42

Acknowledgements 44

References 45

Author brief introuduction and main research achievement 49

1緒論

1.1研究背景及意義

1.1.1 研究背景

智慧城市建設是用智能的方式，以數字城市為基礎，促進城市快速發展的重要舉措，對我國城市建設、城市人民生活水平的提高具有重要意義［1］。智慧城市是通過物聯網的動態感知將城市各部分進行相互聯系，利用大數據分析、云計算等方式進行數據處理，構建成一個智能的、和諧健康發展的城市［2］。我國智慧城市試點建設主要集中在環渤海經濟帶、珠三角地區和長三角地區，通過物聯網技術和信息技術實現人與人、人與物、物與物的資源共享和信息溝通，實現城市基礎設施、社會服務管理等領域的數據共享，全面提升城市運行效率、各部門間信息溝通率，形成全新的發展形態［3］。智慧城市建設的內涵在不斷發展和完善，涵蓋了從政府管理到項目建設、市民生活的各個方面，需要多個行業共同參與，從數據采集、數據應用到數據管理需要多種技術的共同運用［4］。

隨著智慧城市建設的不斷深入，項目的數量、類型也在逐年增加，智慧城市建設項目的功能、用途呈多樣化發展，如果缺乏有效的管理方式，將會出現項目重復建設、項目間信息孤島、項目建設各階段信息難管理等問題，造成極大的資源浪費，降低智慧城市建設的成效，不利于智慧城市的推進［5］。區塊鏈技術在新一代信息技術中占據重要地位，對社會發展，特別是智慧城市發展起著重要作用［6］。 2019 年中央政治局進行集體學習時，習近平強調要把區塊鏈技術作為自主創新的核心，讓新一代信息技術為國、為民服務［7］。

本文選題來源于安徽省重點研究與開發計劃面上攻關項目——《基于 Ethereum DApp 的智慧城市建設項目區塊鏈監管研究與應用示范——以國家級智慧城市試點建設城市阜陽市為例》。根據智慧城市建設項目的信息組成，構建智慧城市建設項目的信息管理模型和系統，對信息進行整合利用，可加強智慧城市建設項目的信息管理，促進智慧城市建設健康、可持續發展。

1.1.2 研究意義

隨著智慧城市建設的迅速發展，建設范圍的不斷擴大，建設領域的不斷完善，使建設項目的種類和數量急劇增加，因此如何管理智慧城市建設項目各階段、參與方以及項目之間的溝通交流，破解項目信息管理的難題，是項目順利建設的主

要關鍵［8］。

區塊鏈上各共識節點間相互溝通，不存在某一節點獨立掌控的情況，通過共識機制，將信息準確的存儲于各個節點中，可以解決智慧城市建設項目信息管理中的種種問題。運用區塊鏈技術對智慧城市建設項目信息進行管理具有重要的意義，主要如下：

（1）提高政府部門對項目信息的管理水平。在智慧城市項目建設過程中會涉及到不同的階段、不同的人員，而信息的傳遞難免會出現偏差、不及時等問題，再加之智慧城市建設項目種類、數量繁多，信息量較大，加大了政府部門對信息實時監管、實時決策的難度。本文將政府部門作為一個共識節點接入區塊鏈系統中，對項目建設各階段及各人員生成的信息都能及時管理，并及時做出決策。政府部門也可以通過訪問區塊鏈上之前形成的區塊，查看項目建設信息，對項目建過程進行管理。通過政府節點的連入，可有效提高政府部門對項目信息的全程管理［9］。

（2）打破項目建設各階段間信息孤島、保證項目信息真實性。智慧城市建設項目可分為策劃階段、評審階段、立項階段、實施階段、驗收階段、評價階段六個階段，各階段節點與政府部門節點組成私有鏈，對項目建設信息進行共識上鏈管理。各共識節點間互聯互通，信息相互透明，對區塊鏈上信息進行存儲和維護，從而打破項目建設各階段間的信息孤島現象，保證了項目信息的真實、互通。

（3）對項目信息進行上鏈管理，提升信息溯源能力。智慧城市建設項目信息通過各階段節點以及政府部門節點共同組成的私有鏈，存儲于區塊中，再通過共識機制進行上鏈［10］。區塊鏈上的區塊根據時間先后順序進行排列，且區塊內的信息由各節點共識達成，不能篡改。對項目信息進行追溯時，按時間先后順序在區塊鏈上進行查詢，不僅提升了信息溯源能力，同時也保證了信息的可靠性。

1.2國內外研究現狀

1.2.1 國外研究現狀

（1）智慧城市建設研究現狀

智慧城市概念提出于上世紀 90 年代，21世紀后，各個國家逐步加大了對智慧城市的研究和建設。2004 年，韓國提出國家信息化戰略，要建立由智能網絡、先進計算技術和其它先進的數字技術組成的社會新形態［11］。2006 年，新加坡提出要在2015年建設智慧國家。2008年，IBM公司首次提出全球系統性概念——“智慧城市”概念，該公司提出借助于互聯網、大數據等先進信息技術，實現萬物相互聯通，實現城市各種信息的整合，為城市發展和市民生活、服務提供支撐，實現城市建設更智能、城市生活更安全、城市發展更健康、城市管理更便捷的理念［12］。 2009 年，英國提出發展數字城市建設，2012 年實現全國范圍內的寬帶連接。歐盟闡述了智慧城市建設的內涵，指出智慧城市需要在經濟、服務、管理等多個方面的達標，強調智慧城市不僅要運用好信息技術，也要運用好城市在各個方面的管理能力。日本政府以電子政務為核心，提出智慧城市一站式服務［13］。

Yamamura S 指出在推進智慧城市時，要以 IGC 為基礎，圍繞著建設、經濟、服務、管理等方面來建立評價模型冋。Bronstein Z從空間維度對智慧城市進行研究分析，通過模型的構建，闡述了智慧城市可以使城市經濟、城市空間得到更好的發展，使市民生活、市民幸福指數更加上升X。John Forester認為通過多方的參與對智慧城市建設規劃以及制定具有重要作用，表達了多方參與的重要性［16］。

（2）項目信息管理研究現狀

國外對項目信息管理研究較早。項目管理于上世紀 50、 60年代被廣泛使用， 1965 年，國際項目管理協會成立，這是第一個國際性項目管理組織，主要對技術比較復雜、工程比較重大、管理比較困難的一些項目進行管理［17］。美國著名管理學家戴維•克蘭德認為通過項目管理定義，進行合理的項目管理構架搭建，對項目實施過程具有很好的指導，對實現項目的建設、發揮項目的功能具有重要意義［18］。美國通過數據管理系統對項目進行管理，取得了一定成就，并將項目信息管理作為項目管理的重要內容。澳大利亞學者對項目的復雜性進行分析得出根據復雜程度項目可分為四種的理論，小項目和簡單項目的信息管理相對容易，難項目、復雜項目要構建相應的模型進行分析研究，從而更合理的對項目進行管理［19］。時至今日，項目管理被廣泛應用于多種領域，項目信息管理也逐漸成為項目管理中重要的一環，對項目的建設、成敗、發展都起著至關重要的作用。

Dong研究了項目質量鏈的管理過程并對存儲數據庫進行了可靠性分析，通過研究分析得出項目質量鏈的管理可以有效提升項目的質量以及成活率，對項目的建設、發展起著一定的作用［20］。Galan-Garcia針對項目管理構建了數據管理系統，通過對數據的管理研究，得出項目數據管理對項目全過程發展具有顯著作用，并在項目管理方面取得了一些研究成果［21］。

（3）區塊鏈研究現狀

自區塊鏈技術被廣泛認識以來，區塊鏈的研究與應用便逐步得到發展。 2016 年，在荷蘭成立的區塊鏈物流聯盟主要探索區塊鏈技術在物流中的應用，該聯盟對區塊鏈分布式存儲、數據追溯技術進行研究，實現物流數據的弱中心化管理，并在數據的可追溯性方面取得了突破，該聯盟為世界各國對區塊鏈技術的研究打下了一定基礎［22］。日本應用 RFID 射頻技術對牛肉食品生產全過程進行追溯，將信息統一存儲與管理，利用區塊鏈技術共識上鏈、去信任的特點，保證了牛肉數據的真實性，為牛肉產業發展提供了有力支撐［23］。

Lee 等人對 WEB 網絡服務的質量鏈進行了研究，通過對質量鏈的特點進行分析，闡述了網絡服務質量鏈的可管理性與安全性，同時對質量鏈的互用性與聯通性進行了研究說明［24］。 Prashar 等人通過區塊鏈智能合約對食品質量安全進行管理，將食品各環節作為節點接入區塊鏈，利用智能合約對各節點數據進行把控、管理，為食品信息安全提供強有力的保障。 Bumblauskas 等人對雞蛋行業應用區塊鏈技術，利用區塊鏈技術的去中心化、公開透明等特點，對雞蛋生產全過程環節進行管理，做到了雞蛋信息的公開、透明［25］。

1.2.2 國內研究現狀

（1）智慧城市建設研究現狀 2012年，我國開始了智慧城市的建設項目，住建部開啟智慧城市試點工作，

逐步將智慧城市建設作為國家發展的重要戰略任務［26］。 2014年，國家發布新型城鎮規劃，明確要推進智慧城市建設，為智慧城市建設發展提供有力支撐。2015年，國家下達了智慧城市相關任務，強調到2020年要完成50項左右的智慧城市領域標準制定工作［27］。 2016 年，我國正式啟動了新型智慧城市評價工作，突出了評價工作對新型智慧城市建設的重要性。 2017 年，十九大報告中對智慧城市建設提出了新要求，要求在廣度、高度和深度上加大對智慧城市的建設，推動大數據、物聯網和AI技術智慧城市建設融合發展，促進智慧城市建設快速發展。2018年，國家發布《智慧城市頂層設計指南》，對智慧城市建設提供了有力指導［28］。

要衛軍等人將智慧城市視為是多個不同子系統有機的融合而形成的整體［29］，智慧城市的建設需要技術的有力的支撐，技術的進步同時為智慧城市建設項目管理提供了強有力的幫助。

（2）項目信息管理研究現狀上世紀八十年代，我國成立項目管理研究委員會，加大了對項目管理的研究，

從項目策劃、評審、實施等過程對項目進行信息管理。隨著項目信息管理的發展，項目管理理念應用范圍越來越廣，華羅庚通過數學統籌的方法把項目管理思想應用到日常生活中，對日常事務進行了有效管理。在國家的政策支持下，智慧城市

建設項目信息平臺得到了一定的發展，為項目信息管理提供有力支撐［30］。

曹洋等人應用區塊鏈技術構建項目供應鏈信息共享管理系統，解決了信息不真實、難信任、不易追溯等問題，為信息管理提供了新方式［31］。盧亞麗等人通過對制造業內信息共享模式進行研究，分析其運行機理和構建模式，并運用區塊鏈技術對信息共享模式加以改進，有效解決不同部門、不同企業間信息難處理的問題［32］。

（3）區塊鏈研究現狀

2016 年，我國發布首個基于區塊鏈技術的防偽溯源平臺，利用區塊鏈對數據進行分布式存儲，同時可以根據時間先后順序對數據進行查詢，保證了數據的真實性［33］。同年，沃爾瑪與清華大學進行合作，用區塊鏈技術記錄對食品生產到銷售全流程信息進行存儲，保證了食品的安全性，提高了人們對食品信息的信任，促進食品行業信息安全性發展［34］。

郭珊珊基于區塊鏈技術設計了一種溯源查詢方案，通過三層架構對交易信息進行存儲、共識和查詢，有效解決了傳統數據存儲存在的弊端，為區塊鏈應用進一步發展提供良好思路［35］。朱興培等人應用區塊鏈技術，通過建立數學模型對項目物資供應鏈進行管理，很好解決了項目物資供應鏈內的信息不透明、不可靠等情況。楊德欽等利用區塊鏈技術對項目信息平臺進行優化，并在優化的基礎上提出項目信息管理平臺，對項目信息管理平臺的機理以及框架進行了闡述［36］。

1.2.3 研究述評

通過以上對比分析發現，新興的區塊鏈技術在國內外的一些領域已經實現，由區塊鏈的技術特點及當今各領域存在的數據可信問題，可以看出區塊鏈技術擁有廣闊的發展空間。本文結合以往研究人員在智慧城市項目管理以及區塊鏈技術提出的方案，構建基于區塊鏈智慧城市建設項目監管平臺，實現智慧城市建設項目信息的全生命周期管理。

1.3本文研究內容及章節安排

本文通過對傳統智慧城市建設項目的信息管理進行分析，圍繞智慧城市建設項目信息管理，選擇以太坊開發系統功能，并實現基于區塊鏈技術的項目信息管理系統。本論文共分為六章，安排如下：

第一章，首先介紹區塊鏈技術在智慧城市建設項目信息管理中的應用的背景與意義，分析目前智慧城市建設項目信息管理存在的問題，指出當前項目信息管理中存在著透明度不夠、可篡改性大、可追溯性不強、真實性不能得到保障等問題。項目策劃階段、評審階段、立項階段、實施階段、驗收階段、評價階段都存在著部門間信息相互封閉、管理中心化嚴重、信息孤島等問題；不同項目間存在著信息互通較少、很難進行有機融合等問題。其次介紹智慧城市建設、項目信息管理、區塊鏈技術在國內外的研究狀況，最后介紹論文主要研究內容與章節安排。

第二章，本章首先介紹了智慧城市建設和項目信息管理的概念、內涵和基本內容，并引用區塊鏈技術在智慧城市建設項目中的應用。然后對區塊鏈和數據結構進行了介紹。最后對以太坊進行了介紹，并選擇以太坊為系統的開發環境。

第三章，本章首先介紹了智慧城市建設項目的信息組成和對智慧城市建設項目各階段的分析，將智慧城市建設項目分為六個階段，從項目最開始的策劃階段到項目最后的評價階段，每一階段都介紹了他們的建設內容以及階段內信息的種類和形式。通過對以上分析，研究了區塊鏈技術在智慧城市建設項目監管中的可行性及必要性，并指出區塊鏈技術能夠很好的保證這些信息的共享性、防篡改性和可追溯性。

第四章，本節采用總分的結構，首先對智慧城市建設項目信息管理系統架構進行介紹，其次智構建了慧城市建設項目信息管理流程架構，最后結合區塊鏈技術的數據結構、技術優勢、體系框架，以智慧城市建設項目信息管理系統架構為基準，包含項目建設的策劃階段、評審階段、立項階段、實施階段、驗收階段、評價階段，同時對智能合約搭建以及數據庫存儲設計進行說明。

第五章，本章主要基于區塊鏈技術對智慧城市建設項目信息監管平臺進行了測試與實現。選擇以太坊作為系統開發環境，并對環境配置做了詳細闡述，最后展示了平臺的主要功能界面，實現了區塊鏈技術在智慧城市建設項目信息管理中的應用。

第六章，總結與展望。對本文主要研究內容進行全面總結，指出區塊鏈技術與智慧城市建設項目相結合的重要意義，對未來發展做出展望。

2相關理論知識介紹

2.1智慧城市建設

智慧城市建設堅持以人為本，以新一代信息技術為核心，通過建設城市新形

態為人們提供更加智能的服務。智慧城市建設內容如圖 1所示。

數據建設

圖 1 智慧城市建設內容

Fig1 Contents of smart city construction

（1）基礎建設。智慧城市建設需要很好的前期基礎支撐，沒有這些支撐，智慧城市建設將會困難重重。基礎建設包括遙感技術、物聯網技術、計算機技術以及通信技術等。遙感技術主要用于對城市表面信息的探測并繪制成圖形；物聯網技術主要用于城市各種信息的采集、感知，并將-信息連入網絡，實現物與物、人與物的聯通；計算機技術主要用于各種信息的存儲、處理和分析，實現城市信息的快速應用；通信技術主要用于城市間人與人、人與物、物與物的相互溝通，實現萬物互通［37］。

（2）數據建設。城市建設包含大量的信息數據，智慧城市將這些數據先分類處理再進行整合，形成城市數據網。數據建設主要包含交通數據、醫療數據、人文數據、項目數據等。交通數據庫主要對城市交通信息進行記錄并分析，為人們提供更舒適的交通以及避免交通事故的發生；醫療數據庫主要對城市醫療信息進行存儲并分析，為城市醫療提供數據支撐，為人們提供更優質的醫療服務；人文數據庫主要對城市人們生活信息進行存儲、分析，為人們提供更加智能的生活；項目數據庫主要對智慧城市建設項目信息進行存儲和管理，讓項目更好幫助城市建設、更好為人們服務［38］。

（3）平臺建設。智慧城市建設平臺包括監控平臺、信息平臺、管理平臺、服務平臺等。監控平臺主要對城市各信息、狀況進行監督控制，用智能的方式幫助城市監控；信息平臺主要對智慧城市建設主要數據進行獲取，并對這些信息進行處理，保障信息安全；管理平臺主要對城市各類數據進行分類分析、處理，實現對城市的智能管理；服務平臺主要對信息進行綜合利用，達到為人們服務的作用［39］。

（4）應用建設。智慧城市的應用主要包含政府、企業和公眾等。政府作為整個城市的管理者，根據各部門提供的信息對整個城市進行管理；企業作為城市經濟發展的關鍵，智慧城市建設為企業提供動力，企業同時又促進城市發展和科技創新；公眾作為城市的主要服務者，智慧城市建設為公眾提供方便、快捷、安全的服務［40］。

（5）區塊鏈項目信息監管平臺。在智慧城市建設項目中，項目全生命周期間信息的傳遞以及信息的真實性是保證智慧城市建設項目高效的關鍵。通過保證項目各階段信息的交換性、真實性、可溯性，加大評價力度，從而提高項目建設效力。利用區塊鏈技術構建智慧城市建設信息管理系統，通過數據共享的方式替代原有的信息處理中心，對提高項目建設管理水平，提升智慧城市建設水平，增強財政資金使用效益具有重要意義。

2.2項目信息管理

2.2.1 項目信息形式

項目信息的管理是對項目信息的收集、處理、存儲、應用等一些活動的總稱。項目信息管理需要對項目信息的形式進行判斷，項目信息具有一下幾種形式。項目信息形式如圖2所示。

項目信息的形式

個別談話書面材料集體口頭形式技術形式

工作分析報告會議新媒體

圖 2 項目信息的形式

Fig2 Format of project information

（1）個別談話。個別談話是項目負責人通過與項目執行人或其他人員就項目進行的談話內容，對項目進行分析，將分析的項目信息進行記錄，形成項目信息內容，主要包括有工作分析、檢驗工作、個人建議和幫助等等。

（2）書面材料。書面材料是信息的最主要形式，主要有信件、談話記錄、工作條例、進展報告等。將項目建設中的信件、報告以及一些記錄等進行整理，形成書面的材料，對項目信息管理有很大作用。

（3）集體口頭形式。集體口頭形式是項目信息的形式中比較常見的一種形式，通常包括會議、集體討論、培訓班、講座等。項目人員通過會議或者集體討論的方式對項目信息以及項目進展進行交流、記錄，用集體口頭形式可以快速方便的對項目信息進行報告以及處理。

（4）技術形式。技術形式是通過科技的手段對項目信息進行記錄、傳遞以及處理的一種方式，一般包括新媒體、電話、網絡等形式。隨著科技的發展，運用技術手段對項目信息進行處理也逐漸成為了一種常態，技術手段對項目信息處理可以很好提高項目信息處理效率，加強信息的管理。

2.2.2 項目信息管理流程

項目信息的管理大致可以從信息收集、信息傳遞、信息處理和信息管理這幾個方面來進行分析。項目信息管理圖如圖 3 所示。

圖 3 項目信息管理

Fig3 Project information management

（1）信息收集。對項目信息的來源、信息的對象信息進行收集，對信息收集過后才能進行后面的操作，收集時要注意信息的收集方法，避免信息收集出現問題。用新一代信息技術對信息進行收集可以有效保證信息的真實性，本文就是用信息技術對項目信息進行收集，后文會進行介紹。

（2）信息傳遞。信息的傳遞有專人傳遞、會議方式以及通信方式等，也可以利用新技術對信息進行傳遞，比如物聯網技術等。信息的傳遞對項目信息管理同樣起著重要作用，傳遞的正確與否都影響著項目信息的管理。

（3）信息處理。信息處理是對信息進行判斷、分類整理、計算分析等的過程，信息處理過程能有效將信息進行分類，再集中整理，可以使項目信息更易于管理，更能直觀的展示。

（4）信息管理。信息管理是對信息更好的掌控，對信息的收集、傳遞、處理等一系列過程都是為了信息的管理。信息通過使用最終體現出信息的價值，項目信息管理通過對項目信息的有效管理進而實現項目的順利進行。

2.3區塊鏈技術基礎知識

2.3.1 區塊鏈簡介

區塊鏈定義比較抽象，可以簡化理解為是將數據分布式存儲于各個節點中的數據庫［41］。這里的分布式存儲有兩層意思，一種是將該網絡中的所有完整數據均存儲于每一個節點中。本文就基于第一種含義進行分析。第二種含義是分層存儲，即每個節點存儲完整信息的一部分，所有節點共同完成整個信息的存儲。區塊鏈由系統中的所有節點共同組建和進行維護，所有節點在一起共同構成整個系統，共同對某一節點的數據進行共識然后分別存儲于各個節點中［42］。

2.3.2 區塊鏈數據結構

區塊鏈是由區塊單體連接而成，連接順序是按照區塊生成時間依次連接，保證了溯源時能夠有序查找信息［43］。區塊單體包括區塊頭和區塊主體兩部分，其中最主要的是區塊頭，包含多種模塊，負責區塊的連接成鏈，對區塊鏈起著重要作

用；其次是區塊主體，區塊主體主要用于對節點間交易數據的信息進行記錄，充當著存儲器的功能。區塊單體如圖 4 所示。

hash! 23456

圖 4 區塊單體圖

Fig4 Block monomer diagram

（1）時間戳：指區塊產生的具體時間，時間戳對區塊產生的時間進行精確記錄，方便溯源查找［44］。

（2）父哈希：指上一區塊的頭哈希值，將上一區塊的區塊頭哈希存儲在該區塊中，連接時將兩者進行連接，防止區塊連接出錯，依此連接方式，形成了整個區塊鏈［45］。

（3）Merkle 根：指區塊主體中的節點間產生的交易信息進行兩兩哈希運算，最終得到的結果。根據哈希運算的輸入靈敏性，主要用于交易信息是否存在該區塊中的判斷［46］。

2.3.3 以太坊平臺

以太坊是一個開源平臺，并且擁有智能合約的功能，達到觸發條件后能夠智能的執行特定程序，從而實現智能的管理。以太坊技術架構如圖 5所示。

以太坊核心架構

分布式賬本(Ddistributed Ledger)

圖 5 以太坊技術架構圖

Fig5 Ethereum technical architecture diagram

以太坊去中心化應用通過智能合約和 web3.js 進行交換，智能合約通過 RPC 的調用在以太坊虛擬機上進行運行。區塊鏈、挖礦、網絡層、共識算法是以太坊的四大核心，礦工在網絡層中進行挖礦同時基于共識算法進行進行共識產生新區塊，新區塊通過網絡同步到每一個節點，使每一個節點都能夠對新產生的區塊進行上鏈并存儲。以太坊的智能合約、虛擬機、RPC、四大核心以及一些底層技術都包含在以太坊客戶端（geth）內，可以通過geth快速訪問以太坊區塊鏈地址。

以太坊平臺相比其他區塊鏈平臺有著巨大的優勢，以太坊GHOST幽靈協議可以有效解決由于網絡延遲導致的很多節點沒能同步新區塊而繼續在原區塊上挖礦產生的中心化現象，從而較大程度上降低了無用區塊的產生，提高了區塊鏈的安全性。

2.4本章小結

本章首先介紹了智慧城市建設和項目信息管理的概念、內涵和基本內容，并引用區塊鏈技術在智慧城市建設項目中的應用。然后對區塊鏈簡介和數據結構進行了介紹。最后對以太坊進行了介紹，并選擇以太坊為本文系統的開發環境。

3智慧城市建設項目信息管理的需求分析

3.1智慧城市建設項目信息的組成

智慧城市建設項目從項目最開始策劃到最終評價結束，整個過程中包含各種各樣的信息，本文將選取以下幾個方面對項目信息的組成進行分析。如圖 6 所示。

Fig 6 Information composition flow chart of smart city construction project

（1）項目人員信息：智慧城市建設項目是一種信息化項目，需要很多人員的參與，其中包括總經理、項目經理、項目成員以及各個部門人員等，一個項目的成功離不開項目中每一個成員的參與，每一個成員都對項目的策劃、實施、運行、維護等過程發揮著重要的作用，都是項目不可或缺的一部分。在智慧城市項目建設里許多部門、許多人員都需要管理，人員信息的錯誤或者人員間信息傳遞的錯誤都會對項目造成重大影響，因此項目人員信息也是項目建設中至關重要的一環 [47]。

（2）項目流程信息：項目流程信息是指智慧城市建設項目策劃、實施、運行、維護等階段以及各部門之間的溝通交流信息。項目每個階段、每個部門之間都要相互溝通和聯系，將項目的建設狀況進行交流、相互匯報，這樣更有利于項目的整體建設。項目各階段間以及各部門間的溝通交流尤為重要，各個環節間要相互進行信息傳遞才能確保各個環節建設的成功性，只有將環節信息傳遞出去，才能為其他環節提供有力的數據以及幫助其他環節出現一些問題，各階段間以及各部門間相互構成一個整體，共同支撐著智慧項目的成功建設［48］。

（3）項目建設信息：項目建設信息是指智慧城市建設項目策劃、實施、運行、維護等階段內部傳遞的對項目發展有積極作用的信息［49］。項目建設著點于項目每一個階段的，只有把項目的每一個階段建設好，整個項目才能順理成章的建設好，智慧城市建設項目是一個密不可分整體［50］，如果項目建設的某一階段出現了問題，那么該項目則會失敗，同時給智慧城市建設一定的影響，嚴重的則會阻礙智慧城市的建設［51］。項目建設信息是項目建設每一階段的基礎與重點，對項目每一階段的建設起著至關重要的作用，項目每一階段（如策劃、實施、運行、維護等）內部間的信息溝通與傳遞的質量都決定著該階段建設的好壞，從而影響整個項目的建設［52］。由此可見，項目建設信息是項目階段建設的基礎，對項目整體建設起著至關重要的作用。

3.2智慧城市建設項目各階段信息分析

3.2.1智慧城市建設項目信息整體分析

智慧城市建設項目在縱向（即項目從開始到結束）過程中，主要包括項目策劃階段、評審階段、立項階段、實施階段、驗收階段、評價階段等。智慧城市建設項目各階段圖如圖 7所示。

Fig7 Data flow diagram of smart city construction project （1）項目策劃階段的主要內容：項目策劃階段主要包括項目策劃書的編寫、項目功能需求調研、項目應用分析等。項目策劃書的編寫是項目的最開始階段，策劃書體現著整個項目的建設思路與實施辦法，同時也詳細敘述每一階段的建設內容，對整個項目的建設具有指導意義。功能需求調研的數據是對項目功能建設的有力支撐，同時通過對功能需求的調研也能夠指導項目的建設，使項目的建設更能貼合實際、更能促進及整個城市的發展。項目應用分析對項目的應用前景進行重點分析，判斷該項目能否有較好的應用、能否體現以人為本的思想等，項目應用分析對項目建設的必要性具有很好的說明。

（2）項目評審階段的主要內容：項目評審階段主要包括項目建設內容的評估、項目可行性分析、項目成本預算等。項目建設內容的評估是評審專家組對項目內容的把關，通過對建設內容的評估側面反映出項目的好壞，結合專家組的建議，可以對項目不足的地方進行改進，從而真正達到項目為城市服務、為居民服務的目的。項目可行性分析對項目的可建設性、風險性進行詳細的評估，根據項目的可建設性論證、風險分析論證，評估項目能否順利進行。項目成本預算包括設計階段成本、實施階段成本、評價階段成本等，通過對成本預算的評估，分析項目各階段的建設是否合理，分析該整個項目是否合理。

（3）項目立項階段的主要內容：項目立項階段主要包括項目方案匯報、功能整合、材料整理等。項目方案匯報通過對項目建設方案陳述和現實需求調研、可行性分析等進行總結匯報，通過專家論證后即可立項。項目立項后要要對材料進行收集整理，將紙質版以及電子版項目申請書、匯報材料等進行收集，一并進入立項項目庫里進行留存。

項目立項階段的過程一般先進行項目信息填寫，填寫完成后在系統內進行項目申報，此間會有專家對申報項目進行評審，如果通過專家論證，則進行審批立項，如果沒能通過論證則需進行項目內容修改重新填寫。項目立項流程圖如圖8 所示。

圖 8 項目立項流程圖

Fig8 Project establishment flow chart

（4）項目實施階段的主要內容：項目實施階段主要包括項目的材料采集、項目開發和一些詳細設計等。項目材料采集包括一定的建筑材料和設備材料等，建筑材料主要用于實體的建設，建設一些智慧城市建筑物等，設備材料主要提升城市的智能化，用科技的手段對城市進行改造，讓城市擁有靈活的“大腦”，促進城市的智能化。項目開發是對項目的進一步實施，材料、設備采集完成后需要對這些材料和設備進行進一步的利用，項目軟件的設計能讓這些設備完成特定的指令，能讓它們發揮出應有的作用，從而讓城市更加智能。項目的詳細設計是對項目細節進行把控，項目細節至關重要，只有把項目的點滴做好，才能讓項目發揮出應有的功能，才能更好促進智慧城市建設。

（5）項目驗收階段的主要內容：項目驗收階段主要包括項目測試、項目評估和驗收材料收集等。項目測試是對項目建設成果、項目應用情況進行測評，通過一些技術手段對項目進行合理的測試。項目評估是通過對項目的測試，根據測試結果評估項目建設的功能以及項目能達到的應用效果。如果項目在測試和評估中都能夠展現出項目的特點以及優勢，都能夠達到項目預期目的，說明項目的建設是成功的，這種情況項目符合建設要求，能夠按時驗收，此時需要對驗收材料進行收集，進行集中整理。

3.2.2項目策劃階段及評審階段分析

項目策劃階段由項目文本編寫、功能需求調研、項目應用分析信息等組成。項目文本編寫需要來自多方面的信息支撐，有基礎理論信息、團隊協作信息、創新性信息等，這些信息共同支撐了項目文本編寫，這些信息在獲取或者傳遞過程中會出現一定的偏差，所以需要對信息進行管理確保信息的無誤。功能需求調研信息和項目應用分析信息決定著文本中項目的建設方向和應用途徑，這兩種信息同樣要保證準確性。本文利用區塊鏈技術對信息進行管理，有效利用了區塊鏈防篡改的性質，確保信息的真實性，為文本編寫提供有力的技術支撐。項目策劃階段與評審階段如圖 9 所示。

圖 9 項目策劃階段與評審階段數據流圖

Fig9 Data flow diagram of project planning stage and review stage

項目評審階段信息有內容評估信息、項目可行性分析信息、項目成本預算信

息等。項目內容評估信息是對項目內容好壞的評價，該信息真實反應出項目內容

的質量，質量好的可以予以建設，質量較差的則不予以建設，這些信息在傳遞以

及保存中要保證信息的真實性和準確性，因此用先進技術手段對這些信息進行傳

遞以及存儲非常重要。項目可行性分析信息會在專家組中進行不斷傳遞，通過這

種信息的傳遞，讓更多專家以及有關人員對項目的可行性進行整體把控，明確項

目是否可行。成本預算信息是對項目材料費、設備費、軟件費以及人工費等費用

數據繪制成表形成的表格信息。通過對成本預算信息進行評審，能夠清晰觀察出

各費用預算是否合理、是否符合智慧城市建設的目標與內涵等，不合理之處要積

極的進行改正，真正做到智慧城市項目建設為城市添彩、為人民謀智。

3.2.3項目立項階段及實施階段信息分析

項目立項階段信息包括項目文本信息、評審信息和是否通過信息等。項目立項需要對項目文本的信息在系統中進行填寫，所以會用到項目文本的信息，將文本信息填入系統后，專家會對文本進行評審，評審結果以信息的形式進行反饋，根據評審結果，可以清晰的判斷項目有沒有被立項。這中間仍然存在著信息的傳遞，仍然需要保證信息的真實性。在項目立項過程中，會存在著不能被立項的現象，針對這種現象反饋回的信息我們會進一步處理，根據反饋意見進行進一步修改完善，使內容更加合理、更能幫助城市發展，在下一次開始申報時進行信息提交，能提高被立項的可能性。項目立項階段與實施階段信息如圖10 所示。

Fig 10 Information diagram of project initiation stage and implementation stage 項目實施階段信息有材料采集信息、軟件開發信息以及其他詳細設計信息。材料采集信息一方面是項目實施前對所需材料進行預算的信息，即需要采集材料的數量和種類，對材料采集的預算是后期項目實施的重要基礎，一般會包括相關技術材料、建筑材料等。另一方面是材料采集過程中以及采集過后的信息，材料采集過程中采集的材料種類、質量、數量等都要進行記錄，整理成相關信息并留存；采集過后將相關信息進行匯總，并匯報到主管處，形成采集后的信息。軟件開發信息是對軟件開發的過程、進度等信息進行采集，再通過對采集的信息進行傳遞、加工等，最終對信息進行使用，從而能夠判斷軟件開發的狀態。

3.2.4項目驗收階段及評價階段分析

項目驗收階段包含項目測試信息、項目評估信息和最終材料信息等。項目測試信息是對項目建設以及軟件測試結果的反饋報告，通過對項目建設的實物以及開發的軟件進行測試，能夠清晰反應出項目建設實物的質量和軟件開發的效果，以此信息作為項目驗收的一個重要指標。測試方法通常包括技術測試以及編寫測試方案和測試用例等，技術測試用于對建設實物的測試，編寫測試方案和測試用例用于對項目軟件開發的測試。軟件測試是把開發的軟件系統作為單一的實體并使用實際數據來進行，以此驗證軟件能夠滿足智慧城市建設的需求。項目評估信息是對項目測試信息的綜合反應，通過對項目的結構、功能、可操作性和可持續性等進行研判，通過對項目測試數據和信息的分析，判定該項目是否達到智慧城市建設項目的要求，進而給出合理的項目評價信息。項目驗收階段與評價階段信息如圖11所示。

專家評審贏認提交驗收材料

政府部門 / —— ?項目申報單位

項目測試運行效率

項目評估匯總材料驗收合格使用效果運維保障

評價報告項目結束

圖 11 項目驗收階段與評價階段信息圖

Fig11 Project acceptance stage and evaluation stage infographic

項目評價階段包含項目運行效率、使用效果以及運維保障等。項目在實施開發階段要注重品質，品質較高才能減少項目的運行維護成本以及周期。從整體來看，項目運維保障情況對整個項目至關重要，評價階段的會直接影響項目的生命周期，因此項目實施方不僅要項目運維進行監督，還要記錄運維過程中的問題，并提供解決措施。

3.3區塊鏈技術在智慧城市建設項目監管中的可行性及必要性分析

智慧城市建設項目的本質，是數據的采集獲取、共享交換、融合處理，以及基于此的業務協同和智能服務。根據上述對智慧城建設項目組成的分析，在智慧城市建設項目運行過程中，會涉及跨行業跨領域的復雜系統交織問題，特別是因為類別、行業、部門、地域等原因被孤立和隔離的數據資源的開放、交換、融合、共享與安全，仍是亟待解決的挑戰。

區塊鏈技術是融眾多先進技術于一身的新一代信息技術，能夠有效解決現有存儲系統中心化管理的問題以及信息共享的問題，區塊鏈可以很好的對信息進行追溯，從而更加有力保證數據的真實性［53］。因此利用區塊鏈技術以實現對數據的管理是有必要的。

（1）交換性。區塊鏈中各節點處在相同的地位，各自之間互不干擾且能夠和任一節點溝通，區塊鏈上每一筆交易信息各節點都能夠參與共識，都能夠了解信息的內容，各節點相互開放，相互溝通［54］。

（2）去中心化。區塊鏈技術作為在新型智慧城市建設項目布局的重要手段，去中心化能夠重新完成信息處理中心的建立，從而實現信息的高效收集和使用。區塊鏈各節點對信息完成共識后，然后上鏈，同時將信息的哈希值都存儲于每一個節點中，各節點共同對信息進行管理，避免了傳統數據庫中由某一部門對信息進行管理的中心化現象，實現了去中心化管理［55］。

（3）可追溯性。區塊根據生產的時間先后順序依次進行連接形成區塊鏈，交易信息存儲于各個區塊中。對信息進行追溯時可以根據時間先后順序進行逆序查找，同時根據區塊鏈的分布式存儲，保證數據的真實性［56］。區塊鏈技術在新型智慧城市建設項目中擁有更高的價值，由于具備信息的可溯源功能，不同的數據可以按照需求隨時進行原始數據的查詢，避免了數據覆蓋而出現的糾紛問題。

（4）防篡改性。信任機制的重要手段是不可更改內部數據，降低了數據在傳輸過程中的被篡改風險。在智慧城市建設項目管理過程中，參與節點的成員會存儲一份完整的區塊數據，區塊數據包含了成員的數字簽名、時間戳、哈希值，當修改數據庫中的數據時，會對應的生成新的區塊，并不會改變原有數據的區塊值，同時又有多個節點參與區塊備份，很難對所有節點進行修改。

3.4本章小結

本章首先介紹了智慧城市建設項目的信息組成和對智慧城市建設項目各階段的分析，將智慧城市建設項目分為六個階段，從項目最開始的策劃階段到項目最后的評價階段，對每一階段介紹了建設內容以及階段內信息的種類和形式。通過對以上分析，研究了區塊鏈技術在智慧城市建設項目監管中的可行性和必要性，并指出區塊鏈技術能夠很好的保證這些信息的共享性、防篡改性。

4基于區塊鏈的智慧城市建設項目信息管理系統設計

4.1智慧城市建設項目信息管理內容

智慧城市建設項目的發展離不開項目管理的質量，從項目策劃到項目完成后的評價階段，每一階段的管理都影響著智慧城市的建設和發展。在智慧城市建設項目的不同階段中，智慧城市建設的內容和側重點都有所不同，所以要實施更加全面、更加系統化、更加科技化的管理。項目信息的收集、信息的傳遞、信息的加工、信息的使用構成了項目信息的管理。

智慧城市建設項目過程較多、內容相對復雜，實現的功能也比較智能，因此產生的數據也會比較龐大，需要進行的信息管理也是難度較大。傳統的信息管理方式中存在諸多弊端：一方面，傳統信息管理只有一個部門對信息進行存儲，會出現嚴重的中心化現象，該部門有權對信息進行更改，從而影響了信息的真實性；另一方面，傳統信息管理在管理過程中不公開透明，各階段很難了解到信息的真實性，同時信息的存儲沒有規律，面對龐大的信息溯源時很難及時找到相應的信息，給工作帶來一定的不便。區塊鏈技術擁有獨特的去中心化、易追溯、防篡改等特點，可以有效解決傳統信息管理帶來的種種弊端。

智慧城市建設項目信息管理內容如圖 12 所示。

圖 12 智慧城市建設項目信息管理內容圖

Fig12 Content diagram of information management of smart city construction projects

上圖展示了智慧城市建設項目各階段都會產生大量信息，并且信息在各階段內部以及階段間進行不斷傳遞。信息管理存在于智慧城市建設項目的每一個階段之中，因此要做好整個項目信息的管理，必須對每一階段的信息進行有效管理。

智慧城市建設項目各個階段的信息管理都可籠統的概括為從信息收集到信息傳遞再到信息處理最后對處理過的信息進行存儲并集中管理的過程。下面選取上圖中的三個階段對智慧城市建設項目信息的構成以及總體管理方法進行一個簡單的介紹。

（1）項目文本編寫信息、需求調研信息和項目應用分析信息等共同組成了項目策劃階段的信息，將信息數據上傳到區塊鏈，進行區塊鏈管理。

（2）項目內容評估信息、可行性分析信息以及成本預算信息等共同組成了項目評審階段信息，在項目評審階段，前期需要對項目進行大致了解，評審時需要著重把握內容信息，評審后將評審結果進行上傳，用區塊鏈技術對評審信息進行管理。

（3）項目系統維護信息、硬件維護信息、故障處理信息等組成了項目評價階段信息，項目評價階段信息仍然需要上傳對信息進行采集，然后存儲于區塊鏈中，用先進技術進行管理。

4.2智慧城市建設項目信息管理系統架構

智慧城市建設項目建設過程中含有大量的信息，要保證項目能夠順利進行、達到智慧城市建設的要求，必須解決智慧城市項目建設過程中存在的項目監管問題、項目間信息孤島問題、項目數據難溯源等問題，本文利用區塊鏈技術的優勢，對智慧城市建設項目各階段的信息進行管理。智慧城市建設項目信息管理架構如圖 13 所示。

圖 13 智慧城市建設項目信息監管架構

Fig13 Information supervision architecture of smart city construction projects

（1）區塊鏈底層架構：本文選取以太坊作為區塊鏈底層結構，將項目信息存儲在區塊鏈中。系統的核心是基于以太坊搭建的私有區塊鏈，各個部門用戶以節點的身份加入到鏈中，每個部門用戶節點的項目數據通過申報過程錄入系統實現上傳，監管部門負責項目的審核、審批等操作。

（2）智能合約：智能合約是一套數字形式的承諾，合約參與方可以在上面進行這些承諾的協議，當個智能合約滿足一定觸發條件時（如項目策劃信息管理），或當項目完成了指定的要求時，智能合約便會自動執行特定程序，評判此項目信息管理是否合格。

（3）各階段信息：智慧城市建設項目可分為六個階段，各階段信息內容在第三章已重點介紹，

在此不再重復介紹。

（4）智慧城市建設項目信息管理：智慧城市建設項目信息管理包含項目整體的信息管理和各階段的信息管理，

項目整體以及各階段的信息管理將在本章下文中進行介紹。

4.3智慧城市建設項目信息管理流程架構

本文將智慧城市建設項目劃分為策劃階段、評審階段、立項階段、實施階段、

驗收階段和評價階段等六個階段，在傳統項目信息管理中，會出現項目各階段間信息相互封閉、管理中心化嚴重、信息孤島嚴重等問題，同時會造成信息易被更改、信息不真實、難以溯源等問題，區塊鏈以其獨有的特點能夠很好解決這些問題。區塊鏈技術在智慧城市建設項目信息管理流程架構如圖 14所示。

Fig14 Information management process architecture of blockchain technology in smart city

construction projects

將智慧城市建設項目的六個階段作為六個節點，搭建智慧城市建設項目信息管理區塊鏈系統，同時將政府部門作為管理者，對各階段信息進行審核管理。此區塊鏈系統采用私有鏈模式，只有負責該項目的節點可以加入，建設項目的信息由這六個節點進行獲取和共識。

智慧城市建設項目某一階段的信息收集上傳完成后，其余節點都能夠對該信息進行查看，并達成共識進行上鏈，同時將信息分布式存儲于每一個節點之中，各節點相互平等，互可通信。

本系統采用私有鏈模式對項目信息進行管理，既保證了智慧城市建設項目信息的保密性，又能夠防止各階段間的信息相互封閉、信息孤島、信息篡改、難溯源的情況發生。

智慧城市建設項目包括策劃階段、評審階段、立項階段、實施階段、驗收階段、評價階段，信息管理在每個階段的形式都有所不同，本節通過對智慧城市建設項目建設階段進行細化，以各階段為一個中心進行敘述，將各階段信息存儲于區塊鏈中，用區塊鏈技術對信息進行存儲與管理。

由于區塊鏈技術在各階段的信息管理中管理方式類似，所以后文中將選擇項目策劃階段、項目實施階段這兩個階段進行說明。

4.3.1 智慧城市建設項目策劃階段信息管理

項目策劃階段信息管理需要對項目文本編寫信息、需求調研信息和項目應用分析信息等進行管理。

（1）在項目策劃前期，需要對智慧城市建設項目需求進行調研，獲取相應的需求數據，同時也要分析智慧城市建設項目的特點，將這些信息作為策劃前期準備信息上傳到區塊鏈系統進行存儲與管理。

（2）項目策劃中期，需要根據前期準備的數據對項目文本進行編寫，這個過程需要多方人力的共同參與，既需要技術人員對建設內容進行編寫，又需要財經預算人員對項目資金進行預算以及合理分配。這些編寫時的信息同樣需要上傳到區塊鏈系統中。

（3）項目策劃后期，需對這些編寫內容進行整合，形成一個完整的項目申報書，同時對申報書內容多次審閱、修改，達到一個相對滿意的程度為止。

項目策劃階段信息管理如圖 15所示。

圖 15 智慧城市建設項目策劃階段信息管理

Fig15 Information management in the planning stage of smart city construction project

項目策劃階段仍然存在著諸多小部門，這些小部門間相互合作，共同為項目策劃貢獻力量。為保證策劃階段信息的可靠性與真實性，對這些小部門間的信息仍然需要進行區塊鏈管理與存儲。將各小部門都作為獨立節點接入項目策劃階段區塊鏈系統，每部門信息需要通過部門節點傳入項目策劃階段區塊鏈系統，各部門節點共同對信息進行共識。

項目策劃階段信息管理模式：

（1）信息收集：

項目策劃階段的需求調研部門、招投標部門、技術資料分析部門和文本編寫部門等將各自部門的信息進行整理，統一打包，由各部門節點人員進行收集。

（2）信息上傳：

各部門節點人員將收集匯總的信息緩存于客戶端中，通過客戶端上傳頁面進行上傳，同時對上傳信息進行私鑰簽名，用于確定上傳者的身份，便于信息后期的溯源。

（3）各節點共識：

項目策劃階段區塊鏈系統中各節點對該時間段內的所有信息進行打包，用上傳者的公鑰對上傳信息進行驗簽，然后將信息兩兩哈希運算生產根哈希，最后基于共識機制對上傳的信息進行共識，并附上自己的簽名用于對該信息的驗證。

（4）區塊鏈存儲：

信息經過各節點共識后會將該時間段內的信息按照時間先后順序上鏈存儲于項目策劃階段區塊鏈系統中，根據區塊鏈分布式存儲的特點，每個節點也會對所有信息進行存儲。

項目策劃階段區塊鏈系統中的節點都能夠對所有信息進行查看，在項目策劃階段內部各部門信息公開透明，能夠有效防止信息被篡改、難溯源的狀況。

4.3.2 智慧城市建設項目實施階段信息管理

在智慧城市建設項目各階段中，項目實施階段是尤為重要的一環，項目實施過程直接對項目的建設，建設的好壞直接決定著智慧城市建設項目的成敗，影響著城市的智能建設與人們的便利生活。因此項目實施階段的信息管理也至關重要，信息管理的質量決定著智慧城市建設項目的建設質量和建設進度，并且能夠在一定程度上調動工作人員的積極性。

智慧城市建設項目實施階段信息管理需要對項目材料采集信息、軟件開發信息和實施過程信息等進行管理。在實施階段管理時按時間先后順序進行管理：

（1）在智慧城市建設項目實施前期，需要對相應的材料進行采集，需要了解材料的種類、數量和設備的類型；在軟件開發前，要明確設計軟件的具體功能，制定明確的開發計劃；同時對各種人員要進行確定，方便項目的實施。將實施前期的信息整理完成后上傳到區塊鏈系統進行管理。

（2）在智慧城市建設項目實施中期，需要對軟件開發的進度以及能實行的功能進行匯報，同時需要對軟件開發的已用成本進行合理估計。在實施過程中要對已建設項目的質量進行把關，防止在建設過程中出現質量問題，同時也需要對耗資情況進行評估，按計劃使用資金。

（3）在智慧城市建設項目實施后期，需要對軟件完整功能進行測試，以便實現智慧城市建設項目的目標，同時也要對項目整體質量進行評估，保證智慧城市建設項目的質量過硬。項目實施后期的信息統一整理完成后上傳到區塊鏈系統。

在智慧城市建設項目實施階段的信息管理中，項目管理信息流向大多都是自下而上的，項目實施階段管理信息流向如圖 16 所示。

圖 16 智慧城市建設項目實施階段管理信息流向

Fig16 Management information flow in the implementation stage of smart city construction project

智慧城市建設項目實施階段信息包括軟件開發進度、軟件的功能、項目實施進度、建設質量、耗資情況信息等，這些信息都需要項目成員從項目最底層開始收集，然后傳遞到子項目負責人手中，子項目負責人收到信息后進行打包，傳遞到項目經理手中，項目經理對項目的信息進行審查與管理，同時繼續向總經理處傳遞，總經理負責所有項目管理。

智慧城市建設項目實施階段信息區塊鏈管理需要對實施階段的材料采集信息、軟件開發信息和實施過程信息進行收集、上傳、節點共識和上鏈存儲，下面

將詳細介紹這幾個過程。項目實施階段信息管理圖如圖 17所示。

圖 17 智慧城市建設項目實施階段信息管理

Fig 17 Information management in the implementation stage of smart city construction project

智慧城市建設項目實施階段信息管理模式

（1）信息收集：智慧城市建設項目實施階段將材料種類、數量和設備類型以及數量等信息作為材料采集信息進行整理；將軟件開發進度、軟件目前能實現的功能等作為軟件開發信息進行整理；將項目人員信息、項目實施進度信息、項目建設質量和耗資信息進行整理作為實施過程信息，項目實施階段各部門節點將各部門信息進行打包，統一收集。

（2）信息上傳：智慧城市建設項目實施階段各部門節點人員各將收集完成的信息通過客戶端上傳頁面進行上傳，上傳同時用自己的私鑰進行簽名，用于確定上傳節點的身份信息，若后期需要對信息進行溯源時，可以很容易查詢到上傳節點人員的信息。

（3）各節點共識：智慧城市建設項目實施階段上傳節點將信息進行上傳后，區塊鏈系統將一段時間內（一般 10 分鐘）上傳的所有信息進行打包，并進行驗簽，最后基于實施階段內部各節點的共識機制對上傳信息達成一致性共識。

（4）區塊鏈存儲：項目實施階段信息經過各節點共識打包后形成區塊存儲于項目實施階段區塊鏈系統中，同時存儲于每一個實施節點內部節點中，溯源時根據區塊生成的時間先后順序進行逆序查找。

對智慧城市建設項目實施階段運用區塊鏈管理，可以做到實施階段的信息在該階段內部公開透明，防止了信息的不真實，同時對信息進行區塊鏈存儲，去除了以往的信息中心化管理，防止信息被篡改的可能，并且保障了信息的溯源。

4.4系統功能設計

4.4.1 系統管理

系統管理可以實現對成員的用戶管理、組織管理、授權管理等功能。管理員通過賬號和密碼登陸管理界面，點擊角色授權，可以對成員身份進行分配，使成員在項目監管中扮演正確的角色，并執行相應的功能。通過增加、刪除、編輯、重置功能按鈕實現對成員信息的詳細管理。

（1）用戶管理用戶管理是通過系統對用戶進行身份確認，系統采用內置配帳號機制，私人不可創建，通過選定各部門的主管人員為管理員角色，用于對整個功能模塊進行管理。

（2）角色授權管理管理員根據系統分配的賬號和密碼進行登陸，可以根據項目管理中負責的單位或者人員進行角色授權，比如項目評審專家、初審部門、實施部門、業主部門、驗收部門、財政部門等角色。具體做法通過代碼編寫結構體，如使用 Solidity 相關函數修改器對評審專家的角色進行授權，代碼如圖 18所示。

function setExpertRightsofMember(ExpertAddr) onlyAdmin memberlnfo[ExpertAddr].ExpertRights=true;

modifier onlyExpert

require (member!nfo[msg.sender].ExpertRights == true;);

圖 18 角色授權結構體

Fig18 Role authorization structure

（3）組織管理組織管理主要涉及的是政府部門信息的管理，例如市政府、教育局、財政局、科技局等部門，根據項目涉及部門的不同，來分配相關單位機構。

（4）角色編輯

角色編輯負責對成員進行增、刪、改、查。管理員需要根據成員提交的線下申請，才能執行相關操作，否則將會取消管理員身份，并進行相關處罰。

4.4.2 項目立項審批

智慧城市建設項目立項審批可為用戶提供項目申報，項目初審、項目評審、項目實施、項目驗收操作，當用戶對項目進行申報后，相關部門會對項目進行初審，初審不通過將駁回返回上一個環節，通過后即可進入下一個審批環節，以此反復，最后進行項目驗收，對于每個環節的審批操作，系統都會記錄在區塊鏈上，以此實現對審批環節的精準查詢。如圖 19 所示。

圖 19 智慧城市建設項目立項審批流程

Fig19 Smart city construction project approval process

在立項審批流程中，審批的狀態會以區塊形式存儲在區塊鏈上，其中區塊數據包含當前數據時間戳、操作者的數字簽名、區塊 Hash 形成無法篡改的數據庫，從而可以被檢驗數據的真實性。

在項目立項審批流程中最重要的是各個成員根據自身角色來完成，為確保數據的真實性和完整性，以太坊通過數字簽名來驗證操作者身份，具體流程如圖 20 所示。

圖 20 智慧建設城市項目立項審批時序流程

Fig 20 Sequence process of approval and approval of smart construction city projects 如圖所示，首先立項審批成提交審批操作，由系統平臺發送一個請求到 Node 服務器進行處理，其次Node服務器調簽名函數Sign()來完成對上傳數據的簽名，通過web3js接口將完成簽名的數據上傳到區塊鏈上，具體數據信息由Node服務器上傳到數據庫中，根據區塊hash值調用索引函數，查詢到數據庫具體信息。

4.4.3項目進度管理

項目進度管理包括進度填報和進度跟蹤兩個功能模塊，主要負責對項目的招標文件與合同、項目資金、形象進度、項目推進情況進行填報。

4.4.4專家庫管理

專家庫主要對項目參與的專家身份信息進行登記，身份信息只存儲在傳統數據庫中，并不涉及區塊鏈存儲，本系統數據庫采用是傳統的關系型數據庫Mysgl。

表 1 專家成員表

Table1 Expert member list

方法名稱 w. 限定

RegisterQ 專家注冊密碼、孵、躺信息輸入個人基本信息進行注冊

AddSign () 霾名信息數字簽名、簽鴿果、由Web3.js計算的簽裁果添加到對應的帥體中根匙身角色

SetRrightsMem ber() 權限設置區鱷地址由成員地址查詢成員就體,然后進行修改權限值 OnlyAdmin

4.4.5 項目評價管理

項目評價是項目驗收的關鍵，由業主單位負責，包括項目運行效率、使用效果、使用滿意度、運維保障情況。

4.5智能合約設計

根據訪問特征的需求，區塊鏈上只存儲成員操作狀態的哈希值，并不存儲詳細信息，因此本文需要對智能合約和數據庫進行設計。以太坊提供了圖靈完備的虛擬機，支持多種編程語言，數據庫上的數據存儲以傳統的MySQL數據庫進行設計，鏈上的數據存儲以solidity語言進行設計，即智能合約。

如圖所示，智能合約包含觸發規則和觸發條件，當滿足一定觸發條件時就會自動執行，并將結果記錄在區塊鏈上。如圖21 所示。

Fig21 Smart contract operating mechanism

對于專家節點設置了專家審批作為觸發規則，審批提交作為觸發條件，經區塊鏈中各節點簽訂后智能合約會議鏈碼的形式在區塊鏈上執行，通過P2P協議傳輸給其他節點，實現共識。

4.6本章小結

本章主要介紹了區塊鏈技術在智慧城市建設項目信息管理中的系統架構，并從項目策劃階段和項目實施階段這兩個階段對區塊鏈技術在信息中的管理做了詳細描述，最后對系統設計的主要功能模塊進行說明，包括系統管理、項目立項審批管理、項目進度管理、項目庫管理等功能模塊。同時對智能合約以及數據庫存儲設計進行說明。

5系統實現與測試

本章主要基于區塊鏈技術對智慧城市建設項目信息監管平臺進行了測試與實現。選擇以太坊作為系統開發環境，并對環境配置做了詳細闡述，最后展示了平臺的主要功能界面，實現了區塊鏈技術在智慧城市建設項目信息管理中的應用。

5.1 系統開發環境

目前主流的區塊鏈平臺主要有三種，包括比特幣和以太坊為代表的公有鏈、

Hyperledger 為代表的聯盟鏈、Multichain 為代表的私有鏈。

表 2 區塊鏈平臺對比

Table2 Comparison of blockchain platforms

名稱城帀以太坊 Hyperledger

類型公有鏈公有鏈聯盟鏈

共識機制 POW\POS\BFTB POW\POS\BFTB Solo\Kafka

智能合約不支持支持支持

執行環境腳本 EVM Docker

特點 1.匿名、反監管

2.工作量證明共識算法 ].智能合約指定編輯語 gsosidity.

2簡化虛擬機EVM 1身份IRSI1和權限控制

2.支持多種編輯語言

3.可插拔式共識算法和數據存儲

根據上述對比，本文利用以太坊平臺為系統開發環境基礎，運用其特點搭建項目信息管理系統，用以太坊提供的各種模塊來搭建應用，使搭建應用的速度得到有效提升、成本得到有效降低。

5.2環境配置

本文選擇以太坊為開發環境部署和搭建智慧城市建設項目監管平臺，使用以

太坊官方客戶端軟件 geth 訪問以太坊區塊鏈節點地址。如圖 22 所示：

C:\Users\nju>geth attach http://221.229.221.35:9003 welcome to the Geth JavaScript console!

instance:Geth/vl .10.4-stable-aa637fd3/linux-amd64/gol.l 6.4

Coinbase:0x23c214b744d74d865c59fc02df536e355ele3c9f at block:288(Mon,14 Feb 2022 10:27:41 CST) i"~i

圖 22 以太坊節點詳細信息

Fig22 Ethereum node details

使用geth鏈接到以太坊節點后，輸入命令可以查看以太坊私鏈情況，如圖23 所示：

[root@ecs-cf3a-0002 geth-7inux-amd64-l .10.4]#./geth attach http://221.229.221.35:9003 welcome to the Geth JavaScript console !

instance:Geth/vl .10.4-stab]e-aa637fd3/l inux-amd64/gol .1 6.4

coinbase: 0x23c214b744d74d865c59fc02df536e355ele3c9f

at block: 288(Mon Feb 14 2022 10:27:41 GMT+0800(CST))

modules:eth:1.0 ,0 rpC:1.0 web3:l .0

To exit,press ctr7-d

> web3.eth.accounts

['0x23c214b744d74d865c59fc02df536e355ele3c9f"；p0xdb6cl 4abf31 be8397f940cf2aec5633f7987f3e8", "Ox 62017fdl 5e3400c529ec418876c 1 c90c9d03b280",

'0xe91 5683be477735245388b4ae67bl fl d04873d33","0x3b858894face8c538625b252d42735768174d4cf,]

圖 23 以太坊私鏈用戶列表

Fig23 List of ethereum private chain users

使用 geth 鏈接到以太坊節點后，輸入相關命令，即可查看以太坊區塊鏈交易的內容，其中input值即為該項目的鏈上值信息存放字段。blockHash值為該交易的區塊鏈哈希值。如圖 24 所示：

sena«awiransacrion: Tuncrionu sendTransaction: functionO, sign: function。， signTransaction: functionO. submitTransaction: functionO, submitwork: functionO

> eth.getTransacVion〔"0xd088d797aae6befa52220eabfca796ff94：L8ece：Lf4f8fl2d25f6e9476e：Lc0a6e")

blockHash: "0xcf930cllcf8e33b78el09a01e404c8425881dd03c4537bb638899a37a5ac7e20", blockNumber: 267,

from: ',0x23c214b744d74dS65c59fc02df536e355ele3c9f,',

gas: 60000,

gasprice: 5000000000,

hash: ,,0xd088d797aae6befa52220eabfca796ff9418ecelf4f8fl2d25f6e9476elc0a6e",

input: ,,Oxe6b58be8af95e9alb9e79bae323O32332d3O312d31317c3536337c323O32322d312d31317ce887aae7adb91' nonce: 143,

r: H0xe4b5c28eeb8aela5087d50566f990d4f46479eac25131534a709cfdab6b614a0",

s: "0x6936d03e03b9592d83445d6f52db362430a0e86c：L5a0dee6cdde048a5e50b6cd",

to: "0x62017fdl5e3400c529ec418876clc90c9d03b280",

transactionindex: 0,

type: "0x0",

v: "0xa95”，

value: 0

圖 24 交易區塊鏈 hash 值

Fig24 Transaction blockchain hash value figure

用區塊哈希值命令可以得到該交易的區塊哈希值詳細信息，包括區塊難度，父哈希值等信息，如圖 25 所示：

> eth.getBlockC，'0xcf930cllcf8e33b78el09a01e404c8425881dd03c4537bb638899a37a5ac7e20,')

difficulty: 2,

extraData: ,,0xd883010a0484676574688S676f312e31362e34856c696e7578000000000000008125c24416a8960d823d351d2 c914c9cf4ae3e4c68f6300dl893abd922ae57ae25f3b26ed4771a906d58bb5ca65bb9S95d089adfa95ee4c23fe7d6d91f4b068201

'gasLimit: 8000000,

gasused: 21688,

hash: "0xcf930cllcfSe33b78el09a01e404c8425881dd03c4537bb638899a37a5ac7e20",

logsBloom: "0x00000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000 000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000 000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000 000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000 000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000 000n,

miner: "OxOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOO",

mi xHash: "0x0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000",

nonce: "0x0000000000000000",

number: 267,

parentHash: "Ox522bb8672fd57ee2de454ffa3fO972adO652ca38f2c72fc3cd77325aeO877a25")

receiptsRoot: "0xfd451d81e6c0b42a4476ec2a4540ec3d83361686d4aae53ac7f83578ad0e5093",

sha3Uncles: "0xldcc4de8dec75d7aab85b567b6ccd41ad312451b948a7413f0al42fd40d49347",

size: 759,

stateRoot: ,,0x56e094ae3accd3ffcd07869a7fd90b62c2d73bc76837fadb48dael5999705d81,,)

timestamp: 1641879539,

total Difficulty: 535,

transactions: ["0xd088d797aae6befa52220eabfca796ff9418ecelf4fSfl2d25f6e9476elc0a6e"],

transactionsRoot: ,,0xcfc36f0612871ab0c6fe5c491e416a3fbd3d599bal33c21e727f715be3e7elb3",

} uncles:[]

圖 25 區塊哈希值詳細信息

Fig25 Block Hash Details 使用 geth 啟動以太坊管理后臺，輸入相關命令可以查看該啟動節點的詳細信息，信息中包含以太坊節點唯一標識enode，id等信息，如圖26所示：

圖 27 平臺首頁界面

Fig27 Platform home page interface

智慧城市建設項目監管平臺主要功能模塊展示包括項目立項審批、項目進度

管理、項目庫、系統管理、專家庫管理、項目評價管理等模塊。如圖 28 所示。

圖 28 主要功能模塊

Fig28 Main functional modules

其中項目立項審批包括數據變更管理、立項申請、進度查詢、待辦件、已辦件模塊點擊相應的模塊進行操作，每一次操作就生成對應的區塊，通過鏈上 Hash 來索引數據信息。如圖 29 所示：

■頂目立項甲批

axis*

St) ■:

圖 29 項目立項審批

Fig29 Project approval

項目評價管理可查詢已經完成的項目信息以及區塊鏈哈希值，如圖 30 所示。

圖 30 項目評價管理

Fig30 Project progress management

5.4本章小結

本章主要基于區塊鏈技術，完成智慧城市建設項目監管平臺的實現與測試。選擇以太坊作為系統開發環境，并對環境配置做了詳細闡述，最后展示了平臺的主要功能界面，實現了區塊鏈技術在智慧城市建設項目監管中的應用。

6結論與展望

6.1 論文總結

本文通過研究智慧城市建設項目信息管理的背景、國內外研究現狀，針對智慧城市建設項目信息傳統數據庫管理方式中存在的中心化嚴重、數據易被更改、各建設階段間信息孤島等問題，提出了區塊鏈技術在智慧城市建設項目信息管理中的重要意義；將區塊鏈技術應用到智慧城市建設項目信息管理平臺中，從而有效的提高管理水平。

針對區塊鏈技術在智慧城市建設項目信息管理中的應用，本文主要研究了以下幾個方面：

（1）本文指出區塊鏈技術對智慧城市建設項目信息管理的優越性和重要性，能夠有效地解決傳統信息管理方式存在的信息透明度不夠、可篡改性大、可追溯性不強、相互封閉等問題。

（2）通過對智慧城市的建設內容進行了深入分析，詳細介紹智慧城市的建設內涵和內容，并將智慧城市建設項目劃分為策劃、評審、立項、實施、驗收、評價六個階段，分別對每一階段的主要建設內容進行分析，指出智慧城市建設項目對城市發展起到重要作用。

（3）針對智慧城市建設項目傳統信息管理中出現的問題，利用區塊鏈技術構建了智慧城市建設項目信息管理模型，分析了項目建設各子階段的信息管理，將項目策劃、評審、立項、實施、驗收、評價六個階段和政府相關部門共同作為節點搭建智慧城市建設項目信息區塊鏈管理系統，從項目信息采集、信息上傳、節點共識、區塊鏈存儲四個方面對信息進行管理，保證了智慧城市建設項目信息的真實性，實現了信息可溯源。

6.2展望

區塊鏈技術以其獨有的特點能夠有效解決現有管理與信息存儲中存在的中心化、信息不真實、易更改、難溯源等問題，已經成為今后重點研究的內容。智慧城市為城市發展帶來了智慧“大腦”，促進了城市的建設和為人們提供了便利生活。區塊鏈技術與智慧城市的結合也在逐漸成為主要潮流，共同為城市智慧發展提供強大支撐。

由于時間緊迫和信息管理知識了解的范圍有限，本文的信息管理僅是針對智慧城市建設項目的信息管理，管理內容也會存在一些不足。需要在以下方面進行改進和提升。

（1）系統雖然實現了鏈上數據的防篡改，若是源頭的數據是虛假的，那么對于已上鏈數據進行防篡改將沒有任何意義，因此需要加強對數據源頭的監管，并制定相應的措施，規范數據的上傳。

（2）本系統可以增加區塊鏈可視化功能，對區塊鏈上的區塊數據結構進行展示和分析，讓用戶更加直觀的看到區塊產生的具體形式。

（3）對于以太坊已有的公有鏈，本文系統中參與的節點相對較少，共識機制的效果較差，不能完全的展現公有鏈的優勢。

致謝

研究生生涯匆匆而過，這段時間的學習，讓我不僅在學業上有所成就，在知識上也有長進。在困難的時候，是老師和同學給予我了鼓勵和幫助，是他們鼓舞我的斗志，指明我前進的道路，讓我能夠向著正確的方向持續奮斗，書寫自己的人生篇章。在這里我向他們表示真誠的感謝！

首先我要感謝我的導師劉祥偉教授，感謝她為我的學習投入了很多的精力，是他耐心的給予我指導，在遇到困難時她總能給我指點迷津，并對我的論文研究方向和書寫提出了很多有益的修改建議。再此向劉祥偉老師對我的幫助和關懷表示真誠的感謝。

其次我要感謝項目組的成員們，在我迷茫和困惑中給我提供幫助和解答，是他們的陪伴和協助，讓我完成了本文的工作。同時，感謝參考文獻的作者們，透過他們的文章使我對本文研究的課題有很好的啟發。

我要感謝我的家人，是他們的支持和默默付出讓我能夠安心完成我的學業，能夠有機會去追逐自己的夢想。衷心感謝大家的支持、鼓勵、幫助和指引，最后祝愿大家健康、幸福、快樂。謝謝！

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