可追溯的固体废物管理系统研究

可追溯的固体废物管理系统研究

王睿

成都理工大学 管理科学学院 610059

摘要：近年来，随着城市快速发展和“智慧城市”的建设，我国固体废物的管理问题逐渐显露，固体废物处理过程中的高度透明化得到了人们的关注。而区块链是一种集合了分布式网络、加密技术、智能合约等多种技术的分布式账本，具有不可篡改、去中心化和公开透明等特性，特别是区块链上数据难篡改和可追溯等相关技术优势给固体废物管理提供了思路。本文构建了一个基于区块链的可追溯固体废物管理系统，采用区块链技术，建立一个高效，透明，可信赖的固体废物管理和处理系统，从而实现固体废物收集、转移、处置等全过程的信息化追溯。然后，在基础上还提出了一种成本优化模型，从而确定在供应商和消费者公司之间进行交易的最佳废弃物数从而最大程度地提高利润。最后，总结了可追溯的固体废物管理系统的研究进展，并对目前面临的挑战进行了进一步的讨论。

关键词：区块链，可追溯，固体废物管理，智慧城市

一、引言

我国是人口大国，随着城市化的快速发展，在生产和生活的过程中产生了大量固体废物。据统计，我国固体废物历年堆存量约600亿~700亿吨，每年新增固体废物100多亿吨，且有逐年增长的趋势^[1]。

固体废物的管理问题需要城市管理者和利益相关方共同努力协调。虽然各级政府以意识到了管理固体废物的重要性并开始采取措施，但传统固体废物管理和处理面临着缺乏可追溯性，缺乏监管控制及政策执行机制等挑战。本文基于区块链技术构建了一个高效，透明，可信的固体废物管理系统，通过系统模型的优化设计，能够实现系统的成本可控，实现固体废物生命期全程可追溯，并通过构建激励机制，引导人们进行垃圾分类处理，实现对固体废物的有效管理和处理^[2]。

二、区块链技术应用于固体废物管理技术优势

目前，区块链技术被广泛运用在数字货币，医疗保健，产权保护，防伪追溯等诸多领域。区块链是使用一系列密码原理，通过分布式账本的形式将数据分布式存储，利用时间戳等方法生成带有时间序列的数据区块。随着区块链技术应用发展，分布式账本的概念现已被运用于多种业务领域。这为将区块链用于固体废物的有效管理和处理提供解决思路。

将区块链技术应用于固体废物管理具有多方面的技术优势，一是将通过相关的智能合约和权益机制，鼓励区块链系统中的网络节点参与相关验证，并通过智能合约等相关技术，构建优化的管理系统。二是区块链系统中上链信息的难篡改和可追溯相关特性，将固体废物从产生、运输、处理等相关信息进行区块链系统上链，在任何一个环节可进行查询和追溯，在固体废物管理方面具体有明显的技术优势^[3]。

三、区块链在可追溯的固体废物管理系统中的应用

3.1 系统模型设计与说明

为了实现对固体废物的有效管理和处理，本文提出了一种基于区块链进行可追溯固体废物管理系统。在此系统中，区块链平台是在市政府和供应商在企业中心的帮助下对整个系统进行管理。市政当局控制该系统平台，为企业服务提供资金并为用户制定相关条款和规章制度。供应商在市政当局规定的条款之内根据相关规定对废物进行分类和出售实现获利。企业数据中心负责为其处理的废物提供相关数据支持。企业为平台提供不同的服务，包括系统开发、智能合约设计、云存储、共识协议和其他服务。同时，企业也为消费者公司提供服务，它们根据用户的需求帮助增加用户，存储和节点提升的数量。客户公司则是回收和处理废物的公司。客户公司需报告处理所购买废物的方式，将可回收的废物回收利用，通过产生能量或将废物作为堆肥处理来增加收入。除此之外，消费者公司可从购买分类废物中受益。（图1）。项目所设计的模型考虑使用基于云的系统来存储区块链数据。

图1. 基于区块链的可追溯固体废物管理系统模型

值得注意的是，此系统假设市政当局决定供应商在特定日期可以出售的废物量。当分拣过程比预期的时间长或运输成本高时，这可能会在特定情况下对供应商造成损失。市政当局需要解决这些问题。因此，假设在人口稠密的地区或产生大量废物的地区布置该系统，则需要考虑市场经济规模。为此提出一种采用成本优化的方式来解决供应商和消费公司的数量来分类废物的最佳方法。用户可以评估当地产生的废物量并根据自己的要求增加或减少设备设施。

3.2基于成本优化的系统模型

创建成本优化系统模型目的是确定供应商和消费者公司之间交易的废物数量。市政当局控制优化模型，由他们为用户规定条件。供应商负责废物的分类和销售。市政当局决定特定供应商在给定日期可以出售的垃圾的容量或数量。供应商提供的服务包括废物的收集、分类和运输。市政当局旨在根据消费者的需求处理最大数量的废物，并最大程度地提高供应商的利润。市政当局在通过供应商出售废物之前，会花费资源按照等级规则对废物进行分类和分配。该模型假设客户公司将为质量更好的商品支付更多费用，并且必须提供有关废物后处理的数据。这可以帮助市政当局努力规范废物的正确处理。

供应商集定义为：

消费者公司集定义为：

目标功能：目标是通过确定不同实体之间交易的最佳废料量来最大程度地提高供应商之间发生碰撞时的总利润。其中 是供应商每吨的利润， 是从供应商i转移到消费者j的废物量。根据供应商的努力，产品成本可能会增加多倍。

受以下限制：运输的数量少于供应商方可提供的数量(废物的数量用 表示)：

客户j的处理能力 大于运输量：

客户公司 的空间容量大于传入的废物。 是每吨废物的存储要求：

这种限制是为了平衡进入消费者处理设施的废物量。发送的数量比例应与处理的数量保持平衡。该比率定义为常数z，该常数应大于零。

假设有n个供应商和m个消费公司，并且它们拥有适当的区块链系统平台。

3.3系统开发实现

采用区块链技术来进行可追溯固体废物管理系统方案建设，可根据实际城市区域的大小，以及系统项目复杂性和安全级别要求，采用基于联盟或私有区块链的协作方法，使政府、监管机构和企业共同参与努力，以实现高效的废物管理和处理，提高工作效率。而通过智能合约的建设可帮助决策机构制定固态废物的分配、跟踪规则，监管政策和其他实施措施。采用非对称加密等方法，例如通过Hash算法将每个可回收物品注册到所研究的区块链平台中。通过共识机制可以访问所有存储的在链上的数据情况，包括废物处理，可回收物的交易，以及授权节点可访问查询的其他相关交易。该系统有助于跟踪一次性用品和可回收物品的生命周期情况，并最大程度地减少任何混淆或篡改数据的风险。实现固态废物的追踪，确保可回收物减少出现在垃圾填埋场中。

四、可追溯的固体废物管理系统研究前景与挑战

4.1 应用前景

区块链技术因其特有的技术优势，引起了很多国家和地区领导人的高度重视。在中国，国家领导人多次强调深度研究和发展区块链关键核心技术，并加快推动区块链技术的应用和相关产业创新发展^[4]。美国、德国、英国、日本等国家虽然强调要对区块链技术要加强监管，但同时也鼓励区块链技术发展。近年来，区块链技术日益成熟，应用领域已由单一的金融领域扩展到医疗保健，产权维护，防伪追溯等社会民生领域。就本质而言，区块链是一种具备较高物理性能的数据处理技术，具有维护系统内部的信息安全、公开透明，提高通信效率，全程可追溯的优势。

在国家高度重视环境治理的背景下，构建一个高效、透明、可信赖的固体废物管理系统，能够实现固体废物生命周期“生产-销售-使用-回收”全程可追溯，并最大程度地减少任何混淆或篡改数据的风险^[5]。采用区块链来进行可追溯固体废物管理系统方案建设，能根据实际城市区域大小，项目复杂性和安全级别要求实现对固体废物的高效管理。在此系统下，智能合约使得条款以计算机代码的形式编写，完全自动化，节省了大量资金与精力。哈希函数使得所有交易和信息数据加密并永久存储，放置数据被篡改或数据丢失的可能性。其不可篡改的分布式账本在固体产品“生产-销售-使用-回收”的过程中实现可追溯管理。此系统在帮助市政当局提高其固体废物管理工作的效率的同时引导人们进行垃圾分类处理。

4.2 面临挑战

虽然区块链在固体废物管理方面呈现出良好的发展前景，具有去中心化，可追溯，安全加密，开放共享等一系列技术优势，但目前区块链在固体废物管理领域依然受到多方面的制约。

（1）技术上有待升级与开发

区块链技术虽然已经在很多领域被讨论和研究，但在实际应用开发方面还有待深入研究。现有的区块链技术手段难以满足可追溯固体废物管理系统提出的全过程实时监控和信息化追溯的要求。

（2）制度上需要完善和创新

区块链的去中心化、公开透明、集体维护等相关特性颠覆了人们传统生产生活方式，淡化了权威机构监管的概念，冲击了现行法律观念。区块链技术在固体废物管理方面的应用与发展受到现行观念、制度、法律制约^[6]。当前虽已颁布规范区块链信息服务的文件，但在处理固体废物领域尚未出台相应细则。例如数据的法律地位，效力问题和废物回收企业，政府等相关方的权责问题有待制度的进一步完善。

（3）应用上还需进一步改进和提升

区块链的不可篡改保证了数据透明，产品追溯的优势，然而在区块链的实际应用中，该特性可能以牺牲吞吐量为代价，随着物联网设备的引入，数据量势必会迎来空前的增加，如果在区块中设置大量事务，则会降低应用时的整体处理速度。

五、结论

区块链作为一个去中心化的分布式账本，在可追溯、防篡改、开放共享等特点在固体废物管理应用方面具有极大的技术优势。文章基于区块链构建了一种可追溯的固体废物管理系统，对固体废物的生命周期全过程可追溯。与此同时，本文还考虑了成本优化问题，提出了一种基于成本优化的系统模型，从而确定在供应商和消费者公司之间的最佳固体废物交易量并最大程度地提高废物回收的利润，促进固体废物的集成运输和处理，从而实现管理决策科学化和高效化。除此之外，文章还分析了区块链在可追溯固体废物管理系统应用中的挑战，并讨论了未来的研究方向。为打好污染防治攻坚战和美丽中国建设，提供了信息化技术支撑。

参考文献

[1]王薇.城市垃圾分类一道难解的题[J].西部大开发,2019,(5):76-81.

[2]杨俊威. 固体废弃物处理的几点可行性建议[C]// 北方环境论坛暨第二届东北三省环境学术研讨会、辽宁省环境科学学会2014年学术年会.2014.

[3]阳震青.区块链技术下公司财务风险管理探究[J].合作经济与科技,2020,(16):98-100.

[4]陈子凡.区块链技术的特点及其在商业银行的应用[J].科技与金融,2020,(6):67-72.

[5]周康."无废城市"建设研究进展与对策分析[J].环境生态学,2020,(6):85-87,98.

[6]赵丰.区块链技术背景下版权金融发展的问题研究[J].科技与法律,2018,(4):61-69.

（项目基金：2021年省级大学生创新创业训练计划项目（编号：S202110616036）