北斗系統在國家綜合減災業務中的應用

· 文|民政部國家減災中心、民政部災害評估與風險防范重點實驗室 廖永豐

北斗系統在國家綜合減災業務中的應用

· 文|民政部國家減災中心、民政部災害評估與風險防范重點實驗室 廖永豐

《國家綜合防災減災規劃（2011—2015年）》提出要加強國家自然災害監測預警評估和風險管理能力建設，完善自然災害監測網絡，加強國家綜合防災減災空間基礎設施建設；加強國家防災減災信息化能力建設，充分利用衛星通信、廣播電視、互聯網、導航定位和移動信息終端等手段，提高信息上報、遠程會商、公眾服務和應急保障能力，推進“數字減災”建設，尤其提到導航定位技術在綜合減災中的應用。推進北斗衛星導航系統在減災救災領域的應用，對于完善國家綜合減災業務信息管理與服務平臺，帶動地方減災救災技術裝備能力建設，提升重大自然災害的風險防范與應急處置水平具有重大現實意義。

一、我國災害管理信息化現狀及北斗應用需求

“十二五”以來，國家減災委、民政部一直致力于推動減災救災領域信息化建設，努力完善我國的災害信息管理與服務網絡。按照規劃，我國災害管理信息化建設的總體目標是建成縱向連接中央、省、地市、縣區、鄉鎮、村（社區）6級，橫向覆蓋全國31個省（自治區、直轄市）和新疆生產建設兵團，地面寬帶、衛星通信、移動通信多網絡融合，上下貫通、左右銜接、互聯互通、安全可靠的地面和現場災害信息監測與服務一體化的信息網絡系統，為災害信息監測、預警、報送、共享、服務業務提供基礎平臺。經過多年的努力，我國災害管理信息化建設取得了較大進展，31個省（自治區、直轄市）和新疆生產建設兵團的所有縣級以上災害管理部門已經實現了網絡服務節點全覆蓋，部分省（自治區、直轄市）開始向鄉（鎮）一級延伸，全國超過1/3的鄉（鎮）實現了網絡報災。目前，亟待解決的突出問題有：廣大基層城鄉社區和西部偏遠地區基礎網絡建設相對滯后；重特大自然災害現場應急通信保障能力差；缺乏覆蓋全域、多網絡融合、集成化災害信息服務系統及專用終端。

北斗系統是我國自主建設維護的全球衛星導航定位系統，其定位、授時、短報文三位一體的特性，在提供輔助的天基應急通信保障、完善地面災害信息管理與服務網絡、消除地面通信網絡盲區等方面具有獨特優勢，推進北斗系統在國家減災救災領域的應用是完善國家災害信息服務網絡的現實需求。

二、北斗系統在減災救災領域應用的優勢

1.有助于解決災后第一時間災情快速上報和對現場應急救援活動的遠程指揮監控

重大自然災害發生后，民政部要求各級民政部門必須在2小時之內將現場災情匯總上報民政部。同時，各級民政部門向災害現場派出應急響應工作組，查看災情，了解災區需求，同時根據災區需求，向災區緊急調配帳篷等救災物資。但是，由于災區電力和地面通信網絡發生大范圍中斷，現場災情無法通過地面通信網絡上報各級民政部門，各級民政部門也難以快速掌握現場總體受災情況，并對現場應急救援工作組進行指揮調度和態勢監控。北斗系統集導航、定位、授時、短報文等功能，終端購置成本低，通信費用低廉，不僅能夠滿足災后應急救助通信聯絡和災情快速上報業務需求，而且有利于面向基層大規模推廣應用，是目前災后應急通信保障方面最經濟可行的天基通信方式。

2.有助于消除全國民政災情報送網絡的盲點，擴大覆蓋范圍

我國現有的災害信息管理與服務網絡主要依托公共網絡建設。其中，部-省兩級采用虛擬專用網絡（VPN）專線，省-地（市）-縣（區）-鄉（鎮）采用地面寬帶，鄉（鎮）-村（社區）采用蜂窩通信。自然災害災情管理軟件系統已經覆蓋全國所有縣級以上民政部門，部分省份開始向鄉鎮延伸。但是，受社會公用網絡資源建設推廣限制，我國的災情報送網絡系統覆蓋范圍還無法實現“縱向到底、橫向到邊”全覆蓋。不同于行業專用網絡，地面寬帶、蜂窩通信等社會公用網絡是容量導向性的網絡，必然存在通信盲區。即便是我國中東部地區的熱點區域，地面網絡覆蓋率的正常值也僅有90％～95％。由于地面通信網絡建設嚴重滯后，這些地區災情報送十分困難，其中不乏多災、易災的高風險區，災情報送的時效性難以保證。北斗短報文通信覆蓋我國全境及廣大周邊地區，在偏遠地區、山區、牧區、林區及海島等通信盲區推廣使用北斗短報文通信進行報災，面向基層鄉鎮及災害高風險區的城鄉社區建立北斗短報文補充通信方式，將徹底消除民政災情報送網絡覆蓋的盲區，解決偏遠地區災情難以報送的難題。

3.有助于提升對減災救災人員、車輛的管理與信息服務水平

全國專職或兼職從事減災救災的人員目前有兩大類：一是各級民政災害管理人員，二是城鄉基層災害信息員。全國各級各類減災救災人員總規模超過70萬，需裝備大規模的災情報送、應急救援、物資調運等手持和車載專用減災信息裝備。民政減災救災人員實行分級管理，遍布全國31個省（自治區、直轄市）和新疆生產建設兵團，規模巨大，地域分散，組成復雜、需求多樣，實施有效管理監控和信息服務的技術難度相當大，目前尚缺乏統一的信息管理與服務平臺。北斗衛星導航系統兼具定位、短報文通信一體化集成功能，為建設面向大規模減災救災人員及裝備的監控管理與信息服務平臺提供了技術條件。建設北斗減災運營服務中心，向全國減災救災人員、救災車輛裝備專用的北斗減災信息終端，實現對人員、車輛的空間位置、設備狀態、應急活動情況等進行有效監控；災害發生前，基于位置向位于災害高風險區的減災救災人員定向發送災害預警信息，引導基層減災救災人員做好群眾的避險轉移工作；重大災害發生后，基于位置向災害現場應急救助人員和救災車輛定向推送災情動態信息，引導現場人員和裝備實施有針對性的救援行動，提高應急救助效率，降低信息發送成本。

三、北斗系統在減災救災領域的應用方向

北斗系統行業應用的技術架構由5部分構成，除了衛星星座外，有地面控制中心、運營服務中心、行業用戶管理中心和用戶終端。北斗運營實行資質許可制度，目前全國已獲得運營服務資質的機構有9家。行業部門建立管理服務平臺，面向本行業所有終端用戶提供服務。北斗終端有兼容北斗短報文通信功能和北斗無源定位功能的車載、船載、機載、手持、自動測報等類型終端及OEM 模塊。北斗衛星導航系統提供開放、授權兩種服務。開放服務面向公眾用戶提供免費的定位、測速和授時服務，定位精度平面10m、高程10m，測速精度0.2m/s，單向授時精度50ns。授權服務面向授權用戶提供高精度、高可靠性的定位、測速、授時和短報文通信服務。民政減災救災行業采用授權服務方式。北斗衛星導航系統行業應用總體架構見圖1。

圖1 北斗系統行業應用總體架構

目前，北斗系統在國家減災救災領域的應用主要有五大業務。

1.災情信息采集監控

基層災害信息員可利用北斗減災信息終端采集現場災情及其定位信息，通過地面2G/3G通信鏈路或北斗數據通信鏈路發送到北斗綜合減災后方應用平臺，后方應用平臺統一接收和管理所有北斗減災信息終端上報的災情信息，實現災害現場高精確定位、位置與災情信息采集上報、現場災害損失評估，以及災害高風險地區災害信息的監測與匯總等功能。災情信息采集監控應用模式見圖2。

圖2 災情信息采集監控應用模式

2.應急救援指揮調度

面向重特大自然災害的現場應急救助、轉移安置和指揮調度需求，基于北斗衛星導航系統、網絡地圖服務技術及2G/3G移動通信，以數字地球為背景，以災害現場為關注區域，實時匯集、統計、分析與展現各類現場災情信息，提供應急救助需求評估、應急救援任務的路徑規劃、應急工作組的路徑跟蹤標繪、災害現場態勢信息監控，以及災民轉移安置地、轉移安置路徑等救災信息和任務指令調度，實現現場應急救援指揮任務的前后方協同。

3.救災物資調運監控

基于北斗系統提供復雜災區路況的救災物資運輸路線規劃、運輸途中路況信息及災情信息采集、救災物資車輛運輸位置與狀態監控，以及救災物資車輛自適應導航等功能，實現救災物資運輸過程的在線查詢、可視化監控及任務調度管理。

4.現場人員應急搜救

面向現場被困人員應急搜救需求，基于北斗定位、短報文通信及2G/3G移動通信服務提供被困人員的定位、現場應急搜救任務的監控及現場應急搜救信息調度與分發等功能，實現現場救援任務的前后方協同，滿足快速響應、連續跟蹤、迅速搜救。

5.災害信息發布服務

北斗衛星

面向基層災害信息員和各級災害管理人員的信息服務需求，基于北斗定位、短報文通信及2G/3G移動通信提供北斗減災信息終端應用軟件發布服務、災情與任務數據包推送服務、短報文信息通知服務、災害專題地圖發布服務及現場信息支持服務等功能，實現現場災情信息監控、移動信息服務及救災應急通信保障服務能力。

四、北斗系統國家綜合減災應用系統總體設想

系統建設將面向重大自然災害災前預警與災中應急救援中，災情信息采集、報送、管理、服務及救災指揮調度等業務對空間位置信息的應用需求，充分利用北斗衛星導航系統的導航、定位、授時和短報文功能，建設北斗衛星導航系統國家綜合減災應用平臺，研制部署北斗減災信息專用終端，建設基層城鄉社區北斗移動減災技術裝備網絡，形成相對完善的基于北斗系統的LBS應急減災信息應用與服務技術體系。

根據我國現行的災害行政管理體系，系統建設的理想架構應是搭建分布式的應用平臺，研制部署統一的綜合減災業務軟件系統，利用Web應用技術面向地（市）、縣（區）和現場工作站提供定制業務應用，向鄉（鎮）和基層城鄉社區大規模移動終端提供LBS移動應用服務，實現“部-省-地（市）-縣（區）-鄉（鎮）-城鄉社區”6級北斗綜合減災應用。北斗系統國家綜合減災與應急平臺總體架構見圖3。系統建設實行“總體設計、兩級部署、分級應用”的運行維護機制，總體技術架構分為4級。

圖3 北斗系統國家綜合減災與應急平臺總體架構

1.北斗國家綜合減災云服務平臺-部級主節點

依托部級民政災害管理部門建設，由北斗綜合減災業務系統與多網絡融合通信平臺構成。其中，綜合減災業務軟件系統具體包括災情信息采集監控、廢墟人員搜救、應急救助指揮調度、災害信息發布服務等4大子系統；多網絡融合通信平臺具體包括北斗導航與通信、衛星廣播通信、綜合減災業務網絡接口等3大系統。支持北斗移動減災技術裝備的接入、現場災情與救助信息的快速聚合、實時動態分析、基于位置的多層次多目標定向發布和大容量多媒體災情信息衛星廣播分發。

2.北斗國家綜合減災云服務平臺-省級分節點

依托省級民政災害管理部門建設，省級節點與部級節點的基本功能、總體架構和業務系統應用基本相同，部署災情信息采集監控、廢墟人員搜救、應急救助指揮調度、災害信息發布服務等4大子系統。

3.市縣應用工作站

市縣級災害管理部門部署應用工作。省級應用平臺業務系統采用BS架構建設，本省所屬市、縣級災害管理部門通過工作站訪問省級應用平臺，實現對轄區北斗移動災害信息終端的管理、信息接入與聚合、實時動態分析、基于位置的定向服務，實現基于衛星廣播的多媒體災害信息分發。

4.現場應用平臺

現場部署車載移動信息平臺、北斗移動災害信息終端自組網、基層社區北斗移動災情直報網絡，實現現場災情信息直報、現場多元災害信息一體化采集報送、現場應急救助與搜救協同指揮、災情信息的共享與服務等功能。

研制配套的北斗減災信息專用終端裝備是北斗衛星導航系統國家綜合減災應用系統建設的另一重要任務。目前，國家及地方各級災害管理對北斗專用終端的需求主要有災情報送、現場應急救援、救災車輛監控和LBS災害信息服務等四類業務，終端研制的總體技術要求是智能、便攜、高集成、多通信模式融合，且能適應災區復雜環境應用，能夠支持終端APP定制應用。

面向災情信息采集報送業務，研制災情直報型北斗減災信息終端。該類終端的主要用戶是遍布全國城鄉社區的基層災害信息員，其主要功能是開展現場災情信息的采集和報送，基于移動終端APP實現位置、指標、照片、文本等多媒體信息的一體化采集，通信制式以蜂窩通信為主，能夠支持北斗短報文功能擴展。

面向重大災害現場應急救援業務，研制應急救援型北斗減災信息終端。該類終端的主要用戶是各級災害應急管理人員和災害應急救援人員，主要用于重大自然災害現場應急救援、災情核查評估、現場人員搜救等應用，其功能除兼具災情直報型北斗減災信息終端的所有功能外，還要求能夠集成北斗短報文功能，具備災區復雜環境作業能力和較長的電源續航能力。

面向救災車輛和物資調度監控業務，研制車輛導航監控型北斗減災信息終端。該類終端的主要用戶是應急救援車輛和救災物資調運車輛，主要用于重大自然災害救援和救災物資遠程調度與監控，其功能除兼具通用車載導航儀的所有功能外，還要求能夠集成北斗短報文功能，支持地面通信網絡中斷后車輛的遠程監控應用。

面向災區群眾或社會大眾，基于通用智能手機終端設備，通過軟件定制開發能夠滿足LBS災害信息服務的北斗，實現災害預警信息、災情與應急救助信息、災情地圖服務產品的廣播分發和服務。

北斗減災信息專用終端裝備的研制是一個長期的過程，伴隨著未來減災救災業務的拓展，終端需求將更趨多樣化、型號將更加豐富、通信制式更加多元、結構設計更加時尚。目前，終端研制的主體仍以服務于民政減災救災業務系統內的各類用戶為主，面向公眾提供信息服務終端將由主要依托市場產品來完成。

推進北斗系統在各行業、各領域的應用是基本趨勢。減災救災是保障經濟社會持續發展的重要領域，事關國家公共安全和社會穩定，更是未來北斗系統推廣應用的重點。實施北斗國家綜合減災應用示范工程，加速北斗減災應用平臺建設、配套技術裝備部署和技術標準規范制訂，對于未來全國民政減災救災部門推廣應用北斗系統將奠定良好的基礎。