基于北斗導(dǎo)航衛(wèi)星的預(yù)警信息發(fā)布平臺(tái)設(shè)計(jì)

許雷

【摘要】北斗導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)在北斗衛(wèi)星覆蓋范圍內(nèi)具有全天候無盲區(qū)短報(bào)文通信的功能，因此通過北斗導(dǎo)航衛(wèi)星發(fā)布預(yù)警信息能實(shí)現(xiàn)對(duì)偏遠(yuǎn)山區(qū)等地理環(huán)境惡劣地區(qū)的預(yù)警覆蓋。本文以基于北斗導(dǎo)航衛(wèi)星的氣象預(yù)警信息發(fā)布示范工程建設(shè)為背景，介紹了基于北斗導(dǎo)航衛(wèi)星的預(yù)警信息發(fā)布平臺(tái)的設(shè)計(jì)思路，討論了預(yù)警信息采集、預(yù)警信息上星發(fā)布等功能的實(shí)現(xiàn)方法。

【關(guān)鍵詞】北斗衛(wèi)星 預(yù)警發(fā)布 發(fā)布平臺(tái) 發(fā)布手段

一、引言

國家氣象信息中心建設(shè)的基于北斗導(dǎo)航衛(wèi)星的氣象預(yù)警發(fā)布示范工程，目的是利用我國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)具有獨(dú)特的短報(bào)文通信功能，解決氣象預(yù)警信息對(duì)邊遠(yuǎn)地區(qū)的覆蓋及預(yù)警信息傳輸“最后一公里”，對(duì)指定區(qū)域進(jìn)行預(yù)警信息的精細(xì)化發(fā)布服務(wù)，避免常規(guī)通信手段覆蓋不到的偏遠(yuǎn)地區(qū)氣象預(yù)警信息的發(fā)布問題。最大程度地減少國家以及人民生命和財(cái)產(chǎn)損失，增強(qiáng)社會(huì)公眾防災(zāi)減災(zāi)的能力。

示范工程建設(shè)的基于北斗導(dǎo)航衛(wèi)星的氣象預(yù)警信息發(fā)布系統(tǒng)架構(gòu)見圖1，建設(shè)的主要內(nèi)容為基于北斗導(dǎo)航衛(wèi)星的預(yù)警信息發(fā)布平臺(tái)（以下簡(jiǎn)稱“北斗預(yù)警發(fā)布平臺(tái)”），包括國家、省、地市三級(jí)平臺(tái)架構(gòu)，以及基于北斗導(dǎo)航衛(wèi)星的預(yù)警信息接收終端（以下簡(jiǎn)稱“北斗預(yù)警接收終端”），包括雙向終端、單向終端以及LED顯示屏。

北斗預(yù)警發(fā)布平臺(tái)的設(shè)計(jì)是整個(gè)系統(tǒng)的關(guān)鍵，如何實(shí)現(xiàn)上游預(yù)警信息的采集、下游通過北斗導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)發(fā)布預(yù)警信息，以及提供一套集中的預(yù)警信息、鏈路通道、指揮機(jī)和終端的管理操作平臺(tái)是其中重點(diǎn)要考慮的。

二、功能設(shè)計(jì)

2.1預(yù)警信息采集

北斗預(yù)警信息發(fā)布平臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)三類預(yù)警信息的采集：國家突發(fā)公共事件預(yù)警發(fā)布系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱“國突系統(tǒng)”）接入的預(yù)警信息、其他預(yù)警信息發(fā)布系統(tǒng)接入的預(yù)警信息和本平臺(tái)web界面人工錄入的預(yù)警信息。其中國突系統(tǒng)接入的預(yù)警信息為主要來源。

1、與國突系統(tǒng)發(fā)布管理平臺(tái)對(duì)接。國突系統(tǒng)是國務(wù)院應(yīng)急平臺(tái)唯一的突發(fā)事件預(yù)警信息權(quán)威發(fā)布系統(tǒng)，通過不斷建設(shè)，該系統(tǒng)將成為全國的突發(fā)事件預(yù)警信息統(tǒng)一發(fā)布系統(tǒng)。因此，北斗預(yù)警發(fā)布系統(tǒng)將國突系統(tǒng)作為主要的預(yù)警信息來源，從國突系統(tǒng)來說，北斗預(yù)警發(fā)布系統(tǒng)也可作為它的一種發(fā)布手段。國突系統(tǒng)對(duì)外部系統(tǒng)提供了TLQ對(duì)接方式，所以對(duì)接實(shí)現(xiàn)的方法使用TLQ對(duì)接方式：首先在國突系統(tǒng)發(fā)布管理平臺(tái)上進(jìn)行對(duì)接北斗平臺(tái)注冊(cè)，注冊(cè)完成后國突平臺(tái)將會(huì)以消息的方式推送預(yù)警信息包到北斗平臺(tái)，北斗平臺(tái)安裝TLQ服務(wù)端及客戶端，并完成相應(yīng)配置，就能監(jiān)聽國突系統(tǒng)發(fā)布管理平臺(tái)預(yù)警信息，并按照國突系統(tǒng)提供的預(yù)警信息包結(jié)構(gòu)規(guī)范對(duì)預(yù)警信息進(jìn)行解析。

2、與其他預(yù)警信息系統(tǒng)對(duì)接。除國突系統(tǒng)外，還有一些在運(yùn)行的其他預(yù)警系統(tǒng)，北斗平臺(tái)以提供ftp接口目錄的方式進(jìn)行對(duì)接實(shí)現(xiàn)預(yù)警信息采集，前提是這些預(yù)警系統(tǒng)推送到北斗平臺(tái)的預(yù)警信息包應(yīng)符合通用警報(bào)協(xié)議（CAP，Common Alerting Protocol）規(guī)范。

3、web界面人工錄入。北斗預(yù)警信息發(fā)布平臺(tái)以B/S架構(gòu)設(shè)計(jì)，提供web發(fā)布管理界面，能通過本平臺(tái)發(fā)布管理人員人工錄入的方式實(shí)現(xiàn)預(yù)警信息的采集。

2.2預(yù)警信息發(fā)布

北斗預(yù)警信息發(fā)布平臺(tái)實(shí)現(xiàn)預(yù)警信息的處理，并通過北斗導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)送的功能。

1、預(yù)警信息處理。北斗預(yù)警信息發(fā)布平臺(tái)首先校驗(yàn)Web界面人工錄入和外部系統(tǒng)接入方式所采集到的預(yù)警信息格式是否正確，只有通過校驗(yàn)的預(yù)警信息才能被接收，否則當(dāng)成非法預(yù)警信息處理，并給對(duì)方發(fā)送錯(cuò)誤信息回執(zhí)。平臺(tái)對(duì)格式正確的預(yù)警信息進(jìn)行解析，抽取預(yù)警信息類型、預(yù)警級(jí)別、發(fā)布單位、發(fā)布范圍等條目，分析預(yù)警信息相應(yīng)的處理邏輯。平臺(tái)根據(jù)相關(guān)規(guī)范將預(yù)警信息處理后的相關(guān)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫中，以便進(jìn)行信息查詢、檢索、統(tǒng)計(jì)等操作。

2、預(yù)警信息上星發(fā)布。預(yù)警信息的發(fā)送是通過北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的短報(bào)文功能實(shí)現(xiàn)的。預(yù)警信息的處理完成后，根據(jù)文獻(xiàn)[3]中提供的預(yù)警信息北斗發(fā)布協(xié)議轉(zhuǎn)換為北斗預(yù)警信息，再根據(jù)預(yù)警信息北斗傳輸協(xié)議將預(yù)警信息進(jìn)行分包、封裝，然后通過北斗指揮型用戶機(jī)進(jìn)行上星發(fā)布。

2.3發(fā)布鏈路控制

一是實(shí)現(xiàn)預(yù)警信息在北斗指揮型用戶機(jī)上的多通播ID并行廣播；二是實(shí)現(xiàn)向雙向終端的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)廣播；三是實(shí)現(xiàn)預(yù)警信息優(yōu)先級(jí)自動(dòng)排隊(duì)調(diào)度以及人工調(diào)度管理；四是實(shí)現(xiàn)預(yù)警信息的重發(fā)與廣播次數(shù)控制。

2.4報(bào)警接受及處理

報(bào)警信息是由雙向便攜式終端在事發(fā)現(xiàn)場(chǎng)發(fā)往相關(guān)報(bào)警部門的短信息。在信息中，可以對(duì)事件性質(zhì)、地點(diǎn)和時(shí)間等要素進(jìn)行簡(jiǎn)要描述。終端用戶可以操作北斗雙向報(bào)警終端編輯報(bào)警信息并可進(jìn)行確定后的發(fā)送；終端通過北斗衛(wèi)星的短消息通信功能，將報(bào)警信息上傳至北斗預(yù)警信息發(fā)布平臺(tái)。北斗預(yù)警信息發(fā)布平臺(tái)在收到報(bào)警信息后，向終端發(fā)送回執(zhí)；然后對(duì)報(bào)警信息進(jìn)行完整性檢查、合法信息驗(yàn)證、協(xié)議轉(zhuǎn)換等預(yù)處理操作。北斗預(yù)警信息發(fā)布平臺(tái)可以根據(jù)報(bào)警終端的歸屬、報(bào)警信息的類別等內(nèi)容，判斷該報(bào)警的處理部門，并將報(bào)警信息通過網(wǎng)絡(luò)傳送給相應(yīng)的報(bào)警處理部門，交由該部門進(jìn)行處理。

2.5系統(tǒng)網(wǎng)管及監(jiān)控

北斗預(yù)警信息發(fā)布平臺(tái)可以對(duì)終端進(jìn)行注冊(cè)管理，未注冊(cè)的終端無法接收平臺(tái)預(yù)警。平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)用戶的管理，對(duì)用戶進(jìn)行增、刪、改、查操作，并可分配群組角色，配置權(quán)限。北斗預(yù)警信息發(fā)布平臺(tái)可以對(duì)預(yù)警信息狀態(tài)、系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)、指揮機(jī)及終端狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，并具備信息查詢與統(tǒng)計(jì)、異常告警與處置等功能。

預(yù)警信息狀態(tài)監(jiān)控可以為發(fā)布用戶和系統(tǒng)運(yùn)維人員提供預(yù)警信息發(fā)布處理各個(gè)環(huán)節(jié)的實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)視信息。系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控可以為運(yùn)維人員提供網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)、服務(wù)器狀態(tài)、軟件進(jìn)程的實(shí)時(shí)監(jiān)視等功能。指揮機(jī)及終端狀態(tài)監(jiān)控可以提供指揮機(jī)運(yùn)行狀態(tài)查看、指揮機(jī)的參數(shù)查看與配置、終端的地理位置信息監(jiān)視、終端參數(shù)查看與配置等功能。信息查詢與統(tǒng)計(jì)可通過調(diào)用地理信息服務(wù)的方式，在基于地圖的界面進(jìn)行查詢和統(tǒng)計(jì)，實(shí)現(xiàn)按照地域范圍、預(yù)警信息類別等進(jìn)行直觀的選取、查詢和統(tǒng)計(jì)。異常告警信息可提供聲音和畫面等方式提醒運(yùn)維人員系統(tǒng)運(yùn)行情況。系統(tǒng)還能夠展示異常詳細(xì)信息及可能導(dǎo)致此異常的原因，同時(shí)能夠提供異常處理策略進(jìn)行異常診斷及異常處理。

三、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

為滿足平臺(tái)功能設(shè)計(jì)的要求，平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)見圖2。

北斗預(yù)警發(fā)布平臺(tái)由以下部分組成：發(fā)布服務(wù)器、多串口發(fā)送服務(wù)器、北斗指揮型用戶機(jī)。

發(fā)布服務(wù)器上部署北斗預(yù)警信息發(fā)布平臺(tái)應(yīng)用軟件，負(fù)責(zé)預(yù)警信息的處理（解析、提取、分析）、封裝、報(bào)警信息的拼裝、系統(tǒng)配置管理及監(jiān)控等平臺(tái)的業(yè)務(wù)邏輯處理；接收端發(fā)布服務(wù)器與氣象部門寬帶網(wǎng)連接（國突系統(tǒng)預(yù)警信息通過氣象部門寬帶網(wǎng)傳輸），接收需要發(fā)布的預(yù)警信息，并將拼裝后的報(bào)警信息通過氣象寬帶網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)至相應(yīng)的處理部門；發(fā)送端發(fā)布服務(wù)器與多串口發(fā)送服務(wù)器相連，將封裝后的北斗預(yù)警信息傳輸報(bào)文交由后端的多串口發(fā)送服務(wù)器發(fā)送，并接收來自多串口發(fā)送服務(wù)器的報(bào)警信息。

多串口發(fā)送服務(wù)器與一臺(tái)或多臺(tái)北斗指揮型用戶機(jī)相連，將封裝后的預(yù)警信息傳輸報(bào)文通過串口傳送至北斗指揮機(jī)。考慮時(shí)效要求和建設(shè)成本，這里僅使用一臺(tái)可安裝多塊IC卡的北斗指揮機(jī)

北斗指揮型用戶機(jī)負(fù)責(zé)北斗協(xié)議的處理、預(yù)警信息的上星發(fā)送和告警信息的接收。機(jī)內(nèi)可安裝多塊指揮機(jī)IC卡，支持多通播ID并行廣播。

另外，北斗服務(wù)器及多串口發(fā)送服務(wù)器均采用雙機(jī)高可用（HA）設(shè)計(jì)。

四、平臺(tái)測(cè)試

根據(jù)本文建設(shè)的國家級(jí)北斗預(yù)警發(fā)布平臺(tái)，于2015年11月投入試運(yùn)行，至2016年6月已成功測(cè)試發(fā)布預(yù)警9000余條，包括本平臺(tái)測(cè)試預(yù)警8000余條和對(duì)接國突系統(tǒng)預(yù)警1000余條。

期間還對(duì)該平臺(tái)時(shí)效性進(jìn)行了測(cè)試。平臺(tái)使用一臺(tái)安裝有3張指揮機(jī)IC卡的北斗指揮型用戶機(jī)，指揮機(jī)發(fā)送頻度為60秒，發(fā)送次數(shù)為2次（提高接收成功率），每種預(yù)警信息長度測(cè)10次，計(jì)算平均值。測(cè)試結(jié)果如下表：

五、結(jié)語

基于北斗導(dǎo)航衛(wèi)星的預(yù)警信息發(fā)布平臺(tái)是實(shí)現(xiàn)預(yù)警信息通過北斗導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)布的主要功能平臺(tái)，平臺(tái)上游實(shí)現(xiàn)了與國突系統(tǒng)的對(duì)接，為預(yù)警信息發(fā)布提供了一種覆蓋面廣、時(shí)效相對(duì)較高的發(fā)布手段。

另外在平臺(tái)的設(shè)計(jì)中根據(jù)傳輸成功率、時(shí)效要求和資金預(yù)算可以調(diào)整北斗設(shè)備、通信參數(shù)的配置，例如調(diào)整預(yù)警信息傳輸次數(shù)、調(diào)整指揮機(jī)通播ID數(shù)及加入校驗(yàn)包等，來達(dá)到一個(gè)更優(yōu)的平衡。