預警信息傳播需求與通信網傳播渠道匹配研究

王景麗，趙宇

（中國信息通信研究院，北京 100037）

0 引言

為規避災害事故造成的損失，當預測到災害事故即將發生或監測到其發生時，有關部門或者單位需要根據事件可能造成的危害程度、緊急程度和發展態勢，向管理部門和風險中的群眾發布預先告知或態勢通告等警示類信息[1]，以支持和指導應對災害事故、開展風險防范。預警信息發布過程可分解為信息制作、信息發布、信息傳播等環節，其中信息傳播承擔從信息發出到信息送達受眾的過程[2]。

美國建立了以互聯網為基礎的綜合公共警報與預警系統（integrated public alert and warning system，IPAWS），在很多情況下都能夠以多種渠道和方式對公眾發出預警和警示[3]；日本建立了全國瞬時警報系統（nationwide instantaneous warning/alert system，J-ALERT），通過廣播電視、大喇叭廣播系統、公網小區廣播、衛星等手段傳播預警信息，具有瞬時、自動傳輸、扁平化預警等特點[4]。我國已初步形成了“一通四達”的預警信息傳播手段，采用電話、短信、傳真、郵件等構成直通各級應急責任人的專用通道；依托電信運營商的移動通信、廣播電視臺的廣播電視、“村村響”應急廣播系統以及新媒體微博、微信、抖音等，為各級黨政機關和政府部門提供直通式預警快速通道，對公眾和社會媒體的有效覆蓋率達92.7%以上[5]。

2021 年12 月發布的《“十四五”國家應急體系規劃》提出，建立突發事件預警信息發布標準體系，優化發布方式，拓展發布渠道和發布語種，提升發布覆蓋率、精準性和時效性，強化針對特定區域、特定人群、特定時間的精準發布能力[6]。與國家應急體系的要求相比，預警信息現有傳播能力不能滿足重特大突發事件應對的要求，一是快速及時發布能力不足，二是精準發布能力不足，三是缺乏全民覆蓋手段[7]，需要拓寬傳播渠道，并實現傳播渠道優選。

1 預警信息傳播需求分析

由一條預警信息的組成要素可以看出預警信息發布對信息傳播的要求。預警信息一般包括突發事件類別、預警級別、緊急程度、起始時間、可能影響范圍、警示事項、應采取的措施和發布機關等[1]。從自然災害、事故災難、公共衛生和社會安全4 類事件來看，影響預警信息傳播渠道的主要因素可以歸結為預警信息接收人、預警信息緊急程度、預警發布區域等。下面對各個因素的傳播需求進行分析。

1.1 不同信息接收者對預警信息傳播要求不同

預警信息接收對象基本可以分為應急人員和公眾兩類。

（1）應急人員需要準確豐富的信息并可回執反饋

應急人員包括基層應急人員、應急部門責任人、政府決策者，需要及時、準確、穩定可靠地獲取豐富的預警信息，并在收到信息后給予及時反饋并持續跟進。因此，應急人員需要快速、可靠的雙向通信。面向應急人員的預警信息傳播一般采用指向性方式發布資源，目前主要采用外呼平臺呼叫指定號碼、向指定手機號碼發送短信、移動互聯網微信平臺聯絡等方式。現有傳播渠道主要依賴公眾通信網，不足以支撐豐富的信息內容，當地震、洪澇、臺風等重大自然災害對通信基礎設施造成影響或破壞時，由于網絡擁塞或者故障，信息的快速可達性會受到影響。

（2）公眾需要便捷有效的信息無須回執反饋

公眾數量龐大，只需要接收必要的預警信息且無須反饋。不同的公眾接收信息的能力與其年齡、職業、知識層次等密切相關，影響了信息傳播的有效性。例如，60 歲以上老人多居于室內，使用手機基本功能，不擅長復雜操作；上班族娛樂活動較為豐富，基本能使用所有信息傳播工具，網絡和手機覆蓋率最高；農民生活方式比較單一、活動區域比較分散，不擅長復雜操作。公眾需要傳播速度快、覆蓋范圍廣，可適應不同群體需求、節省資源的傳播方式。面向公眾的預警信息傳播一般采用非指向性方式發布資源[8]，目前主要通過全網短信的方式發送。現有傳播渠道主要依賴公眾通信網，可能由于網絡擁塞或者故障，信息無法快速到達。

1.2 預警信息的緊急程度對傳播時間要求不同

（1）信息緊急程度越高要求預警傳播時間越短

預警信息的緊急程度分為以下幾種[1]。

· 應立即采取響應措施。

· 應盡快采取響應措施（在下一個小時之內）。

· 應在近期采取響應措施。

· 不再需要采取響應措施。

· 未知的緊急程度（默認取值）。

對緊急程度要求高的，對預警信息傳播時間要求高。面對自然災害，預測到災害發生時間后，需要發布短時預警，在有限時間內轉移群眾或減小災害損失；災害即將發生時，需要發布臨近預警，通知大家避難避險[9]。信息緊急程度與突發事件類型和預警級別有關，重特大地震等自然災害對預警信息快速傳播速度要求高，需要秒級傳播到指定區域的受眾，無論區域大小、受眾多少。

（2）預警信息發布的時效性還不能滿足傳播要求

手機短信預警具有覆蓋人群廣、信息傳遞便捷等優勢。但是，短信采用排隊機制，當發送范圍大、受眾數量多時，可能需要花費數小時，遠遠達不到快速傳播的需求。預警信息秒級全網傳播是當前亟須解決的難點問題。

1.3 不同地區對信息傳播范圍精準度要求不同

根據預警信息接收地區的特點，主要分為城鎮、偏遠地區和海上兩個方面。

（1）城鎮須實現指定區域精準傳播

城鎮預警信息種類和數量多，包括自然災害、事故災難、人群聚集，范圍可能精準到廣場、車站、體育場館等局部區域，預警信息傳播要求不遺漏、不擴大，盡可能只發布到受影響區域內的受眾，不對無關人群造成干擾。同時，由于城市人口密度高，需要在短時間內發給海量人群。目前，城市公眾移動通信已實現全覆蓋，移動通信網應用廣泛，但在突發緊急情況下，公眾網絡可能擁塞，影響信息發布。手機短信當前發布范圍精度大多數為省市等行政區域，不能很好地實現指定小范圍精準發布，這導致無關人群接收到干擾信息，造成了資源浪費，降低了大眾對預警信息重要性的認識。手機App 與地理信息平臺結合，可以實現指定地理范圍的精準發布，但使用人群有限。因此，城鎮需要解決短時向指定區域海量公眾精準發送預警信息的問題。此外，公共衛生事件（如傳染病疫情）雖然具有一定的地域集中性，但是人員流動引發獨特的個體關聯性，在區域精準的情況下需要重點指向傳播鏈上的特定個體公眾。

（2）偏遠地區和海上須實現信息可達

偏遠地區人員稀少、經濟條件差、活動區域比較分散，預警信息需要覆蓋的地理范圍大。截至2021 年11 月月底，我國超過99%的行政村實現光纖和4G 網絡雙覆蓋，國家后續將加大對邊疆地區、民族地區、革命老區和森林草原防火重點區域等的支持力度，持續提升光纖和4G 網絡在農村地區的覆蓋廣度和深度[10]。當前，偏遠地區智能終端沒有普及，大部分村民上網不熟練，沒有主動查看專業網站的意識和能力。海上區域人群密度低、分布范圍廣，公眾通信網基站覆蓋范圍有限，海上廣大區域通信手段較匱乏。因此，針對偏遠地區和海上，需要拓展預警信息傳播渠道，利用從地面到空中的各種通信手段，保證在各種條件下至少有一種手段把預警信息傳播到受影響的人群。

1.4 各類渠道需有效整合實現優選

針對一次預警信息發布，面向不同人群、不同區域、不同災害有多種渠道可以選擇，采用何種渠道和策略進行傳播與多種因素有關。一方面，預警信息傳播的及時性、廣泛性要求傳播渠道更健全、更豐富，從而可覆蓋更廣泛的人群、實現更高效的傳播，贏得更多應對準備時間；另一方面，預警信息傳播需要充分考慮其針對性和實際效用，過多的預警信息通過多種手段頻發會導致通信資源擁塞和浪費，也容易引起信息接收者反感，從而降低預警信息應有的警示和防范作用。因此，需要明確預警信息傳播渠道選擇策略，根據預警信息傳播場景優選預警信息傳播渠道，增強傳播的科學性，減少不必要的干擾和資源浪費。

2 預警信息通信網傳播渠道拓展

當前，預警信息傳播渠道尚不能滿足預警傳播要求，同時，信息通信技術的進步為預警信息傳播提供了更廣泛的選擇。為了實現不同人群在任何情況下能可靠、有效地接收信息，需要從公眾移動通信網、專用無線通信網等方面擴寬信息傳播渠道。

2.1 公眾移動通信網

在點對點短信、移動互聯網信息的基礎上，進一步優化點對點短信、拓展小區廣播短信、優化移動互聯網傳播、拓展5G 消息用于預警信息傳播。

（1）優化點對點短信實現信息精準傳播

點對點短信通過移動通信網業務信道采用排隊方式向指定號碼發送預警信息，收到信息的終端可反饋回執。為實現面向指定區域的精準發布[11]，可結合通信大數據平臺提取預警區域范圍的所有用戶號碼，實現預警信息的精準靶向發布。點對點短信利用現有網絡設施實現，對終端沒有特殊要求，但需要根據情況升級擴容短信中心和大數據分析平臺，綜合成本較高。

（2）拓展小區廣播短信實現信息快速精準傳播

小區廣播短信利用移動網廣播信道，在設定時間段內通過廣播方式向特定區域內所有用戶（包括漫游用戶）持續發送實時純文本信息，具備秒級送達、千米級精準、特殊聲音警示、不受網絡擁塞影響等特點。使用基于5G 網絡的小區廣播技術進行預警信息傳播，將帶來更低的傳播時延和更高的地理范圍精準性[12]。但小區廣播可能帶來的垃圾短信問題是多年來的難題，需要加強小區廣播安全機制研究試驗工作，以應對網絡架構升級后的偽基站安全問題[13]。小區廣播需要小區廣播平臺、移動通信網絡、手機終端支持，但占用網絡資源極小，綜合成本低。

（3）優化移動互聯網實現信息精準傳播

微博、微信、抖音等已成為預警信息傳播在新媒體領域的重要平臺，傳播效果顯著[14]。這些方式需要使用智能手機，多數需要安裝軟件主動關注或點擊獲取信息，信息內容豐富，在用戶授權提供位置信息的情況下，可以實現指定區域發送。但接收信息的及時性受用戶不隨時在線的影響，信息傳播的可控性也相對較差，需要基于用戶群體特點和使用習慣優化發布策略和機制。移動互聯網利用現有網絡資源發布預警信息，綜合成本低。

（4）拓展5G 消息實現豐富信息傳播

5G 消息融合了語音、視頻、圖片、文字等多種媒體展現形式[15]，增加了可讀性，具有更智能的交互能力。5G 消息是手機出廠自帶應用，只要插入正常使用的手機卡即可接收，對2G/3G/4G 網絡可以互通和向下兼容[16]。政府部門可以使用5G消息與個人用戶實現消息交互，在用戶授權提供位置的情況下，結合導航定位系統實現指定區域多媒體形式的預警信息傳播。5G 消息需要消息平臺、移動通信網絡、智能手機終端支持，綜合成本較高。

2.2 專用無線通信網

為解決偏遠地區和海上的預警信息覆蓋，以及在公眾通信網失效時為應急人員提供預警信息服務，需要使用專用無線通信網，包括衛星通信網、集群通信網和短波通信網。

（1）拓展衛星通信消息實現偏遠地區傳播

衛星通信覆蓋范圍廣，不受地理環境和時間限制，能夠提高網絡不發達地區的預警覆蓋率，與大喇叭廣播配合有效解決偏遠地區預警信息傳播的“最后一公里”問題。衛星通信安全、可靠性高，能夠在災害造成地面通信中斷的情況下，向特定人群和公眾發送預警信息。我國北斗衛星導航系統具有定位、導航、授時、短報文等功能，北斗短報文支持短信息通播、點對點單播和群組多播方式，通過嵌入式定位導航功能，利用短信息通播功能，可以將信息發送至特定區域[17]。通過北斗衛星導航系統，用戶使用北斗終端可以在海上和偏遠地區接收指揮機發送的預警短信息，但基于北斗短報文的預警信息傳播綜合成本較高。我國天通一號衛星移動通信系統覆蓋中國及周邊、中東、非洲等相關地區，以及太平洋、印度洋大部分海域[18]，可以采用排隊方式點對點向指定電話號碼發送預警信息，也可以采用廣播方式向一個波束區域范圍（600 km）發送預警信息。用戶使用天通衛星電話終端接入天通一號衛星移動通信系統，在海上和偏遠地區接收預警信息，但是用戶需要支付信息服務費，綜合成本較高。

（2）拓展集群通信消息實現應急人員可靠傳播

集群通信網提供指揮調度、語音單呼、語音組呼、短信息、數據等業務，能夠針對不同邏輯用戶組、不同區域，以多播方式發送短信、語音、視頻等信息。集群通信以半雙工方式通信為主，信道利用率高、呼叫接續快；組內用戶共享下行信道，資源利用率高；可以通過語音加密保證通話的私密性和安全性；為高優先級用戶或業務優先分配信道；緊急狀態下可以通過故障弱化功能保證通信暢通。政府部門用戶使用專用集群終端接入集群通信網，可以使用預警信息服務，基于集群通信的預警信息傳播綜合成本較高。

（3）優化短波通信消息實現海上和偏遠地區傳播

短波通信利用頻率為3～30 MHz 的電磁波進行無線電通信，不受網絡樞紐和有源中繼制約，我國工業和信息化部建設了全國應急短波通信網，此外，氣象部門在局部地區建設了海洋氣象廣播電臺，用于山區、戈壁、森林、海洋等偏遠地區的通信。短波通信設備較簡單、機動靈活性大，可為偏遠山區和海上船舶以及島礁居民等提供預警信息。用戶需要配置短波電臺，無須支付服務費，但接收機成本偏高[19]，需要進一步優化，基于短波通信的預警信息傳播成本較高。

2.3 傳播渠道對比分析

不同傳播渠道具有不同的傳播時效性、區域精準性、覆蓋廣泛性、內容豐富性、傳播經濟成本，預警信息傳播渠道關鍵指標對比見表1。

由表1 可知，公眾移動通信面可實現區域精準發布，廣播方式支持快速發布，經濟性好，適合作為城鎮的普遍手段；衛星通信覆蓋范圍廣、成本高，適合偏遠無手機信號地區的公眾，也可作為應急人員的備用手段；集群通信需要專門建設，成本較高，可以在城鎮作為應急人員的備用手段；短波通信需要專門建設，成本較高，可以在林區和海上作為公眾預警手段，也可以作為應急人員的備用手段。

表1 預警信息傳播渠道關鍵指標對比

3 預警信息傳播渠道匹配方案

3.1 預警信息傳播渠道匹配總體方案

預警信息傳播渠道匹配方案如圖1 所示，預警信息傳播進程中，應在接收到預警信息后，首先區分信息接收人員是應急人員還是公眾，并據此采取不同的方案。其次，綜合考慮信息發布的地理范圍、緊急性要求、事件類型等，結合不同傳播渠道的特點和適應性，選用合理的傳播渠道匹配方案。對于非緊急不重要信息，在實現信息可達的同時，要兼顧預警信息傳播成本，實現傳播渠道優選。

圖1 預警信息傳播渠道匹配方案

3.2 應急人員預警信息傳播渠道匹配方案

面向應急人員的預警信息傳播，應精準到人、傳播快速、信息豐富、通信暢通，適宜采用雙向通信，如電話、點對點短信、微信、5G 消息等交互性的方式。高等級緊急預警信息采用電話通知，其他情況可采用信息交互，確保及時收到信息并給出反饋。同時應有可靠的備份手段，確保信息及時傳達給應急人員，開展應對部署工作。

（1）城鎮和農村

使用多種渠道，以公眾通信網為主，優先選擇電話/語音外呼、網絡方式，選擇豐富的信息呈現方式，在公眾通信網之外，補充使用專用通信網渠道，確保在公網擁塞、受損的情況下，應急人員仍然可以及時準確收到預警信息，面向應急人員的傳播渠道匹配方案（城鎮和農村）見表2。

表2 面向應急人員的傳播渠道匹配方案（城鎮和農村）

（2）偏遠地區和海上

偏遠地區和海上等沒有公網覆蓋的地方，主要使用衛星通信、短波通信等傳播手段到達指定應急責任人，面向應急人員的傳播渠道匹配方案（偏遠地區和海上）見表3。

表3 面向應急人員的傳播渠道匹配方案（偏遠地區和海上）

3.3 公眾預警信息傳播渠道匹配方案

面向公眾的預警信息傳播，需要根據情況覆蓋位于不同地理環境的海量用戶，應依托常規渠道，以單向信息傳播為主、雙向通信為輔，實現信息正確、及時送達的同時，兼顧經濟成本。適宜采取如下策略。

（1）針對預警信息秒級全網發布要求，適宜采用廣播通信機制，實現預警信息一次發送全網接收，避免點對點發送需要排隊導致的預警信息發送擁塞、耗時過長。需要利用基于公眾移動通信、天通衛星、北斗等通信系統的廣播傳輸機制，實現信息快速傳播。

（2）針對預警信息指定區域精準發布的要求，適宜將空間進行網格化分區，通過電子圍欄進行精準區域定位，其中移動通信系統以基站扇區為最小區域，天通衛星移動通信系統以點波束為最小區域，移動互聯網以北斗和GPS 等導航定位系統的定位精度和地圖精度為最小區域，實現對指定區域相關用戶的預警信息精準傳播。

（3）針對預警信息面向偏遠地區發布的要求，通過融合天通衛星、北斗衛星、短波通信等多種渠道，保障復雜通信環境下偏遠地區預警信息的可達性。

（4）高等級預警信息應利用所有支持的手段進行發布，保障每類人群均至少可通過一種渠道接收信息，以期獲取最大傳播效能。低等級預警信息宜考慮傳播成本，合理安排發布手段，優先選擇前2～3 項手段傳播預警信息。城市區域主要使用公眾移動通信網，農村區域補充使用衛星通信等手段。

下面從城鎮區域、農村區域、偏遠地區和海上3 個場景提出匹配模式。

（1）城鎮區域

城鎮區域事件種類多、通信手段豐富，應根據事件的緊急程度采用不同匹配渠道。

對于地震等需要立即采取措施的事件，需要秒級全網發送信息，應使用各種可用渠道，優先采用移動通信小區廣播方式，通過彈窗和特殊聲音警示，確保公眾最短時間看到信息。對于需要盡快采取措施的事件，采用移動通信小區廣播、移動互聯網App、點對點短信等方式；其中傳染病疫情等公共衛生事件具有特殊性，需要在區域范圍內找到特定高風險人群，因此需要結合通信大數據對傳播鏈條上的人員手機號碼進行提取，將預警信息發送給指定人員。對于需要近期采取措施的事件，可以通過移動通信點對點短信、移動互聯網App 和5G 消息，進一步獲取更豐富的信息。如果災害事件造成公眾通信網故障，應主要通過廣播電視等非通信手段進行預警信息廣泛發布，面向公眾的傳播渠道匹配方案（城鎮區域）見表4。

表4 面向公眾的傳播渠道匹配方案（城鎮區域）

（2）農村區域

鑒于農村的人群特點和經濟成本，且對地理范圍精準性要求不高，適宜優先使用簡單的公網手段。考慮到農村地區公網抗毀能力可能較差，可通過衛星、短波等傳播手段轉接至大喇叭廣播，實現預警信息傳播，面向公眾的傳播渠道匹配方案（農村地區）見表5。

表5 面向公眾的傳播渠道匹配方案（農村地區）

（3）偏遠地區和海上

偏遠地區和海上等還沒有公網覆蓋的地方，主要使用衛星、短波等傳播手段，再轉接至大喇叭廣播，實現對公眾的預警信息傳播，面向公眾的傳播渠道匹配方案（偏遠地區和海上）見表6。

表6 面向公眾的傳播渠道匹配方案（偏遠地區和海上）

3.4 預警信息傳播渠道匹配應用方案

基于前述的渠道匹配方案設計預警信息傳播管理平臺，向上與預警信息發布平臺對接獲取預警信息，向下與各類傳播渠道銜接將預警信息通過優選的傳播渠道發送出去，可以實現傳播渠道的靈活擴展、優選。

預警信息傳播管理平臺主要實現兩個功能。一是傳播渠道選擇功能，接收到發布平臺傳來的預警信息后，對預警信息進行分析，根據事件類型、預警級別、緊急程度、受眾人群、發布范圍、發布時間要求等因素，基于傳播渠道匹配方案，完成傳播渠道優選。當同時需要發布多條信息時，高預警等級的信息率先傳播，低預警等級的信息延后。如果預警級別相同，提取緊急性等數據，時間要求緊迫的優先傳播。二是傳播渠道適配功能，完成與各類傳播渠道的接口適配和協議轉換，實現與移動通信網短信中心、小區廣播中心、5G消息平臺對接，與微信、微博平臺對接，與天通衛星系統、北斗指揮機對接，與集群網調度臺和短波網中心對接，并將通用警報協議轉換為所選渠道的信息協議。

預警信息傳播管理平臺統一管理傳播渠道、集約高效利用通信網絡資源，同時避免預警信息發布平臺與各類渠道逐一對接帶來的繁雜和重復的工作，便于在國家預警信息發布平臺和地方各級預警信息發布平臺中實施。

4 結束語

本文系統梳理了預警信息對傳播的需求，在現有傳播渠道的基礎上，研究拓展了小區廣播、天通系統、集群通信等傳播渠道，系統地對比分析了各類通信網傳播渠道特點，提出了預警信息傳播渠道匹配方案。在方案的后續實現中，通過與預警信息發布系統銜接，選用最有效、最經濟的傳播方式向災害管理部門和處于風險之中的公眾提供災害預警信息，最大限度地保護人民生命安全和減少財產損失。