縣級應急廣播系統智能檢測平臺設計

司凱威，高晨光

（1. 國家廣播電視總局二九三臺，河南鄭州 451162；2. 國家廣播電視總局監管中心，北京 100032）

1 引言

縣級應急廣播系統憑借覆蓋面廣、消息及時、操作簡便、內容豐富等優點，在應對暴雨、地震、泥石流等自然災害和新冠肺炎疫情等社會突發事件中，發揮了發布信息、引導輿論、社會動員、協助救援等重要作用，已經成為國家應急體系和防災減災體系的重要組成部分［1］。截至2021 年底，已建成市級平臺75 個，縣級平臺1 107 個，部署終端約214 萬個，覆蓋行政村約24 萬余個［2］。與此同時，河南、安徽等省持續加大所轄縣市應急廣播系統的建設。為規范應急廣播體系的建設、運營和維護等工作，國家廣播電視總局制定和下發了《全國應急廣播體系建設總體規劃》《應急廣播系統總體技術規范》等文件，進一步明確應急廣播消息制作播發、調度控制、傳輸覆蓋、終端呈現等技術標準。

受安裝環境、網絡狀況、維護經費和設備性能等影響，部分縣級應急廣播系統出現了與上級平臺通訊消息格式不完整、平臺功能不完備、傳輸覆蓋網狀況差、終端在線率低、網絡安全隱患大、人員維護經驗不足等問題，嚴重制約了應急廣播在突發事件處置中的效能。為實現縣級應急廣播系統功能完備、運行穩定、安全可靠、可管可控等設計目標，彭曉鵬［3］提出加強應急廣播平臺建設以及加強傳輸覆蓋方式和接收終端等建設，促進應急廣播行業發展。車輝［4］提出建設大數據平臺，解決跨平臺、跨系統、跨標準的應急廣播消息傳輸的技術難題。李瑞麗等［5］提出從國家支持、頂層設計、協調溝通、培訓指導、機制保障等方面著手，完善縣級應急廣播系統的綜合治理。在縣級應急廣播系統智能化檢測方面缺少相應的探索。目前，人工+表格的檢測方法，存在操作步驟繁瑣、勞動強度大、工作任務重、數據管理成本高等問題，已經難以滿足高速發展的應急廣播系統的需要。

基于河南省縣級應急廣播系統檢測的工作經驗，提出利用數據通信、數據包解析、功能驗證、終端測試等技術，搭建適用于聯動接口檢測、平臺功能檢測、終端性能測試、設備故障排查與安全播出檢查等場景的一體化終端測試系統，縮短檢測周期，提升工作效率，為完善應急廣播系統建設、驗收、運營和維護建設提供技術支撐能力。

2 縣級應急廣播系統特點

2.1 終端類型多，更新速度快

為擴大覆蓋區域和人群，在廣電總局的大力推動下，縣級應急廣播系統傳輸覆蓋網和終端設備的種類和數量正在不斷增加。傳輸覆蓋網設備包括大喇叭適配器、調頻適配器、地面數字適配器、有線數字適配器等。接收終端包括收音機、機頂盒、電視機等個人終端和音柱、收擴機、大喇叭、大屏等公共終端［1］。伴隨著媒體融合進程的加快，IPTV（Internet Protocol TeleVision）、互聯網電視以及衛星電視等終端也將成為重要的接收終端。與此同時，伴隨著芯片和設備制造工藝的提升，四川德芯、湖南康通等應急廣播設備生產廠家的產品迭代周期縮短至6個月左右。

2.2 平臺功能種類多，信息傳輸鏈條長

縣級應急廣播平臺具有信息接入、信息制作、信息處理、審核播發等制作播發功能，并具有資源管理、資源調度、生成發布、大喇叭管控等調度控制功能，還具有效果評估、運維管理、安全服務等基礎服務功能和與上級平臺、下級終端信息分發等傳輸功能［5］。應急廣播消息在縣級廣播系統中需經過接收、解析、驗證、傳輸、播放、效果評估等環節，傳輸鏈條較長。

2.3 網絡類型多樣，網絡安全要求高

受當地網絡基礎設施建設情況影響，縣級應急廣播系統使用的網絡包括公共互聯網、政務外網、城域網以及局域網等。為確保系統網絡安全，防止應急廣播消息被篡改，應急廣播系統除了配置有路由器、防火墻、入侵檢測、堡壘機等網絡安全設備外，應急廣播消息文件還必須通過加密機進行簽名和驗證。伴隨著網絡安全要求越來越高，應急廣播系統應二級等保測評，方可接入網絡平臺。

2.4 部分地區終端在線率低，影響收聽效果

部分地區存在安裝環境較差、維護操作不當等情況，導致終端維修率高和在線率低等問題，應急廣播系統無法在該地區正常發揮作用，不僅會影響到平時廣播消息的送達，還會在突發事件處置過程中出現覆蓋不全、效果無法評估等情況。

綜上所述，縣級應急廣播在發揮日常和應急廣播消息的同時，也呈現出設備類型多、系統功能多、網絡類型多、在線率低等特點。因此，有必要利用網絡通信、數據庫、編程等技術，設計通用型應急廣播的檢測平臺和靈活的應用軟件。

3 硬件設計

為滿足縣級應急廣播系統功能檢測和和性能測試等需求，利用工控機、加密機、磁盤陣列、數據庫服務器等設備搭建智能化的檢測平臺［6］。為提升系統的通用性和擴展性，系統包括了檢測平臺、通信網絡、縣級平臺、傳輸覆蓋網及終端共4個部分，如圖1所示。

圖1 系統結構示意圖

3.1 檢測平臺

檢測平臺主要包括工控機、加密機、磁盤陣列、HDMI（High Definition Multimedia Interface）錄像機等設備。工控機安裝有MYSQL數據庫、WIRESHARK網絡監控軟件、DJANGO網站框架等軟件，用于提供參數配置、數據處理、結果顯示等服務。

使用簽名驗證服務器對發送的消息進行簽名并對接收到的消息進行驗證［7］，保障應急廣播消息在傳輸過程中不被盜取、篡改和偽造。

使用春源麗影的帶有HDMI接口的硬盤錄像機與工控機通過USB（Universal Serial Bus）接口進行連接，用于記錄系統檢測的過程。該設備具有時間標簽的標注功能，能夠對錄像文件自動附加時間戳。

使用華為的OceanStor 系列的磁盤陣列存儲通信數據包和錄音錄像文件。磁盤陣列通過網絡接口與工控機進行連接，每天對存儲的數據進行全量的備份，保存備份文件到磁盤陣列之中。

3.2 通信網絡

網絡通信設備主要包括路由器、交換機、殺毒中心、防火墻、入侵檢測、網絡行為管理等設備，可以從邊界安全、應用安全、數據安全等多個方面確保數據安全。既能夠兼容公共互聯網、電子政務網、局域網等多種網絡類型，又能夠提供在線和離線的系統測試功能，還能夠支持遠程調試和本地調試等多種功能。

3.3 縣級應急廣播平臺

縣級應急廣播平臺一般包含數據發布服務器、數據庫服務器、加密機等設備。數據發布服務器提供人機交互接口，用戶通過瀏覽器訪問相關的數據進行參數的配置。數據庫服務器主要用于存儲相關的數據。加密機主要對消息進行驗證和簽名。

3.4 傳輸覆蓋網及終端

傳輸覆蓋網及終端包括有線數字電視、地面數字電視、調頻、中波、移動多媒體、應急廣播大喇叭、新媒體、直播衛星、機動應急廣播等多種適配器和終端［8］。按照縣級應急廣播的建設規范，將相關的適配器和終端連接至應急廣播平臺，檢測平臺通過縣級平臺對傳輸覆蓋網設備進行控制。

4 系統設計

為滿足聯動接口測試、平臺功能驗證、終端性能檢測、故障定位和安全播出檢查等需求，前端使用HTML5+EasyUI+jQuery 開發框架，后臺使用Django+MySQL 開發框架，設計具有數據發送、接收、解析、存儲等功能的系統軟件，如圖2所示。

圖2 軟件示意圖

4.1 數據源層

數據源層主要是向檢測平臺提供與縣級應急廣播系統的數據接口。一是按照平臺聯動接口的規范，將縣級應急廣播平臺心跳、主動上報、被動上報、增量上報等方法封裝成函數；二是將傳輸覆蓋網和終端的發送、接收、效果評估等方法封裝成函數，為避開復雜的通信接口，一般是調用縣級平臺對其下發指令；三是將縣級平臺的設備和網絡狀態數據的調用封裝成函數；四是將加密機的調用接口進行封裝，開啟驗證和鑒權工作機制，防止設備被不法利用。

4.2 數據存儲層

數據存儲層主要是保存任務參數、通信數據、檢測結果、錄像等相關的數據，完成以下工作：（1）使用Python 提供的文件管理模塊將通信數據、XML 等非結構化的數據保存在磁盤陣列；（2）利用PyMysql等數據庫支持包將任務信息、關鍵指標、處理結果、報告等結構化的數據保存到MySQL 數據之中；（3）使用文件路徑信息將數據表和磁盤陣列進行關聯，方便后期的文件管理；（4）為了對檢測信息進行綜合處理，使用專門的數據表和路徑存儲檢測報告，以便對縣級應急廣播平臺的運行狀態進行長期跟蹤。

4.3 數據處理層

數據處理層主要是將通信數據進行解析、驗證，生成檢測結論。一是使用TAR 包的解析工具包對應急廣播消息進行處理，提取文本、音視頻和簽名文件；二是對XML文件的解析，按照總局下發的接口規范對信息格式、內容等進行驗證和提取，進而形成檢測結論；三是對簽名文件進行驗證，確保是指定縣級應急廣播平臺發送的數據信息；四是對音視頻文件的完整性進行驗證，確保下發資源文件的完整性；五是生成報告的功能，能夠自動生成各種報告。

4.4 業務應用層

業務應用層主要是提供檢測參數輸入、結果顯示等服務，生成平臺檢測、終端測試、網絡檢測、網絡安全測試等功能的報告，如圖3所示。

圖3 縣級應急廣播檢測結果截圖

業務應用層的主要功能由以下模塊實現：

（1）聯動接口檢測模塊通過圖表的形式顯示被測平臺的心跳發送、主動上報、被動上報、臺站信息上報等數據，并且提供地區、資源編碼、類型等參數的輸入接口。

（2）平臺功能檢測模塊驗證縣級應急廣播平臺的應急信息接入、應急消息處理、應急信息推送、調度方案生成、調控數據生成與傳輸、應急信息發布、多級聯動、業務監聽、發布效果展示、播發效果評估、播發記錄管理、終端資源管理、資源狀態監控、安全管理、大屏互動展示等功能。

（3）終端性能檢測模塊提供終端圖片、參數、生產廠家等基本信息，提供終端性能檢測參數的比較功能。

（4）自定義開發功能檢測模塊提供輔助的決策功能的能力，提供自定義接口的管理能力，以便于支持更多的終端的類型。

（5）系統運行狀態的監控模塊能夠對系統整體運行狀態等進行監控，通過圖表的形式展示系統的運行狀態。

4.5 系統管理層

系統管理層主要是系統內部計算、網絡、存儲等資源的狀態，避免因軟硬件的運行故障導致檢測數據的全部或部分丟失，確保檢測過程的完整性和有效性。

在河南省和山東省縣級應急廣播建設項目驗收中，利用該平臺完成《縣級應急廣播系統技術規范》《應急廣播系統總體技術規范》等文件規定的103項檢測項目所需時長由36小時縮短至8小時，減少通信接口調試、應急終端信息統計、監測報告整理的工作量，使得系統檢測工作更加高效。以河南省洛陽市某縣應急廣播系統為例，檢測結果如表1所示。

表1 河南省洛陽市某縣應急廣播系統檢測結果

5 檢測流程

為提升對縣級應急廣播平臺、傳輸覆蓋網、終端等的檢測效率，縮短系統配置、功能檢測、性能測試和數據整理的周期，有必要制定一套貼近縣級應急廣播平臺檢測工作實際的工作流程，如圖4所示。

圖4 縣級應急廣播檢測流程圖

檢測步驟如下：

（1）輸入檢測基本信息。按照檢測對象所在地區，選擇資源編碼，輸入檢測機構和人員信息，選擇檢測時間信息。

（2）建立系統間信任關系。將兩個加密機的信息分別加入對方的可信列表之中，建立互信關系，確保應急廣播消息驗證和簽名。

（3）聯動接口測試。對縣級應急廣播的心跳、主動上報、被動上報等相關信息進行檢測。

（4）功能檢測。按照檢測工作方案對平臺功能進行全面的檢測，包括對預案、方案管理等功能進行檢測。

（5）傳輸覆蓋網功能檢測主要是對適配器和終端功能進行測試。在檢測的過程中，盡可能的使用靜音或者選擇在合適的時間段進行檢測，以減少對覆蓋區受眾的影響。

（6）數據綜合處理，在數據綜合處理過程中，可以直接顯示檢測通過項目。

（7）報告生成。系統操作人員通過系統對檢測數據進行審核。審核無誤后接口簽名導出相關報告。

6 關鍵技術

6.1 TAR 包解析技術

使用Python壓縮文件管理模塊tarfile對tar格式的文件壓縮和解壓。對于接收到的應急廣播消息，解析得到消息文件、簽名文件、音視頻文件等。對于即將發送的應急廣播消息進行封裝，并按照指定格式生成tar格式的文件，供傳輸模塊發送。

6.2 XML 文件解析技術

使用Python 壓縮文件管理模塊Lxml 對XML（eXtensible Markup Language）格式的文件進行解析，提取關鍵信息，驗證是否符合相關的規定。Lxml的底層是C語言實現的，在實際的運行過程中具有速度快、使用簡便、效率高等優點。

6.3 數據庫管理技術

使用Django 的ORM（Object Relationnal Mapping）數據庫管理模塊對相關數據庫進行操作，能夠實現查詢、新增、修改、刪除等操作。充分利用與發布程序高度耦合的特點，能夠提供高效的數據發布和導出功能。

6.4 報告生成技術

利用Python操作word的模塊pypiwin32，將數據填寫到相關的報告之中，自動生成各項報告，提升工作效率。該種操作方式具有靈活、適應性強、便于調整數據格式等特點，能夠實現自動生成報告的功能，降低人工勞動的成本。

7 結語

為保障縣級應急廣播系統在突發事件中發揮發布信息、引導輿論、協助救援、穩定人心等積極作用，利用網絡通信、數據解析、數據存儲、數據展示等技術，設計具有聯動接口、平臺功能、傳輸覆蓋網設備和終端性能檢測等功能的軟硬件平臺，滿足運行狀態監測、播發狀態監測、傳輸覆蓋資源管理、播發內容監測、播發效果評估和應急演練等需求，降低系統檢測的勞動強度，提升系統檢測的工作效率。下一步在完善縣級應急廣播平臺功能的基礎上，定期對各個平臺進行輪檢，形成完備的應急廣播檢測體系。