基于基站定位的無固定對象短信預警系統設計與實現

關鍵詞：短信預警；基站定位；手機信令；動態預警

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2024）26-0043-04開放科學（資源服務）標識碼（OSID） ：

0 引言

氣象災害監測預警和信息發布是防災減災的關鍵環節，對減輕災害損失至關重要[1]。如何有效應對突發事件，最大限度地減少損失，是日常防范面臨的關鍵問題[2]。應急信息預警是防災減災的關鍵環節，能夠幫助人們及時了解信息并有效避險。

現有研究多采用維護固定對象數據庫的方式進行預警信息發布，難以動態覆蓋流動人群[3-7]。如何精準捕獲流動人群，進行有針對性的預警信息發布，對提高防災救災能力至關重要。手機具有普及率高、便攜性強等優勢，能夠將預警信息第一時間傳遞給用戶[8]。本文借鑒小區短信發送[9]、電子圍欄[10]和實時流技術[11]，提出一種基于基站定位的無固定對象短信預警系統。該系統能夠捕獲預警區域內動態變化的手機用戶，實現精準的預警信息發布，并對發布結果進行統計分析，為災害預警和應急響應提供數據支持。

1 系統架構設計

基于基站定位的無固定對象短信預警系統采用預警信息采集子系統、預警信息處理子系統、預警信息分發子系統三層系統結構[12]，在預警信息采集子系統中擴展增加通過API接口接入方式，在預警信息處理子系統中增加動態信令號碼篩選過程，在預警信息分發子系統中增加統計分析功能，以使系統更具擴展性、動態預警對象篩選更精準、系統功能更完善。

1.1 預警信息采集子系統

預警信息采集子系統提供預警發布信息的采集功能，包括預警信息錄入子系統和預警信息接口子系統。

1.1.1 預警信息錄入子系統

預警信息錄入子系統向預警任務發布者提供人機交互界面，滿足發布者制作個性化預警信息的需求，支持自然災害、公共衛生事件、社會安全事件等類型的預警信息。預警信息錄入子系統功能包括錄入預警任務名稱、選擇預警任務起始時間、選擇預警信息模板、提供手繪地圖界面圈定預警區域等。

1.1.2 預警信息采集接口子系統

預警信息采集接口子系統通過提供標準接口滿足外部應用系統的預警信息制作需求。預警信息采集接口子系統一方面面向氣象、山洪等自然災害預測系統和交通、防疫等社會治理應用系統提供系統級別的預警采集接口，另一方面將接收到的預警信息傳遞給預警信息處理子系統進行處理。該子系統提供的接口功能包括：接入接口功能、信息解析入庫功能、預警任務生命周期管理功能等。

1.2 預警信息處理子系統

預警信息處理子系統接收來自預警信息采集子系統的預警任務信息，首先結合預警信息模板和預警參數匹配組合成完整的預警信息，其次預警信息質控子系統中配置的預警信息質量控制規則，對預警信息進行合理性檢查和敏感詞過濾，對于不滿足要求的預警信息進行告警退回，對于合理的預警信息進行預警任務的創建，然后結合預警區域地理經緯度范圍和運營商基站定位坐標信息，對接運營商信令處理系統構建基站小區電子圍欄，訂閱電子圍欄手機信令處理系統，根據電子圍欄觸發規則，如駐留、進入等行為，接收信令處理系統推送的動態變化的信令數據，最后結合運營商大數據用戶標簽系統，精準選擇特定標簽特征的手機用戶作為預警發布對象，傳遞至預警信息分發子系統進行下一步處理。

預警信息處理子系統包括預警信息發布模板子系統、預警信息質控子系統和精準發布支持子系統。預警信息發布模板子系統提供預警信息模板制作、模板分類管理、模板內容編輯、模板與內容關聯匹配等功能。預警信息質控子系統提供敏感詞庫管理、敏感詞過濾、反季節檢查、合理性檢查等功能。精準發布支持子系統提供地理空間分析、區域基站坐標匹配、用戶標簽分類、目標人群篩選等功能。

1.3 預警信息分發子系統

經過預警信息采集子系統和預警信息處理子系統處理后，預警任務具有完整的預警信息和篩選出的預警對象，預警信息分發子系統對接運營商短信發送網關，將預警信息發送至預警對象，實現短信的推送發布，然后接收運營商短信推送發布結果信息數據，在發布結果統計分析子系統中進行分析統計，最終以圖表形式展現預警信息發布成果，為預警任務發布者提供可視化的預警任務執行情況。

預警信息分發子系統由預警信息發布子系統和發布結果統計分析子系統組成。預警短信發布子系統提供短信平臺對接管理、三大運營商接口對接、發布任務管理等功能。發布結果統計分析子系統提供預警短信發送結果接收、短信發送結果數據分析、發布日志數據收集、圖表形式展現數據統計等功能。

2 業務架構設計

基于基站定位的無固定對象短信預警系統業務架構從下往上依次劃分為資源層、數據層、組件層、系統層和應用層，從資源、數據、組件和系統模塊進行整合以支撐應用層系統功能的實現。整體架構的分層設計，支持在各個層級進行動態擴展，以滿足系統業務的發展，架構的擴展性和適應性能夠提升系統應用的及時性、靈活性和準確性。

2.1 應用層

應用層面向發布者提供預警任務發布功能，包括預警短消息發送平臺采集前端、突發事件預警信息發布系統和其他應急系統等。

2.2 系統層

系統層包括綜合預警信息采集子系統、預警信息處理子系統、預警信息分發子系統，其中預警信息采集子系統劃分為信息錄入子系統、信息采集接口子系統，預警信息處理子系統劃分為預警信息發布模板子系統、預警信息質控子系統和精準發布支持子系統，預警信息分發子系統劃分為預警信息發布子系統和發布結果統計分析子系統。

2.3 組件層

組件層提供統一認證組件、行政區劃組織機構組件、消息隊列組件、文件存取組件、鏈路追蹤組件和可視化分析展示組件等，組件層為系統提供封裝的可復用的能力模塊，可快速集成為系統提供用戶統一認證能力、行政區劃組織機構獲取能力、消息隊列發布訂閱能力、文件快速存取能力、跨系統調用跟蹤能力和可視化設計展示能力。

2.4 數據層

數據層為系統提供結構化數據存儲能力、非結構化和緩存數據存儲能力以及文件數據存儲能力，采用MySQL數據庫集群、Redis緩存數據庫集群以及分布式文件服務。

2.5 資源層

資源層提供系統運行所需的計算、存儲、網絡資源，支持從云虛擬化資源池獲取，滿足實現項目上云的靈活性。

3 業務流程設計

基于基站定位的無固定對象短信預警系統業務流程以預警信息采集層預警任務的發起為起點，經過預警信息處理層對預警信息模板處理、預警信息質控管控和精準發布過濾篩選后，進入預警信息發布層，通過預警信息發送和反饋結果統計到最后預警任務結束的完整業務流程。

3.1 預警任務接收

預警信息采集子系統通過預警信息錄入子系統錄入界面進行手工錄入和調用提供給第三方系統的預警信息采集接口子系統的API接口兩種方式接收預警任務，觸發預警任務的開始。

3.2 預警信息質控

在接收到預警信息采集子系統的預警任務后，預警信息質控子系統對預警信息模板和預警信息參數匹配組合成的完整預警短信進行質控處理，如敏感詞過濾、反季節檢查、合理性檢查等，以保證預警短信的合理合規。

3.3 預警對象動態捕捉

接收預警任務后，預警信息處理子系統結合預警任務經緯度地理區域范圍與運營商基站坐標定位，篩選出位于預警區域范圍內的基站，以篩選出的基站劃定為電子圍欄，依據手機信令與電子圍欄中基站之間的動態連接交互動作，結合進入、駐留、離開等觸發規則，篩選 出電子圍欄內的信令手機號碼用戶作為動態預警初選對象，并將動態預警初選對象推送給下一業務系統進行預警對象的精準靶向篩選。

3.4 預警對象篩選

動態預警初選對象捕捉后，結合運營商大數據用戶人群標簽體系及預警發布場景需求，選擇特定標簽的用戶群體作為預警發布對象，如依據用戶年齡、性別、職業等特征標簽信息，選擇特定年齡段、固定性別和特定職業的用戶作為預警發布對象，以實現對預警對象的精準靶向篩選。

3.5 預警任務發布

在預警信息分發子系統中，基于動態預警初選對象捕捉和精準靶向篩選后確定的預警發布對象與經過質控處理后的完整預警信息，對接運營商短信網關，將預警信息發送至預警發布對象手機，實現預警短信的推送發布。

3.6 預警結果統計分析

預警信息分發子系統正式開啟分發后，發布結果統計分析子系統接收運營商短信發送結果反饋信息，包括發送成功或失敗的狀態與預警發布對象年齡、性別、職業特征等數據，對預警發送結果進行綜合統計分析，一方面通過圖表的形式展現預警信息發布成果，便于發布者了解預警信息發送量、預警發布對象特征分布等信息；另一方面通過系統接口將預警信息發送數據信息反饋給預警發布者，為其后續的預警應對措施決策提供數據支撐。

4 系統實現與關鍵技術

4.1 系統實現技術

基于基站定位的無固定對象短信預警系統后端采用Java開發語言、Springboot后臺開發框架，頁面前端系統采用Vue開發框架，數據庫使用MySQL關系型數據庫、Redis緩存數據庫，基站信令數據處理模塊使用Storm實時數據處理框架和HBase數據存儲，信令號碼業務推送使用Kafka消息隊列，業務號碼發送推送使用RabbitMQ消息隊列，各個子模塊服務部署在服務器Linux環境運行。

4.2 關鍵技術

4.2.1 結合消息隊列技術平緩發送速率

預警信息的發布有一定時限時段的要求，發送的對象有區域留存信令用戶和新進入用戶，在預警任務觸發初階段主要以留存用戶為主，當留存用戶對象群體數量比較龐大時，會超過三大運營商短信發送渠道發送速率限制，造成短信發送的批量失敗問題；而在時段后期以新進入用戶為主要發送目標，此階段新入用戶數量較少，因此在系統設計和實現過程中，結合消息隊列削峰填谷的特性，實現在發布時段時限內平緩發送，在一定程度上達到降低發送擁堵造成的失敗問題。

4.2.2 基于運營商短信發布系統實現短信發送

預警短信發布依賴于三大運營商短信發送網關來實現，由于對接移動、電信、聯通的短信網關需要分別遵循移動CMPP3.0協議、聯通SGIP1.2協議、電信SMGP3.0協議，造成系統復雜性高可靠性降低運維困難，因此系統設計直接對接三大運營商基于短信發送協議的短信發送系統進行預警短信發送，運營商短信技術成熟且穩定，其性能符合預警發布平臺短信告警機制進行短信發送時及時、高效的基本要求[13]。

5 結束語

基于基站定位的無固定對象短信預警系統實時、動態監控預警區域手機用戶人群流動，及時準確捕獲動態變化的預警對象群體，通過群體特征篩選，及時、有效、精準發送預警信息，系統首先應用于山洪災害預報預警領域[14]，并且推廣到高速公路氣象團霧等自然災害預警信息發布方向，發揮出有效的預警作用。