基于北斗导航卫星的预警信息发布平台设计

许雷

【摘要】北斗导航卫星系统在北斗卫星覆盖范围内具有全天候无盲区短报文通信的功能，因此通过北斗导航卫星发布预警信息能实现对偏远山区等地理环境恶劣地区的预警覆盖。本文以基于北斗导航卫星的气象预警信息发布示范工程建设为背景，介绍了基于北斗导航卫星的预警信息发布平台的设计思路，讨论了预警信息采集、预警信息上星发布等功能的实现方法。

【关键词】北斗卫星 预警发布 发布平台 发布手段

一、引言

国家气象信息中心建设的基于北斗导航卫星的气象预警发布示范工程，目的是利用我国北斗卫星导航系统具有独特的短报文通信功能，解决气象预警信息对边远地区的覆盖及预警信息传输“最后一公里”，对指定区域进行预警信息的精细化发布服务，避免常规通信手段覆盖不到的偏远地区气象预警信息的发布问题。最大程度地减少国家以及人民生命和财产损失，增强社会公众防灾减灾的能力。

示范工程建设的基于北斗导航卫星的气象预警信息发布系统架构见图1，建设的主要内容为基于北斗导航卫星的预警信息发布平台（以下简称“北斗预警发布平台”），包括国家、省、地市三级平台架构，以及基于北斗导航卫星的预警信息接收终端（以下简称“北斗预警接收终端”），包括双向终端、单向终端以及LED显示屏。

北斗预警发布平台的设计是整个系统的关键，如何实现上游预警信息的采集、下游通过北斗导航卫星系统发布预警信息，以及提供一套集中的预警信息、链路通道、指挥机和终端的管理操作平台是其中重点要考虑的。

二、功能设计

2.1预警信息采集

北斗预警信息发布平台实现对三类预警信息的采集：国家突发公共事件预警发布系统（以下简称“国突系统”）接入的预警信息、其他预警信息发布系统接入的预警信息和本平台web界面人工录入的预警信息。其中国突系统接入的预警信息为主要来源。

1、与国突系统发布管理平台对接。国突系统是国务院应急平台唯一的突发事件预警信息权威发布系统，通过不断建设，该系统将成为全国的突发事件预警信息统一发布系统。因此，北斗预警发布系统将国突系统作为主要的预警信息来源，从国突系统来说，北斗预警发布系统也可作为它的一种发布手段。国突系统对外部系统提供了TLQ对接方式，所以对接实现的方法使用TLQ对接方式：首先在国突系统发布管理平台上进行对接北斗平台注册，注册完成后国突平台将会以消息的方式推送预警信息包到北斗平台，北斗平台安装TLQ服务端及客户端，并完成相应配置，就能监听国突系统发布管理平台预警信息，并按照国突系统提供的预警信息包结构规范对预警信息进行解析。

2、与其他预警信息系统对接。除国突系统外，还有一些在运行的其他预警系统，北斗平台以提供ftp接口目录的方式进行对接实现预警信息采集，前提是这些预警系统推送到北斗平台的预警信息包应符合通用警报协议（CAP，Common Alerting Protocol）规范。

3、web界面人工录入。北斗预警信息发布平台以B/S架构设计，提供web发布管理界面，能通过本平台发布管理人员人工录入的方式实现预警信息的采集。

2.2预警信息发布

北斗预警信息发布平台实现预警信息的处理，并通过北斗导航系统发送的功能。

1、预警信息处理。北斗预警信息发布平台首先校验Web界面人工录入和外部系统接入方式所采集到的预警信息格式是否正确，只有通过校验的预警信息才能被接收，否则当成非法预警信息处理，并给对方发送错误信息回执。平台对格式正确的预警信息进行解析，抽取预警信息类型、预警级别、发布单位、发布范围等条目，分析预警信息相应的处理逻辑。平台根据相关规范将预警信息处理后的相关数据存储到数据库中，以便进行信息查询、检索、统计等操作。

2、预警信息上星发布。预警信息的发送是通过北斗导航系统的短报文功能实现的。预警信息的处理完成后，根据文献[3]中提供的预警信息北斗发布协议转换为北斗预警信息，再根据预警信息北斗传输协议将预警信息进行分包、封装，然后通过北斗指挥型用户机进行上星发布。

2.3发布链路控制

一是实现预警信息在北斗指挥型用户机上的多通播ID并行广播；二是实现向双向终端的点对点广播；三是实现预警信息优先级自动排队调度以及人工调度管理；四是实现预警信息的重发与广播次数控制。

2.4报警接受及处理

报警信息是由双向便携式终端在事发现场发往相关报警部门的短信息。在信息中，可以对事件性质、地点和时间等要素进行简要描述。终端用户可以操作北斗双向报警终端编辑报警信息并可进行确定后的发送；终端通过北斗卫星的短消息通信功能，将报警信息上传至北斗预警信息发布平台。北斗预警信息发布平台在收到报警信息后，向终端发送回执；然后对报警信息进行完整性检查、合法信息验证、协议转换等预处理操作。北斗预警信息发布平台可以根据报警终端的归属、报警信息的类别等内容，判断该报警的处理部门，并将报警信息通过网络传送给相应的报警处理部门，交由该部门进行处理。

2.5系统网管及监控

北斗预警信息发布平台可以对终端进行注册管理，未注册的终端无法接收平台预警。平台可以实现对系统用户的管理，对用户进行增、删、改、查操作，并可分配群组角色，配置权限。北斗预警信息发布平台可以对预警信息状态、系统运行状态、指挥机及终端状态进行监控，并具备信息查询与统计、异常告警与处置等功能。

预警信息状态监控可以为发布用户和系统运维人员提供预警信息发布处理各个环节的实时状态监视信息。系统运行状态监控可以为运维人员提供网络状态、服务器状态、软件进程的实时监视等功能。指挥机及终端状态监控可以提供指挥机运行状态查看、指挥机的参数查看与配置、终端的地理位置信息监视、终端参数查看与配置等功能。信息查询与统计可通过调用地理信息服务的方式，在基于地图的界面进行查询和统计，实现按照地域范围、预警信息类别等进行直观的选取、查询和统计。异常告警信息可提供声音和画面等方式提醒运维人员系统运行情况。系统还能够展示异常详细信息及可能导致此异常的原因，同时能够提供异常处理策略进行异常诊断及异常处理。

三、结构设计

为满足平台功能设计的要求，平台结构设计见图2。

北斗预警发布平台由以下部分组成：发布服务器、多串口发送服务器、北斗指挥型用户机。

发布服务器上部署北斗预警信息发布平台应用软件，负责预警信息的处理（解析、提取、分析）、封装、报警信息的拼装、系统配置管理及监控等平台的业务逻辑处理；接收端发布服务器与气象部门宽带网连接（国突系统预警信息通过气象部门宽带网传输），接收需要发布的预警信息，并将拼装后的报警信息通过气象宽带网络转发至相应的处理部门；发送端发布服务器与多串口发送服务器相连，将封装后的北斗预警信息传输报文交由后端的多串口发送服务器发送，并接收来自多串口发送服务器的报警信息。

多串口发送服务器与一台或多台北斗指挥型用户机相连，将封装后的预警信息传输报文通过串口传送至北斗指挥机。考虑时效要求和建设成本，这里仅使用一台可安装多块IC卡的北斗指挥机

北斗指挥型用户机负责北斗协议的处理、预警信息的上星发送和告警信息的接收。机内可安装多块指挥机IC卡，支持多通播ID并行广播。

另外，北斗服务器及多串口发送服务器均采用双机高可用（HA）设计。

四、平台测试

根据本文建设的国家级北斗预警发布平台，于2015年11月投入试运行，至2016年6月已成功测试发布预警9000余条，包括本平台测试预警8000余条和对接国突系统预警1000余条。

期间还对该平台时效性进行了测试。平台使用一台安装有3张指挥机IC卡的北斗指挥型用户机，指挥机发送频度为60秒，发送次数为2次（提高接收成功率），每种预警信息长度测10次，计算平均值。测试结果如下表：

五、结语

基于北斗导航卫星的预警信息发布平台是实现预警信息通过北斗导航系统发布的主要功能平台，平台上游实现了与国突系统的对接，为预警信息发布提供了一种覆盖面广、时效相对较高的发布手段。

另外在平台的设计中根据传输成功率、时效要求和资金预算可以调整北斗设备、通信参数的配置，例如调整预警信息传输次数、调整指挥机通播ID数及加入校验包等，来达到一个更优的平衡。