北斗卫星导航系统在应急预警信息发布中的应用

罗 政

（工业和信息化部应急通信保障中心，北京 100804）

0 引言

地震、台风等自然灾害会造成灾难性后果，如2017年九寨沟地震、2019年的超强台风“利奇马”等，均对人民生命、财产安全、生态环境造成严重威胁，这些突发事件凸显了针对灾害的准备、发现及预警通信的重要性。在这种情况下，应急预警信息发布把即将发生的紧急情况或灾害信息传达给可能受其影响或参与救援的人员，促使其据此作出及时响应。多项研究表明，应急预警信息发布是一种挽救生命和减少财产损失的高效工具。然而突发性自然灾害通常会导致断电、通信线路中断、短时通信需求暴涨等情况，从而引发公共通信网络瘫痪。所以有必要对如何开展安全、高效的应急预警信息发布进行深入研究。在传统通信渠道中断的情况下，北斗卫星导航系统能够在应急预警信息发布中发挥不可或缺的补充作用。

1 北斗卫星导航系统的组成和功能

北斗卫星导航系统（BDS）是由我国自主研制的全球卫星导航与定位系统，与美国GPS、俄国GLONASS、欧盟GALILEO组成全球四大卫星导航系统。北斗卫星导航系统包括空间端、地面端和用户端。在空间端，三种不同轨道的卫星组成混合导航星座：3颗倾斜地球同步轨道（IGSO）卫星、24颗中圆地球轨道（MEO）卫星和3颗地球同步轨道（GEO）卫星等。地面端包括地面监控站、主控站和时间同步/注入站等若干个地面站。用户端由北斗用户终端组成，包括北斗兼容其他卫星导航系统的芯片、模块、天线等基础产品，以及终端产品、应用系统与应用服务等。

北斗卫星导航系统能够为全球各类型用户提供导航、定位、授时等全天候、全天时、高精度、高可靠的常规服务，同时提供星基增强、精密单点定位、短报文通信、国际搜救、地基增强等诸多独特服务。

2 应急预警信息发布的概念和现状

2.1 应急预警信息发布在应急管理中的地位和角色

在发生诸多自然灾害之后，经常引发一系列继发性灾害，形成灾害链。灾害应急管理工作链与灾害链相匹配，包括事前监控预防、事中应急响应、事后应急救援三个部分。应急预警信息指与自然灾害、突发事件相关的信息，这类已经发生或可能发生的事件会引起严重的安全威胁。应急预警信息发布流程包括关键点监控、风险研判、预警信息形成、信息传播及效果评估。关键点监控指实时监控可能引发突发事件的关键部位，如暴雨洪涝灾害的水位、泥石流灾害的易滑坡点位；风险研判指通过构建模型对收集关键点监控信息进行研判分析，判断风险级别及范围；预警信息形成指按照风险研判分析情况生成预警信息并明确风险级别；信息传播指通过各类渠道将生成的预警信息传播出去；效果评估指对应急预警信息发布全流程的效果进行评估。将应急管理工作链与应急预警信息发布流程相匹配，可以发现应急预警信息发布在灾害应急管理工作中的关键地位。在事前监控预防中，能够在灾害发生前发布预警信息，有助于灾害响应准备；在事中应急响应中，应急预警信息发布标志着灾害应急预案的启动，同时扮演着信息传递的角色，提高各类信息的公开程度。

2.2 现有应急预警信息发布技术

长期以来，人们使用传统的通信渠道来传播预警信息，包括如门对门、标志、警报器、扬声器、收音机、电视、固定电话网络和互联网等。警报器和扬声器的注意力价值很高，但信息传递价值却很低；广播、电视和互联网提供了紧急事件的详细信息，并覆盖了广大地区和受众，但这些渠道需要公众调整至特定的沟通渠道，才能被动地传播预警信息；门到门通知和固定电话网络可以主动通知并预警危险，但是覆盖范围仅限于本地范围，且效率极低。在不同社会环境中，这些预警信息传播方式很难高效地起到预警作用。

近数十年来，新兴信息通信技术逐渐成为传播预警信息的高效手段，移动电话的普及能够在紧急情况下提供个性化预警信息。部分国家采用移动通信预警系统作为传统预警信息传播的补充手段。较为有效的两种移动通信预警信息发布技术是短消息群发服务和小区广播服务。在由基站划定的特定区域内，小区广播将统一的文本信息发送给所有潜在用户。它也可以发送到运营商网络中的所有小区，并具有广泛的信道范围，可用于广播不同类型的服务消息（例如天气更新、公共卫生建议等）。但是小区广播用户必须将其手机调至特定频道才能接收消息。如此以来，小区广播不会受到网络过载的影响。荷兰是世界上第一个在全国范围内引入这种紧急警报系统的国家。美国的无线紧急警报（WEA）是小区广播的另一个示例。

短消息群发服务将文本消息点对点发送到特定的预录入电话号码集。与小区广播不同，短消息群发服务的信道是一个单独的可寻址信道，也就是预先已知消息接收方。但是在紧急情况下，如果同时发起了大量的短消息或电话，则短消息群发服务容易受到网络过载和消息传递失败的影响，从而发送时延或失败的情况。短消息群发服务的优势在于支持接收确认及存储转发，在网络覆盖范围不可用或临时故障期间，可以将信息存储在短消息服务网络中，并在收件人通信畅通时传递。

3 应急预警信息发布的关键问题和主要需求

3.1 应急预警信息发布的关键问题

（1）应急预警信息发布面向群体不够精准。在灾害发生时，通过灾害发生位置粗略划定需要通知的区域，并通过区域内的基站向人群发布应急预警信息。这种方式精度不高，可能造成应该收到消息的人群没收到，而不需要收到消息的人群反而收到消息。

（2）应急预警信息发布方式安全程度不高。自然灾害往往伴随着电力损毁或是地面通信设施受损，这些都将导致通信渠道中断。如此一来，现有的应急预警信息发布方式都可能失灵，造成受灾人群无法及时收到预警信息。

（3）应急预警信息发布覆盖区域范围不广。现有应急预警信息发布系统重点覆盖关键地区和用户，而较少关注偏远地区，可能存在应急预警信息发布的盲点。一旦发生灾害，这类基础设施薄弱的地区未能提前收到预警，反而可能遭受更严重的灾害。

3.2 应急预警信息发布的主要需求

应急预警信息发布主要在于相关部门向灾民及救援人员发布应急预警信息，应具备三项能力：一是信息通播能力，可以同步向灾害地区全部人员发布应急预警信息；二是渠道抗毁能力，应急预警信息发布应不完全依赖公网，应具备自然灾害使公网瘫痪的情况下仍可发挥作用的能力；三是信息安全能力，应采取高等级保密手段，避免不应公开的应急预警信息大规模泄露。

4 北斗卫星导航系统与应急预警信息发布

4.1 北斗卫星导航系统在应急预警信息发布中的优势

（1）在紧急情况下，北斗卫星导航系统能够发挥精准定位的功能优势，快速确定灾害发生地的精确坐标，并据此划定需要接收应急预警信息的特定区域，有针对性地向精准群体发布应急预警信息。

（2）在地面通信基础设施已损坏或发生故障失效的情况下，北斗卫星导航系统不受其影响，仍可通过其高效发布应急预警信息。作为传统应急预警信息发布渠道的补充，北斗卫星导航系统可以提供冗余的通信渠道，以向人们传播有关即将发生的危险和灾难风险的关键安全信息和警告消息。

（3）北斗卫星导航系统覆盖范围极广，并在广阔区域范围内同时发送应急预警信息，不因用户处于信号较弱的山区或海岛而受影响，且接收信息的人数不受限制。

4.2 北斗卫星导航系统在应急预警信息发布中的应用

（1）实时采集灾情监控信息。北斗卫星导航系统能够提供静态厘米级的高精度定位服务，可在山体、江河等关键部位设置监测点，通过定位系统实时掌握监测点位移或江河水位变动，在灾害发生第一时间甚至尚未发生前，动态采集地震、山体滑坡、暴雨洪涝等自然灾害的灾情信息，为应急预警信息发布提供关键点监控的关键信息。

（2）快速上报一线灾害信息。北斗卫星导航系统能够提供基于卫星的双向短报文通信功能，且系统内所有终端用户之间也能够使用短报文通信。在突发事件造成传统通信中断的情况下，灾害现场遇险人员或调查人员可使用灾前预置的北斗卫星导航系统终端设备，这将有助于采集一线灾情信息，从而构建以各救援单位及灾民为信息节点的庞大灾情资料采集网络。

（3）精准识别信息发送目标。北斗终端设备通过其嵌入式定位导航功能发送精确的位置信息。按照灾难信息的类型和内容，北斗卫星导航系统可以将应急预警信息发送至特定区域，并且仅激活特定区域内的终端设备。在掌握潜在灾害地点所在的区域后，可以精准识别需要发送应急预警信息的目标用户，而排除灾害影响区域以外的用户，从而提高应急预警信息发布效率。

（4）高效发布应急预警信息。北斗卫星导航系统能够覆盖我国及周边国家，通过在山区、海岛等通信网络覆盖不全的地区及灾害多发省份预置卫星终端设备，可以在灾害到来前及时向这些地区的人民发布应急预警信息。同时，北斗卫星导航系统能够在全部终端设备范围内进行短消息通播、点对点单播和群组多播。在突发事件造成地面通信中断的情况下，北斗卫星能够与地面保持通信畅通。在地面通信瘫痪的情况下，为应对自然灾害，北斗卫星导航系统可按照精准识别的灾害区域，通过短消息通播的方式向目标用户发送应急预警信息，也可以结合预先录入的群组通讯录，通过群组多播的方式针对救援队伍定向发送灾害救援信息，提高其投入抢险救灾或灾民疏导的效率。