多鏈路融合控制警報(bào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

劉曉江 羅琦 郝志剛

摘要：針對警報(bào)告警信息化控制手段落后、人工發(fā)放效率低下的現(xiàn)狀，基于PDT數(shù)字集群、北斗衛(wèi)星和有線PSTN，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一種基于多鏈路融合控制的警報(bào)系統(tǒng)，這3種通信方式互相獨(dú)立、互為備份，并采用沖突檢測機(jī)制，保障警報(bào)發(fā)放的可靠性、正確性和有效性。在警報(bào)控制管理方面，采用地理信息系統(tǒng)（GIS）技術(shù)實(shí)現(xiàn)對警報(bào)器的空間分布管理，采用多級(jí)統(tǒng)一用戶管理和數(shù)據(jù)同步技術(shù)，形成省、市和區(qū)縣多級(jí)警報(bào)控制管理機(jī)制，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了多鏈路融合控制警報(bào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理性和有效性。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)同步；警報(bào)；多級(jí)統(tǒng)一用戶管理；GIS

中圖分類號(hào)：TN876文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1008-1739（2019）18-66-4

0引言

目前，大多數(shù)城市仍以電動(dòng)警報(bào)器為主，基本采用無線遙控方式，技術(shù)手段比較落后，警報(bào)控制大多采用單一頻點(diǎn)發(fā)送方式，當(dāng)干擾發(fā)生時(shí)不能發(fā)放警報(bào)[1]。在著重打擊“生命線”目標(biāo)的現(xiàn)代戰(zhàn)爭中，電力設(shè)施多為強(qiáng)敵的首輪空襲對象；以電聲、電動(dòng)固定警報(bào)器組成的傳統(tǒng)警報(bào)網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)明顯無法滿足實(shí)戰(zhàn)需要[2]，而且隨著城市化的建設(shè)進(jìn)程，市區(qū)面積不斷擴(kuò)大、高層建筑大幅增加，帶來了通信距離遠(yuǎn)、電磁干擾強(qiáng)等新問題，市、區(qū)縣與街道在信息化系統(tǒng)支持下相互響應(yīng)的警報(bào)發(fā)放體系和全天候、全時(shí)段及無盲區(qū)發(fā)放警報(bào)的目標(biāo)無法實(shí)現(xiàn)。為解決以上問題，需要設(shè)計(jì)研制基于多種通信手段、互相獨(dú)立和互為備份的基于信息化技術(shù)的高可靠性的多鏈路融合控制的警報(bào)系統(tǒng)。

1關(guān)鍵技術(shù)

1.1數(shù)據(jù)同步

采用數(shù)據(jù)抽取、轉(zhuǎn)換和裝載（ETL技術(shù)），結(jié)合多中心統(tǒng)一用戶管理的授權(quán)和組織機(jī)構(gòu)同步機(jī)制，實(shí)現(xiàn)基于多中心權(quán)限分級(jí)的數(shù)據(jù)授權(quán)訪問、雙向同步。

1.2 GIS

GIS有時(shí)又稱為“地學(xué)信息系統(tǒng)”，是一種特定的、重要的空間信息系統(tǒng)，在計(jì)算機(jī)硬、軟件系統(tǒng)支持下，對整個(gè)或部分地球表層（包括大氣層）空間中的有關(guān)地理分布數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、儲(chǔ)存、管理、運(yùn)算、分析、顯示和描述的技術(shù)系統(tǒng)。

2設(shè)計(jì)方案

2.1體系結(jié)構(gòu)

多鏈路融合控制警報(bào)系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)分為省級(jí)控制中心、市級(jí)控制中心和各區(qū)縣分控中心，市級(jí)控制中心具有最高控制權(quán)限，在市級(jí)控制中心的授權(quán)下各分控中心可以分別對各自所在區(qū)縣進(jìn)行警報(bào)發(fā)放控制[3]。

省級(jí)控制中心在滿足本地區(qū)警報(bào)管理需要的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)與本轄區(qū)內(nèi)各地市級(jí)警報(bào)平臺(tái)的互聯(lián)互通，重點(diǎn)完成省級(jí)多級(jí)統(tǒng)一用戶管理、匯總?cè)【瘓?bào)器資源數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)同步、警報(bào)覆蓋范圍分析等主要功能。

市級(jí)控制中心在滿足本地區(qū)警報(bào)管理需要的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)與省級(jí)和區(qū)縣級(jí)警報(bào)智能發(fā)送平臺(tái)的互聯(lián)互通，重點(diǎn)完成本市多級(jí)統(tǒng)一用戶管理、警報(bào)器資源管理與數(shù)據(jù)同步、警報(bào)發(fā)放控制、警報(bào)日常巡檢維護(hù)和警報(bào)覆蓋分析等主要功能。

區(qū)縣級(jí)分控中心在滿足本地區(qū)警報(bào)管理需要的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)與市級(jí)警報(bào)平臺(tái)的互聯(lián)互通，重點(diǎn)完成本區(qū)縣多級(jí)統(tǒng)一用戶管理、警報(bào)器資源管理與數(shù)據(jù)同步、警報(bào)市級(jí)授權(quán)發(fā)放控制、警報(bào)日常巡檢維護(hù)和警報(bào)覆蓋分析等主要功能。

2.2系統(tǒng)架構(gòu)

多鏈路融合控制警報(bào)系統(tǒng)基于數(shù)據(jù)同步技術(shù)、GIS技術(shù)、PDT數(shù)字集群技術(shù)、北斗衛(wèi)星技術(shù)和有線PSTN技術(shù)，實(shí)現(xiàn)警報(bào)控制與發(fā)放，可應(yīng)用于平時(shí)演練、突發(fā)事件和戰(zhàn)時(shí)的警報(bào)鳴放與大功率的緊急語音廣播通知。

系統(tǒng)采用分層模塊化設(shè)計(jì)思想，分為終端層、接入層、控制層和應(yīng)用層。終端層以警報(bào)器為主.接入層設(shè)計(jì)涵蓋PDT數(shù)字集群接入模塊、北斗接入模塊和有線接入模塊，負(fù)責(zé)接收來自中心控制器的警報(bào)指令，并控制警報(bào)器進(jìn)行相應(yīng)的警報(bào)操作。控制層提供PDT數(shù)字集群中央控制器、北斗衛(wèi)星中央控制器和有線中央控制器，負(fù)責(zé)向應(yīng)用層提供多種鏈路融合通信的警報(bào)控制服務(wù)。應(yīng)用層基于GIS引擎，采用J2EE技術(shù)，提供警報(bào)發(fā)放控制和管理的交互式操作軟件平臺(tái)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.3多級(jí)統(tǒng)一用戶管理

多級(jí)統(tǒng)一用戶管理（MUUM）支持多級(jí)部署、授權(quán)和組織機(jī)構(gòu)同步。通過Web Service接口將賬戶權(quán)限相關(guān)的服務(wù)發(fā)布出去，為各級(jí)用戶提供統(tǒng)一鑒權(quán)服務(wù)。對每個(gè)Web Service接口采用身份認(rèn)證，以防止非法用戶操作，提高訪問的安全性。多級(jí)統(tǒng)一用戶管理結(jié)構(gòu)如圖2所示。

2.4警報(bào)資源數(shù)據(jù)同步

警報(bào)資源數(shù)據(jù)同步（Alarm Data Sync，ADS）采用數(shù)據(jù)同步技術(shù)，各級(jí)中心和下級(jí)經(jīng)過MUUM授權(quán)可進(jìn)行數(shù)據(jù)雙向同步。數(shù)據(jù)同步可接受MUUM授權(quán)和認(rèn)證，靈活自定義數(shù)據(jù)格式，進(jìn)行不同警報(bào)資源異構(gòu)數(shù)據(jù)源之間的交換同步。警報(bào)資源數(shù)據(jù)同步結(jié)構(gòu)如圖3所示。

2.5系統(tǒng)組成

多鏈路融合控制警報(bào)系統(tǒng)由警報(bào)平臺(tái)軟件、警報(bào)中央控制器和警報(bào)終端組成。

2.6系統(tǒng)工作流程

系統(tǒng)通過警報(bào)平臺(tái)軟件的警報(bào)統(tǒng)控模塊，選擇目標(biāo)警報(bào)終端，選擇通信方式，通過功能按鈕，將警報(bào)發(fā)放、解除、授時(shí)和巡檢等功能指令通過相應(yīng)的警報(bào)中央控制器發(fā)送到警報(bào)終端，由警報(bào)終端上的仲裁模塊判決哪種方式的命令先到達(dá)，進(jìn)行仲裁判決，通過其他方式后到的指令，直接返回先前執(zhí)行的結(jié)果。系統(tǒng)工作流程如圖4所示。

2.7警報(bào)平臺(tái)軟件

警報(bào)平臺(tái)軟件基于J2EE技術(shù)的3層架構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，采用基于B/S模式、GIS及組件化技術(shù)進(jìn)行構(gòu)建。在要素圖上顯示警報(bào)點(diǎn)的狀態(tài)，查看全市警報(bào)網(wǎng)點(diǎn)分布。控制中心應(yīng)具有信息備份、編輯、存放、查詢、狀態(tài)回示和打印等功能，具有智能化系統(tǒng)巡檢與維護(hù)能力[4]。主要功能包括警報(bào)發(fā)放控制、警報(bào)發(fā)放記錄查詢、警報(bào)發(fā)放統(tǒng)計(jì)、警報(bào)巡檢、警報(bào)巡檢記錄查詢、警報(bào)巡檢統(tǒng)計(jì)、警報(bào)資源管理、多級(jí)統(tǒng)一用戶管理、GIS基礎(chǔ)功能、警報(bào)范圍覆蓋分析、警報(bào)設(shè)備狀態(tài)查詢和警報(bào)資源數(shù)據(jù)同步。警報(bào)平臺(tái)軟件界面如圖5所示。

2.8警報(bào)中央控制器

警報(bào)中央控制器分為警報(bào)PDT中央控制器、警報(bào)有線中央控制器和警報(bào)北斗中央控制器。

警報(bào)PDT中央控制器采用成熟PDT技術(shù)，由中心控制器、警報(bào)基站和網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備等組成。支持警報(bào)發(fā)送平臺(tái)軟件發(fā)起的數(shù)據(jù)短消息。數(shù)據(jù)短消息定義包括各種警報(bào)警報(bào)指令：警報(bào)鳴放、停止、授時(shí)、巡檢和廣播和復(fù)位等。

警報(bào)有線中央控制器采用PSTN技術(shù)，設(shè)計(jì)多個(gè)模擬的專有通道，模塊采用調(diào)制解調(diào)器（Modem）為警報(bào)控制提供有線警報(bào)控制通道，同時(shí)提供語音廣播音頻鏈路。警報(bào)有線通信中央控制器設(shè)計(jì)普通電話線接口接入有線通信網(wǎng)絡(luò)。

警報(bào)北斗中央控制器采用北斗指揮機(jī)硬件，通過北斗短報(bào)文數(shù)據(jù)通道為警報(bào)控制提供通信鏈路通道，傳輸警報(bào)發(fā)放、停止、授時(shí)、巡檢和回示結(jié)果等指令數(shù)據(jù)。

2.9警報(bào)終端

警報(bào)終端是警報(bào)系統(tǒng)中的終端設(shè)備，可配備多種通信方式的接收模塊（PDT數(shù)字集群接收模塊、PSTN有線接收模塊和北斗衛(wèi)星接收模塊），各通信模塊可自由搭配組合應(yīng)用，支持接收、解密并執(zhí)行來自警報(bào)中央控制器的警報(bào)控制指令。支持仲裁判別機(jī)制，采用任務(wù)編號(hào)和數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的操作策略避免多種通信鏈路對同一個(gè)警報(bào)器的重復(fù)控制[5]，當(dāng)接收到多種傳輸鏈路的同一警報(bào)控制指令時(shí)，按照“誰先到，誰先執(zhí)行”的方式進(jìn)行仲裁判定執(zhí)行，并回送指令結(jié)果。

警報(bào)終端硬件由警報(bào)終端整機(jī)結(jié)構(gòu)、仲裁控制模塊、PDT接收模塊、北斗接收模塊、有線接收模塊及功放電路組成。

①警報(bào)終端整機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為壁掛式警報(bào)終端，使用膨脹螺絲固定于空曠的墻壁，并設(shè)計(jì)風(fēng)扇用于高功率PDT接收模塊以及整機(jī)散熱。

②仲裁控制模塊用于處理3種通信鏈路的串口指令，并完成對警報(bào)器功放的控制。

③PDT接收模塊主要功能是警報(bào)語音和數(shù)據(jù)信號(hào)的發(fā)射接收與信號(hào)處理，采用半雙工方式，基于多級(jí)放大器級(jí)聯(lián)逐步放大和功率控制的方法，設(shè)計(jì)為輸出功率可調(diào)。發(fā)射鏈路設(shè)計(jì)由功率放大電路和功率控制電路組成，前者通過四級(jí)放大器對發(fā)射VCO產(chǎn)生的信號(hào)進(jìn)行逐級(jí)放大，后者通過輸出功率等級(jí)要求和采集功放溫度、駐波比，對功率放大器進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)輸出功率滿足要求的同時(shí)保護(hù)功放不因溫度過高、天線失配和電壓過高而燒壞[2]。接收電路設(shè)計(jì)主要包括射頻濾波器、低噪聲放大器、下混頻器、中頻濾波器、中頻放大器和接收本振處理。音頻電路設(shè)計(jì)采用CODEC芯片進(jìn)行設(shè)計(jì)。

④北斗接收模塊采用體積小、重量輕的北斗一體機(jī)，由北斗模塊和天線組成，具備北斗衛(wèi)星短報(bào)文通信功能，可實(shí)現(xiàn)警報(bào)遠(yuǎn)程指令控制。

⑤有線接收模塊主要通過Modem與網(wǎng)絡(luò)相連接，經(jīng)有線網(wǎng)絡(luò)接收主控中心發(fā)來的各種控制信號(hào)和警報(bào)信號(hào)，通過解碼獲取控制信息并控制警報(bào)器發(fā)送報(bào)警信號(hào)[6]。

⑥功放電路采用基于CMOS的D類音頻功率放大器設(shè)計(jì)，既能提供高效率大功率又能實(shí)現(xiàn)高保真的音頻性能。

3實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

多鏈路融合控制警報(bào)系統(tǒng)通過60部終端進(jìn)行警報(bào)控制實(shí)驗(yàn)，通過無PDT數(shù)字集群方式控制警報(bào)終端發(fā)放時(shí)延不大于7 s，通過北斗方式控制警報(bào)終端警報(bào)發(fā)放時(shí)延不大于5 s，通過有線方式控制警報(bào)終端警報(bào)發(fā)放時(shí)延不大于5 s；這3種警報(bào)控制方式通過警報(bào)平臺(tái)軟件在警報(bào)發(fā)放過程中互相獨(dú)立、互為備份，保障了警報(bào)發(fā)放的可靠性；警報(bào)終端采用沖突檢測技術(shù)，保障了多種控制方式的警報(bào)發(fā)放的正確性和有效性。

4結(jié)束語

多鏈路融合控制警報(bào)系統(tǒng)填補(bǔ)了原有警報(bào)發(fā)放管理手段單一，控制能力弱，檢測能力不足的問題，增強(qiáng)了警報(bào)控制發(fā)放管理手段，為實(shí)現(xiàn)警報(bào)發(fā)放的準(zhǔn)確化、精確化打下基礎(chǔ)。

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