北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)在應急預警信息發(fā)布中的應用

羅 政

（工業(yè)和信息化部應急通信保障中心，北京 100804）

0 引言

地震、臺風等自然災害會造成災難性后果，如2017年九寨溝地震、2019年的超強臺風“利奇馬”等，均對人民生命、財產安全、生態(tài)環(huán)境造成嚴重威脅，這些突發(fā)事件凸顯了針對災害的準備、發(fā)現(xiàn)及預警通信的重要性。在這種情況下，應急預警信息發(fā)布把即將發(fā)生的緊急情況或災害信息傳達給可能受其影響或參與救援的人員，促使其據(jù)此作出及時響應。多項研究表明，應急預警信息發(fā)布是一種挽救生命和減少財產損失的高效工具。然而突發(fā)性自然災害通常會導致斷電、通信線路中斷、短時通信需求暴漲等情況，從而引發(fā)公共通信網(wǎng)絡癱瘓。所以有必要對如何開展安全、高效的應急預警信息發(fā)布進行深入研究。在傳統(tǒng)通信渠道中斷的情況下，北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)能夠在應急預警信息發(fā)布中發(fā)揮不可或缺的補充作用。

1 北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)的組成和功能

北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)（BDS）是由我國自主研制的全球衛(wèi)星導航與定位系統(tǒng)，與美國GPS、俄國GLONASS、歐盟GALILEO組成全球四大衛(wèi)星導航系統(tǒng)。北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)包括空間端、地面端和用戶端。在空間端，三種不同軌道的衛(wèi)星組成混合導航星座：3顆傾斜地球同步軌道（IGSO）衛(wèi)星、24顆中圓地球軌道（MEO）衛(wèi)星和3顆地球同步軌道（GEO）衛(wèi)星等。地面端包括地面監(jiān)控站、主控站和時間同步/注入站等若干個地面站。用戶端由北斗用戶終端組成，包括北斗兼容其他衛(wèi)星導航系統(tǒng)的芯片、模塊、天線等基礎產品，以及終端產品、應用系統(tǒng)與應用服務等。

北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)能夠為全球各類型用戶提供導航、定位、授時等全天候、全天時、高精度、高可靠的常規(guī)服務，同時提供星基增強、精密單點定位、短報文通信、國際搜救、地基增強等諸多獨特服務。

2 應急預警信息發(fā)布的概念和現(xiàn)狀

2.1 應急預警信息發(fā)布在應急管理中的地位和角色

在發(fā)生諸多自然災害之后，經(jīng)常引發(fā)一系列繼發(fā)性災害，形成災害鏈。災害應急管理工作鏈與災害鏈相匹配，包括事前監(jiān)控預防、事中應急響應、事后應急救援三個部分。應急預警信息指與自然災害、突發(fā)事件相關的信息，這類已經(jīng)發(fā)生或可能發(fā)生的事件會引起嚴重的安全威脅。應急預警信息發(fā)布流程包括關鍵點監(jiān)控、風險研判、預警信息形成、信息傳播及效果評估。關鍵點監(jiān)控指實時監(jiān)控可能引發(fā)突發(fā)事件的關鍵部位，如暴雨洪澇災害的水位、泥石流災害的易滑坡點位；風險研判指通過構建模型對收集關鍵點監(jiān)控信息進行研判分析，判斷風險級別及范圍；預警信息形成指按照風險研判分析情況生成預警信息并明確風險級別；信息傳播指通過各類渠道將生成的預警信息傳播出去；效果評估指對應急預警信息發(fā)布全流程的效果進行評估。將應急管理工作鏈與應急預警信息發(fā)布流程相匹配，可以發(fā)現(xiàn)應急預警信息發(fā)布在災害應急管理工作中的關鍵地位。在事前監(jiān)控預防中，能夠在災害發(fā)生前發(fā)布預警信息，有助于災害響應準備；在事中應急響應中，應急預警信息發(fā)布標志著災害應急預案的啟動，同時扮演著信息傳遞的角色，提高各類信息的公開程度。

2.2 現(xiàn)有應急預警信息發(fā)布技術

長期以來，人們使用傳統(tǒng)的通信渠道來傳播預警信息，包括如門對門、標志、警報器、揚聲器、收音機、電視、固定電話網(wǎng)絡和互聯(lián)網(wǎng)等。警報器和揚聲器的注意力價值很高，但信息傳遞價值卻很低；廣播、電視和互聯(lián)網(wǎng)提供了緊急事件的詳細信息，并覆蓋了廣大地區(qū)和受眾，但這些渠道需要公眾調整至特定的溝通渠道，才能被動地傳播預警信息；門到門通知和固定電話網(wǎng)絡可以主動通知并預警危險，但是覆蓋范圍僅限于本地范圍，且效率極低。在不同社會環(huán)境中，這些預警信息傳播方式很難高效地起到預警作用。

近數(shù)十年來，新興信息通信技術逐漸成為傳播預警信息的高效手段，移動電話的普及能夠在緊急情況下提供個性化預警信息。部分國家采用移動通信預警系統(tǒng)作為傳統(tǒng)預警信息傳播的補充手段。較為有效的兩種移動通信預警信息發(fā)布技術是短消息群發(fā)服務和小區(qū)廣播服務。在由基站劃定的特定區(qū)域內，小區(qū)廣播將統(tǒng)一的文本信息發(fā)送給所有潛在用戶。它也可以發(fā)送到運營商網(wǎng)絡中的所有小區(qū)，并具有廣泛的信道范圍，可用于廣播不同類型的服務消息（例如天氣更新、公共衛(wèi)生建議等）。但是小區(qū)廣播用戶必須將其手機調至特定頻道才能接收消息。如此以來，小區(qū)廣播不會受到網(wǎng)絡過載的影響。荷蘭是世界上第一個在全國范圍內引入這種緊急警報系統(tǒng)的國家。美國的無線緊急警報（WEA）是小區(qū)廣播的另一個示例。

短消息群發(fā)服務將文本消息點對點發(fā)送到特定的預錄入電話號碼集。與小區(qū)廣播不同，短消息群發(fā)服務的信道是一個單獨的可尋址信道，也就是預先已知消息接收方。但是在緊急情況下，如果同時發(fā)起了大量的短消息或電話，則短消息群發(fā)服務容易受到網(wǎng)絡過載和消息傳遞失敗的影響，從而發(fā)送時延或失敗的情況。短消息群發(fā)服務的優(yōu)勢在于支持接收確認及存儲轉發(fā)，在網(wǎng)絡覆蓋范圍不可用或臨時故障期間，可以將信息存儲在短消息服務網(wǎng)絡中，并在收件人通信暢通時傳遞。

3 應急預警信息發(fā)布的關鍵問題和主要需求

3.1 應急預警信息發(fā)布的關鍵問題

（1）應急預警信息發(fā)布面向群體不夠精準。在災害發(fā)生時，通過災害發(fā)生位置粗略劃定需要通知的區(qū)域，并通過區(qū)域內的基站向人群發(fā)布應急預警信息。這種方式精度不高，可能造成應該收到消息的人群沒收到，而不需要收到消息的人群反而收到消息。

（2）應急預警信息發(fā)布方式安全程度不高。自然災害往往伴隨著電力損毀或是地面通信設施受損，這些都將導致通信渠道中斷。如此一來，現(xiàn)有的應急預警信息發(fā)布方式都可能失靈，造成受災人群無法及時收到預警信息。

（3）應急預警信息發(fā)布覆蓋區(qū)域范圍不廣?，F(xiàn)有應急預警信息發(fā)布系統(tǒng)重點覆蓋關鍵地區(qū)和用戶，而較少關注偏遠地區(qū)，可能存在應急預警信息發(fā)布的盲點。一旦發(fā)生災害，這類基礎設施薄弱的地區(qū)未能提前收到預警，反而可能遭受更嚴重的災害。

3.2 應急預警信息發(fā)布的主要需求

應急預警信息發(fā)布主要在于相關部門向災民及救援人員發(fā)布應急預警信息，應具備三項能力：一是信息通播能力，可以同步向災害地區(qū)全部人員發(fā)布應急預警信息；二是渠道抗毀能力，應急預警信息發(fā)布應不完全依賴公網(wǎng)，應具備自然災害使公網(wǎng)癱瘓的情況下仍可發(fā)揮作用的能力；三是信息安全能力，應采取高等級保密手段，避免不應公開的應急預警信息大規(guī)模泄露。

4 北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)與應急預警信息發(fā)布

4.1 北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)在應急預警信息發(fā)布中的優(yōu)勢

（1）在緊急情況下，北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)能夠發(fā)揮精準定位的功能優(yōu)勢，快速確定災害發(fā)生地的精確坐標，并據(jù)此劃定需要接收應急預警信息的特定區(qū)域，有針對性地向精準群體發(fā)布應急預警信息。

（2）在地面通信基礎設施已損壞或發(fā)生故障失效的情況下，北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)不受其影響，仍可通過其高效發(fā)布應急預警信息。作為傳統(tǒng)應急預警信息發(fā)布渠道的補充，北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)可以提供冗余的通信渠道，以向人們傳播有關即將發(fā)生的危險和災難風險的關鍵安全信息和警告消息。

（3）北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)覆蓋范圍極廣，并在廣闊區(qū)域范圍內同時發(fā)送應急預警信息，不因用戶處于信號較弱的山區(qū)或海島而受影響，且接收信息的人數(shù)不受限制。

4.2 北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)在應急預警信息發(fā)布中的應用

（1）實時采集災情監(jiān)控信息。北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)能夠提供靜態(tài)厘米級的高精度定位服務，可在山體、江河等關鍵部位設置監(jiān)測點，通過定位系統(tǒng)實時掌握監(jiān)測點位移或江河水位變動，在災害發(fā)生第一時間甚至尚未發(fā)生前，動態(tài)采集地震、山體滑坡、暴雨洪澇等自然災害的災情信息，為應急預警信息發(fā)布提供關鍵點監(jiān)控的關鍵信息。

（2）快速上報一線災害信息。北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)能夠提供基于衛(wèi)星的雙向短報文通信功能，且系統(tǒng)內所有終端用戶之間也能夠使用短報文通信。在突發(fā)事件造成傳統(tǒng)通信中斷的情況下，災害現(xiàn)場遇險人員或調查人員可使用災前預置的北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)終端設備，這將有助于采集一線災情信息，從而構建以各救援單位及災民為信息節(jié)點的龐大災情資料采集網(wǎng)絡。

（3）精準識別信息發(fā)送目標。北斗終端設備通過其嵌入式定位導航功能發(fā)送精確的位置信息。按照災難信息的類型和內容，北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)可以將應急預警信息發(fā)送至特定區(qū)域，并且僅激活特定區(qū)域內的終端設備。在掌握潛在災害地點所在的區(qū)域后，可以精準識別需要發(fā)送應急預警信息的目標用戶，而排除災害影響區(qū)域以外的用戶，從而提高應急預警信息發(fā)布效率。

（4）高效發(fā)布應急預警信息。北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)能夠覆蓋我國及周邊國家，通過在山區(qū)、海島等通信網(wǎng)絡覆蓋不全的地區(qū)及災害多發(fā)省份預置衛(wèi)星終端設備，可以在災害到來前及時向這些地區(qū)的人民發(fā)布應急預警信息。同時，北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)能夠在全部終端設備范圍內進行短消息通播、點對點單播和群組多播。在突發(fā)事件造成地面通信中斷的情況下，北斗衛(wèi)星能夠與地面保持通信暢通。在地面通信癱瘓的情況下，為應對自然災害，北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)可按照精準識別的災害區(qū)域，通過短消息通播的方式向目標用戶發(fā)送應急預警信息，也可以結合預先錄入的群組通訊錄，通過群組多播的方式針對救援隊伍定向發(fā)送災害救援信息，提高其投入搶險救災或災民疏導的效率。