羅 政

（工業(yè)和信息化部應(yīng)急通信保障中心，北京 100804）

0 引言

地震、臺(tái)風(fēng)等自然災(zāi)害會(huì)造成災(zāi)難性后果，如2017年九寨溝地震、2019年的超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“利奇馬”等，均對(duì)人民生命、財(cái)產(chǎn)安全、生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重威脅，這些突發(fā)事件凸顯了針對(duì)災(zāi)害的準(zhǔn)備、發(fā)現(xiàn)及預(yù)警通信的重要性。在這種情況下，應(yīng)急預(yù)警信息發(fā)布把即將發(fā)生的緊急情況或?yàn)?zāi)害信息傳達(dá)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(shí)響應(yīng)。多項(xiàng)研究表明，應(yīng)急預(yù)警信息發(fā)布是一種挽救生命和減少財(cái)產(chǎn)損失的高效工具。然而突發(fā)性自然災(zāi)害通常會(huì)導(dǎo)致斷電、通信線路中斷、短時(shí)通信需求暴漲等情況，從而引發(fā)公共通信網(wǎng)絡(luò)癱瘓。所以有必要對(duì)如何開(kāi)展安全、高效的應(yīng)急預(yù)警信息發(fā)布進(jìn)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(dǎo)航系統(tǒng)能夠在應(yīng)急預(yù)警信息發(fā)布中發(fā)揮不可或缺的補(bǔ)充作用。

1 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的組成和功能

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BDS）是由我國(guó)自主研制的全球衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)，與美國(guó)GPS、俄國(guó)GLONASS、歐盟GALILEO組成全球四大衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。北斗衛(wèi)星導(dǎo)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(dǎo)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(shí)間同步/注入站等若干個(gè)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(dǎo)航系統(tǒng)的芯片、模塊、天線等基礎(chǔ)產(chǎn)品，以及終端產(chǎn)品、應(yīng)用系統(tǒng)與應(yīng)用服務(wù)等。

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)能夠?yàn)槿蚋黝愋陀脩籼峁?dǎo)航、定位、授時(shí)等全天候、全天時(shí)、高精度、高可靠的常規(guī)服務(wù)，同時(shí)提供星基增強(qiáng)、精密單點(diǎn)定位、短報(bào)文通信、國(guó)際搜救、地基增強(qiáng)等諸多獨(dú)特服務(wù)。

2 應(yīng)急預(yù)警信息發(fā)布的概念和現(xiàn)狀

2.1 應(yīng)急預(yù)警信息發(fā)布在應(yīng)急管理中的地位和角色

在發(fā)生諸多自然災(zāi)害之后，經(jīng)常引發(fā)一系列繼發(fā)性災(zāi)害，形成災(zāi)害鏈。災(zāi)害應(yīng)急管理工作鏈與災(zāi)害鏈相匹配，包括事前監(jiān)控預(yù)防、事中應(yīng)急響應(yīng)、事后應(yīng)急救援三個(gè)部分。應(yīng)急預(yù)警信息指與自然災(zāi)害、突發(fā)事件相關(guān)的信息，這類已經(jīng)發(fā)生或可能發(fā)生的事件會(huì)引起嚴(yán)重的安全威脅。應(yīng)急預(yù)警信息發(fā)布流程包括關(guān)鍵點(diǎn)監(jiān)控、風(fēng)險(xiǎn)研判、預(yù)警信息形成、信息傳播及效果評(píng)估。關(guān)鍵點(diǎn)監(jiān)控指實(shí)時(shí)監(jiān)控可能引發(fā)突發(fā)事件的關(guān)鍵部位，如暴雨洪澇災(zāi)害的水位、泥石流災(zāi)害的易滑坡點(diǎn)位；風(fēng)險(xiǎn)研判指通過(guò)構(gòu)建模型對(duì)收集關(guān)鍵點(diǎn)監(jiān)控信息進(jìn)行研判分析，判斷風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別及范圍；預(yù)警信息形成指按照風(fēng)險(xiǎn)研判分析情況生成預(yù)警信息并明確風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別；信息傳播指通過(guò)各類渠道將生成的預(yù)警信息傳播出去；效果評(píng)估指對(duì)應(yīng)急預(yù)警信息發(fā)布全流程的效果進(jìn)行評(píng)估。將應(yīng)急管理工作鏈與應(yīng)急預(yù)警信息發(fā)布流程相匹配，可以發(fā)現(xiàn)應(yīng)急預(yù)警信息發(fā)布在災(zāi)害應(yīng)急管理工作中的關(guān)鍵地位。在事前監(jiān)控預(yù)防中，能夠在災(zāi)害發(fā)生前發(fā)布預(yù)警信息，有助于災(zāi)害響應(yīng)準(zhǔn)備；在事中應(yīng)急響應(yīng)中，應(yīng)急預(yù)警信息發(fā)布標(biāo)志著災(zāi)害應(yīng)急預(yù)案的啟動(dòng)，同時(shí)扮演著信息傳遞的角色，提高各類信息的公開(kāi)程度。

2.2 現(xiàn)有應(yīng)急預(yù)警信息發(fā)布技術(shù)

長(zhǎng)期以來(lái)，人們使用傳統(tǒng)的通信渠道來(lái)傳播預(yù)警信息，包括如門(mén)對(duì)門(mén)、標(biāo)志、警報(bào)器、揚(yáng)聲器、收音機(jī)、電視、固定電話網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)等。警報(bào)器和揚(yáng)聲器的注意力價(jià)值很高，但信息傳遞價(jià)值卻很低；廣播、電視和互聯(lián)網(wǎng)提供了緊急事件的詳細(xì)信息，并覆蓋了廣大地區(qū)和受眾，但這些渠道需要公眾調(diào)整至特定的溝通渠道，才能被動(dòng)地傳播預(yù)警信息；門(mén)到門(mén)通知和固定電話網(wǎng)絡(luò)可以主動(dòng)通知并預(yù)警危險(xiǎn)，但是覆蓋范圍僅限于本地范圍，且效率極低。在不同社會(huì)環(huán)境中，這些預(yù)警信息傳播方式很難高效地起到預(yù)警作用。

近數(shù)十年來(lái)，新興信息通信技術(shù)逐漸成為傳播預(yù)警信息的高效手段，移動(dòng)電話的普及能夠在緊急情況下提供個(gè)性化預(yù)警信息。部分國(guó)家采用移動(dòng)通信預(yù)警系統(tǒng)作為傳統(tǒng)預(yù)警信息傳播的補(bǔ)充手段。較為有效的兩種移動(dòng)通信預(yù)警信息發(fā)布技術(shù)是短消息群發(fā)服務(wù)和小區(qū)廣播服務(wù)。在由基站劃定的特定區(qū)域內(nèi)，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(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)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(wù)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(jī)調(diào)至特定頻道才能接收消息。如此以來(lái)，小區(qū)廣播不會(huì)受到網(wǎng)絡(luò)過(guò)載的影響。荷蘭是世界上第一個(gè)在全國(guó)范圍內(nèi)引入這種緊急警報(bào)系統(tǒng)的國(guó)家。美國(guó)的無(wú)線緊急警報(bào)（WEA）是小區(qū)廣播的另一個(gè)示例。

短消息群發(fā)服務(wù)將文本消息點(diǎn)對(duì)點(diǎn)發(fā)送到特定的預(yù)錄入電話號(hào)碼集。與小區(qū)廣播不同，短消息群發(fā)服務(wù)的信道是一個(gè)單獨(dú)的可尋址信道，也就是預(yù)先已知消息接收方。但是在緊急情況下，如果同時(shí)發(fā)起了大量的短消息或電話，則短消息群發(fā)服務(wù)容易受到網(wǎng)絡(luò)過(guò)載和消息傳遞失敗的影響，從而發(fā)送時(shí)延或失敗的情況。短消息群發(fā)服務(wù)的優(yōu)勢(shì)在于支持接收確認(rèn)及存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)，在網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍不可用或臨時(shí)故障期間，可以將信息存儲(chǔ)在短消息服務(wù)網(wǎng)絡(luò)中，并在收件人通信暢通時(shí)傳遞。

3 應(yīng)急預(yù)警信息發(fā)布的關(guān)鍵問(wèn)題和主要需求

3.1 應(yīng)急預(yù)警信息發(fā)布的關(guān)鍵問(wèn)題

（1）應(yīng)急預(yù)警信息發(fā)布面向群體不夠精準(zhǔn)。在災(zāi)害發(fā)生時(shí)，通過(guò)災(zāi)害發(fā)生位置粗略劃定需要通知的區(qū)域，并通過(guò)區(qū)域內(nèi)的基站向人群發(fā)布應(yīng)急預(yù)警信息。這種方式精度不高，可能造成應(yīng)該收到消息的人群沒(méi)收到，而不需要收到消息的人群反而收到消息。

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

（3）應(yīng)急預(yù)警信息發(fā)布覆蓋區(qū)域范圍不廣?，F(xiàn)有應(yīng)急預(yù)警信息發(fā)布系統(tǒng)重點(diǎn)覆蓋關(guān)鍵地區(qū)和用戶，而較少關(guān)注偏遠(yuǎn)地區(qū)，可能存在應(yīng)急預(yù)警信息發(fā)布的盲點(diǎn)。一旦發(fā)生災(zāi)害，這類基礎(chǔ)設(shè)施薄弱的地區(qū)未能提前收到預(yù)警，反而可能遭受更嚴(yán)重的災(zāi)害。

3.2 應(yīng)急預(yù)警信息發(fā)布的主要需求

應(yīng)急預(yù)警信息發(fā)布主要在于相關(guān)部門(mén)向?yàn)?zāi)民及救援人員發(fā)布應(yīng)急預(yù)警信息，應(yīng)具備三項(xiàng)能力：一是信息通播能力，可以同步向?yàn)?zāi)害地區(qū)全部人員發(fā)布應(yīng)急預(yù)警信息；二是渠道抗毀能力，應(yīng)急預(yù)警信息發(fā)布應(yīng)不完全依賴公網(wǎng)，應(yīng)具備自然災(zāi)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(yīng)采取高等級(jí)保密手段，避免不應(yīng)公開(kāi)的應(yīng)急預(yù)警信息大規(guī)模泄露。

4 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)與應(yīng)急預(yù)警信息發(fā)布

4.1 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在應(yīng)急預(yù)警信息發(fā)布中的優(yōu)勢(shì)

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

（2）在地面通信基礎(chǔ)設(shè)施已損壞或發(fā)生故障失效的情況下，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)不受其影響，仍可通過(guò)其高效發(fā)布應(yīng)急預(yù)警信息。作為傳統(tǒng)應(yīng)急預(yù)警信息發(fā)布渠道的補(bǔ)充，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)可以提供冗余的通信渠道，以向人們傳播有關(guān)即將發(fā)生的危險(xiǎn)和災(zāi)難風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)鍵安全信息和警告消息。

（3）北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)覆蓋范圍極廣，并在廣闊區(qū)域范圍內(nèi)同時(shí)發(fā)送應(yīng)急預(yù)警信息，不因用戶處于信號(hào)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(dǎo)航系統(tǒng)在應(yīng)急預(yù)警信息發(fā)布中的應(yīng)用

（1）實(shí)時(shí)采集災(zāi)情監(jiān)控信息。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)能夠提供靜態(tài)厘米級(jí)的高精度定位服務(wù)，可在山體、江河等關(guān)鍵部位設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，通過(guò)定位系統(tǒng)實(shí)時(shí)掌握監(jiān)測(cè)點(diǎn)位移或江河水位變動(dòng)，在災(zāi)害發(fā)生第一時(shí)間甚至尚未發(fā)生前，動(dòng)態(tài)采集地震、山體滑坡、暴雨洪澇等自然災(zāi)害的災(zāi)情信息，為應(yīng)急預(yù)警信息發(fā)布提供關(guān)鍵點(diǎn)監(jiān)控的關(guān)鍵信息。

（2）快速上報(bào)一線災(zāi)害信息。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)能夠提供基于衛(wèi)星的雙向短報(bào)文通信功能，且系統(tǒng)內(nèi)所有終端用戶之間也能夠使用短報(bào)文通信。在突發(fā)事件造成傳統(tǒng)通信中斷的情況下，災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)遇險(xiǎn)人員或調(diào)查人員可使用災(zāi)前預(yù)置的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)終端設(shè)備，這將有助于采集一線災(zāi)情信息，從而構(gòu)建以各救援單位及災(zāi)民為信息節(jié)點(diǎn)的龐大災(zāi)情資料采集網(wǎng)絡(luò)。

（3）精準(zhǔn)識(shí)別信息發(fā)送目標(biāo)。北斗終端設(shè)備通過(guò)其嵌入式定位導(dǎo)航功能發(fā)送精確的位置信息。按照災(zāi)難信息的類型和內(nèi)容，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)可以將應(yīng)急預(yù)警信息發(fā)送至特定區(qū)域，并且僅激活特定區(qū)域內(nèi)的終端設(shè)備。在掌握潛在災(zāi)害地點(diǎn)所在的區(qū)域后，可以精準(zhǔn)識(shí)別需要發(fā)送應(yīng)急預(yù)警信息的目標(biāo)用戶，而排除災(zāi)害影響區(qū)域以外的用戶，從而提高應(yīng)急預(yù)警信息發(fā)布效率。

（4）高效發(fā)布應(yīng)急預(yù)警信息。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)能夠覆蓋我國(guó)及周邊國(guó)家，通過(guò)在山區(qū)、海島等通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋不全的地區(qū)及災(zāi)害多發(fā)省份預(yù)置衛(wèi)星終端設(shè)備，可以在災(zāi)害到來(lái)前及時(shí)向這些地區(qū)的人民發(fā)布應(yīng)急預(yù)警信息。同時(shí)，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)能夠在全部終端設(shè)備范圍內(nèi)進(jìn)行短消息通播、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)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(yīng)對(duì)自然災(zāi)害，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)可按照精準(zhǔn)識(shí)別的災(zāi)害區(qū)域，通過(guò)短消息通播的方式向目標(biāo)用戶發(fā)送應(yīng)急預(yù)警信息，也可以結(jié)合預(yù)先錄入的群組通訊錄，通過(guò)群組多播的方式針對(duì)救援隊(duì)伍定向發(fā)送災(zāi)害救援信息，提高其投入搶險(xiǎn)救災(zāi)或?yàn)?zāi)民疏導(dǎo)的效率。