豆增發(fā)

（中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二十研究所，西安 710068）

關(guān)鍵字：北斗；RDSS；應(yīng)急播報(bào)；語(yǔ)音合成；直播

0 引言

面對(duì)空中襲擊、生化威脅等軍事災(zāi)難，目前的預(yù)警系統(tǒng)存在通信手段單一、鏈路不可靠、與其他媒體不連通等問(wèn)題[1-3]。防空預(yù)警網(wǎng)絡(luò)普遍應(yīng)用中短波電臺(tái)進(jìn)行警報(bào)信號(hào)的傳遞，當(dāng)局部中繼節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障時(shí)，會(huì)出現(xiàn)后續(xù)報(bào)警點(diǎn)無(wú)法報(bào)警的問(wèn)題。防空警報(bào)不能與互聯(lián)網(wǎng)、4G 網(wǎng)絡(luò)、電視網(wǎng)絡(luò)和廣播網(wǎng)絡(luò)連通，渠道單一。每個(gè)城市的報(bào)警指揮中心之間沒(méi)有通信鏈路，各自之間相互獨(dú)立，不能形成有效的報(bào)警網(wǎng)絡(luò)。面對(duì)地震、山洪、泥石流等自然災(zāi)害，各部門(mén)各自為陣，沒(méi)有一個(gè)健全的縱向和橫向連通的預(yù)警網(wǎng)絡(luò)。目前急需打破部門(mén)界限及不同部門(mén)的信息壟斷邊界，形成縱橫協(xié)同、信息共享的預(yù)警網(wǎng)絡(luò)，以便強(qiáng)化部門(mén)之間預(yù)警聯(lián)動(dòng)，統(tǒng)籌管理。面對(duì)疫情、化學(xué)泄漏、火災(zāi)、安全生產(chǎn)事故等應(yīng)急事件，目前各部門(mén)臨時(shí)處置，沒(méi)有常規(guī)化的宣傳和預(yù)警手段。如果在社區(qū)、園區(qū)、街道等地設(shè)置常規(guī)的宣傳設(shè)施，平時(shí)進(jìn)行應(yīng)急知識(shí)的宣傳，當(dāng)出現(xiàn)緊急事件時(shí)進(jìn)行預(yù)警及調(diào)度指揮，可以大大減少事故造成的傷害[4-7]。

北斗位置數(shù)據(jù)和短報(bào)文通過(guò)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)鏈路傳輸，具有信號(hào)覆蓋全球范圍、通信距離沒(méi)有限制、地面通信設(shè)備建設(shè)成本低等優(yōu)點(diǎn)，可以對(duì)偏遠(yuǎn)山區(qū)及通信困難地區(qū)實(shí)現(xiàn)有效覆蓋，解決互聯(lián)網(wǎng)、4G、FM 和中短波電臺(tái)等通信手段通信距離受限和鏈路不可靠的問(wèn)題，能夠在戰(zhàn)爭(zhēng)、重大災(zāi)害和突發(fā)事件中發(fā)揮關(guān)鍵作用。利用北斗技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，融合常規(guī)通信手段，研發(fā)北斗應(yīng)急播報(bào)終端和管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)通信覆蓋無(wú)盲區(qū)，應(yīng)急工作無(wú)死角，部門(mén)協(xié)同無(wú)壁壘，指令暢通無(wú)障礙。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

北斗應(yīng)急播報(bào)系統(tǒng)由北斗應(yīng)急播報(bào)終端、北斗手持機(jī)、各級(jí)管理計(jì)算機(jī)和管理中心組成[8-12]。管理中心由數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)器、管理平臺(tái)服務(wù)器、音視頻處理設(shè)備、音頻直播平臺(tái)、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、通信計(jì)算機(jī)和北斗指揮機(jī)等組成。系統(tǒng)支持北斗衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、FM 廣播和中短波無(wú)線電臺(tái)等多種通信網(wǎng)絡(luò)。系統(tǒng)與融媒體中心連通，融合短信、電視、公眾號(hào)等多種新型媒體手段，實(shí)現(xiàn)警報(bào)信息全方位無(wú)死角覆蓋。管理權(quán)限分為省級(jí)管理、地市級(jí)管理、區(qū)縣級(jí)管理、鄉(xiāng)鎮(zhèn)級(jí)/街道級(jí)和村級(jí)/社區(qū)級(jí)管理五級(jí)分層管理，形成縱向管理體系；同時(shí)，人防辦、軍隊(duì)、應(yīng)急部門(mén)、武裝部門(mén)和防疫部門(mén)等多個(gè)部門(mén)統(tǒng)籌管理，形成橫向協(xié)同體系。具體的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖1 所示。

基于北斗的應(yīng)急播報(bào)系統(tǒng)采用終端加軟件平臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模式[12]。系統(tǒng)主要由應(yīng)急播報(bào)管理平臺(tái)、播放終端及其他部分構(gòu)成，是一個(gè)以互聯(lián)網(wǎng)云計(jì)算和北斗網(wǎng)絡(luò)通信為基礎(chǔ)的應(yīng)急語(yǔ)音服務(wù)系統(tǒng)。

管理平臺(tái)包含終端管理、播放策略、媒體資源、系統(tǒng)管理和賬號(hào)設(shè)置等功能。系統(tǒng)管理員在該系統(tǒng)中對(duì)用戶進(jìn)行注冊(cè)授權(quán)，用戶才可以登錄系統(tǒng)，對(duì)指定權(quán)限范圍內(nèi)的終端進(jìn)行管理。媒體資源包含媒體資源類別管理、媒體資源管理、媒體資源預(yù)審和網(wǎng)絡(luò)資源管理。用戶可以通過(guò)媒體資源管理和網(wǎng)絡(luò)資源管理對(duì)音頻文件和網(wǎng)絡(luò)廣播資源進(jìn)行管理，利用媒體資源預(yù)審對(duì)上傳的音頻文件進(jìn)行預(yù)先審核，通過(guò)資源類別管理對(duì)媒體資源分類。

播放終端包括北斗應(yīng)急播報(bào)終端和無(wú)人機(jī)機(jī)載喇叭。應(yīng)急播報(bào)終端通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)接收管理平臺(tái)下發(fā)的策略并進(jìn)行管理，也可以通過(guò)北斗衛(wèi)星通訊接收來(lái)自管理平臺(tái)的短報(bào)文信息，將信息進(jìn)行相應(yīng)處理后，執(zhí)行定時(shí)進(jìn)行本地音頻播放、應(yīng)急播報(bào)播發(fā)、網(wǎng)絡(luò)廣播或語(yǔ)音直播等操作；如果接收到的是操作指令，則進(jìn)行相應(yīng)操作，如應(yīng)急播報(bào)終端的重啟、休眠等操作；同時(shí)，可以根據(jù)策略要求修改終端相關(guān)參數(shù)，以適應(yīng)實(shí)際使用場(chǎng)景。應(yīng)急播報(bào)終端還可以接收FM 調(diào)頻廣播信號(hào)，由管理終端通過(guò)Web管理平臺(tái)策略控制，可以在每天定時(shí)向特定地區(qū)的人群播報(bào)特定的廣播節(jié)目，如《新聞聯(lián)播》等。無(wú)人機(jī)喇叭可通過(guò)自有數(shù)傳鏈路接收來(lái)自地面的信息。同時(shí)，無(wú)人機(jī)喇叭集成了網(wǎng)絡(luò)模塊，可以通過(guò)無(wú)人機(jī)手持管理終端連接安卓智能手機(jī)，借助4G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)接收來(lái)自地面的信息，然后根據(jù)需求播放接收到的信息。

應(yīng)急播報(bào)管理平臺(tái)有各級(jí)應(yīng)急管理部門(mén)計(jì)算機(jī)終端和移動(dòng)端兩種，用戶角色分為管理員和普通用戶。在計(jì)算機(jī)終端，用戶通過(guò)管理終端登錄Web管理平臺(tái)，主要完成上下級(jí)信息交互、本級(jí)信息播發(fā)和播放策略下發(fā)等工作。移動(dòng)端實(shí)現(xiàn)了與計(jì)算機(jī)終端基本一致的功能，唯一不同的是，移動(dòng)端集成了語(yǔ)音直播功能，已在管理平臺(tái)注冊(cè)過(guò)的管理員用戶可以登錄移動(dòng)端語(yǔ)音直播系統(tǒng)，查看應(yīng)急播報(bào)終端在線情況，能夠選擇指定應(yīng)急播報(bào)終端，進(jìn)行語(yǔ)音直播功能。

2 應(yīng)急播報(bào)裝備設(shè)計(jì)

2.1 硬件設(shè)計(jì)

北斗應(yīng)急播報(bào)終端包含主要部件包括ARM主控制模塊、北斗RDSS 模塊、通信模塊及功放模塊，北斗RDSS模塊、通信模塊及功放模塊均與控制模塊連接。功放模塊包括功率放大器和揚(yáng)聲器。原理圖如圖2所示。

固定安裝的北斗應(yīng)急播報(bào)終端有大功率分體式和戶外一體式兩種。前者北斗數(shù)傳終端和大功率揚(yáng)聲器與主機(jī)分開(kāi)設(shè)計(jì)，分體安裝，適用于防空警報(bào)等需要大功率輸出的場(chǎng)景，最大功率可達(dá)2000W。后者所有部件集成到一個(gè)箱體中，適用于社區(qū)等場(chǎng)景，功率較小，標(biāo)準(zhǔn)功率100 W 左右。外觀示意圖如圖3所示。

從外觀結(jié)構(gòu)上看，無(wú)人機(jī)掛載播報(bào)終端由掛載底座、主控盒和定向喇叭三部分組成。掛載底座留了四個(gè)可安裝螺孔，便于固定在無(wú)人機(jī)上。主控盒內(nèi)部有北斗RDSS模塊、ARM主控板、TTS模塊、電池、電源模塊和功放板等主要部件。定向喇叭安裝在主控盒的下面。外觀圖如圖4所示。

2.2 功能設(shè)計(jì)

北斗應(yīng)急播報(bào)終端的功能主要包括策略管理、音頻播放，網(wǎng)絡(luò)廣播播放、直播、定時(shí)設(shè)置時(shí)間、定時(shí)上報(bào)心跳、音量設(shè)置、軟件重啟、繼電器控制、局域網(wǎng)參數(shù)設(shè)置、周期任務(wù)查詢、休眠設(shè)置、版本更新、接收北斗短報(bào)文和語(yǔ)音轉(zhuǎn)換等功能。具體的功能結(jié)構(gòu)圖如圖5所示。

3 工作流程設(shè)計(jì)

北斗應(yīng)急播報(bào)終端在系統(tǒng)啟動(dòng)后，讀取終端參數(shù)，同步時(shí)間，與服務(wù)器建立長(zhǎng)連接，定時(shí)發(fā)送心跳，接收服務(wù)器端發(fā)來(lái)的策略并執(zhí)行。同時(shí)，周期性地查詢本地存儲(chǔ)的任務(wù)，定時(shí)播放音頻文件或網(wǎng)絡(luò)廣播。啟動(dòng)流程如圖6所示。

直播流程如圖7所示。從圖中可以看出，用戶先登錄直播APP，選擇需要直播的組織，再選擇該組織下需要直播的應(yīng)急播報(bào)終端，上報(bào)直播策略。推送子系統(tǒng)收到該策略，保存到數(shù)據(jù)庫(kù)中，同時(shí)下發(fā)給智能應(yīng)急播報(bào)終端終端，然后向云直播服務(wù)器推送音頻數(shù)據(jù)。應(yīng)急播報(bào)終端收到策略，接收直播數(shù)據(jù)。

策略下發(fā)流程如圖8所示。首先登錄管理平臺(tái)，往數(shù)據(jù)庫(kù)中添加策略，推送子系統(tǒng)輪詢查到最新數(shù)據(jù)，發(fā)送到智能應(yīng)急播報(bào)終端，終端收到策略給予回復(fù)。推送子系統(tǒng)收到回復(fù)修改數(shù)據(jù)庫(kù)參數(shù)。

4 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)防空、防災(zāi)、應(yīng)急等領(lǐng)域中存在的問(wèn)題，本文利用北斗RDSS技術(shù)，融合常規(guī)通信手段，提出了支持北斗定位、短報(bào)文、4G、FM和短波電臺(tái)等多種通信模式的北斗應(yīng)急播報(bào)系統(tǒng)，該系統(tǒng)具備防空警報(bào)、語(yǔ)音播報(bào)、時(shí)間同步、定時(shí)播放和在線直播等功能，顯著提升了當(dāng)前應(yīng)急播報(bào)系統(tǒng)的可靠性及可用性。北斗位置數(shù)據(jù)和短報(bào)文通過(guò)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)鏈路傳輸，具有信號(hào)覆蓋全球范圍、通信距離沒(méi)有限制、地面通信設(shè)備建設(shè)成本低等優(yōu)點(diǎn)，可以對(duì)偏遠(yuǎn)及山區(qū)等通信困難地區(qū)實(shí)現(xiàn)有效覆蓋，解決互聯(lián)網(wǎng)、4G、FM 和中短波電臺(tái)等通信手段通信距離受限和鏈路不可靠的問(wèn)題[13-15]，能夠在戰(zhàn)爭(zhēng)、重大災(zāi)害、緊急事件和疫情防控中發(fā)揮關(guān)鍵作用。在極端情況下（比如戰(zhàn)爭(zhēng)、自然災(zāi)害、生化泄漏等），互聯(lián)網(wǎng)、4G、FM等通信手段距離受限或鏈路不可靠時(shí)，利用北斗的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，依然能夠通過(guò)廣播向公眾提供應(yīng)急信息，真正意義上保障應(yīng)急播報(bào)的最后一道防線。