［袁瑩瑩］

1 引言

近年來，臺(tái)風(fēng)暴雨洪澇災(zāi)害造成的人員傷亡和社會(huì)經(jīng)濟(jì)損失已成為影響社會(huì)安定和制約經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素，加強(qiáng)對(duì)臺(tái)風(fēng)暴雨洪澇災(zāi)害的監(jiān)測、預(yù)報(bào)、預(yù)警和事前預(yù)防也成為政府高度重視和大力支持的重要工作之一。目前的預(yù)警信息發(fā)布主要通過短信模式實(shí)現(xiàn)，發(fā)送技術(shù)多采用短信貓、MAS 短信網(wǎng)關(guān)等方式[1]。隨著防災(zāi)工作對(duì)預(yù)警信息的要求逐步提高，此前的發(fā)送系統(tǒng)技術(shù)存在一定的局限性，具體如下所述。

（1）短信形式的預(yù)警信息一般使用文字格式對(duì)災(zāi)情信息進(jìn)行描述，這種方式不能直觀地體現(xiàn)災(zāi)害預(yù)警具體區(qū)域。針對(duì)此問題，本文結(jié)合地理信息系統(tǒng)進(jìn)行災(zāi)害預(yù)警發(fā)布軟件設(shè)計(jì)，可在地圖上具體地顯示預(yù)警區(qū)域，以立體的地圖形式替代平面的文字信息使預(yù)警體現(xiàn)更直觀便捷。

（2）預(yù)警信息發(fā)布時(shí)，通常需要針對(duì)大數(shù)量級(jí)發(fā)送預(yù)警短信，而短時(shí)間內(nèi)大批量發(fā)送的短信易被運(yùn)營商當(dāng)作垃圾短信處理，導(dǎo)致大部分地市的預(yù)警發(fā)布短信號(hào)碼被封鎖。多模通信可以針對(duì)性地解決此問題，結(jié)合現(xiàn)實(shí)情況，主要使用移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)（4G 移動(dòng)通信）、Wifi 通信、自組網(wǎng)通信和衛(wèi)星通信4 種通信模式。

本文研究一種基于地理信息的多模通信預(yù)警發(fā)布系統(tǒng)，該系統(tǒng)為各級(jí)工作人員提供一個(gè)便捷、高效的預(yù)警信息發(fā)布平臺(tái)，以使各級(jí)單位能夠?qū)?zāi)情提早做好準(zhǔn)備，采取有效防范處置，將人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失降到最低。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于地理信息的多模通信預(yù)警發(fā)布系統(tǒng)是以地理信息系統(tǒng)作為平臺(tái)進(jìn)行設(shè)計(jì)開發(fā)的，地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，簡稱GIS）是能提供存儲(chǔ)、顯示、分析地理數(shù)據(jù)功能的軟件平臺(tái)，主要功能包括數(shù)據(jù)輸入與編輯、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)操作以及數(shù)據(jù)顯示和輸出等[2]。地理信息系統(tǒng)可將設(shè)備數(shù)據(jù)與應(yīng)用軟件數(shù)據(jù)及非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)繪制出一張靈活、立體的地圖。在地理信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)上布置預(yù)警區(qū)域，可直觀且準(zhǔn)確地反映預(yù)警信息。

該系統(tǒng)主要作用是對(duì)臺(tái)風(fēng)、暴雨、洪澇、地震等自然災(zāi)害進(jìn)行預(yù)警發(fā)布，發(fā)生自然災(zāi)害時(shí)，實(shí)際環(huán)境往往是復(fù)雜多變的，使用多種通信模式進(jìn)行預(yù)警信息發(fā)布為預(yù)警發(fā)布提供通信保障。例如：在地震即將發(fā)生的區(qū)域移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)（4G 移動(dòng)通信）有可能會(huì)發(fā)生中斷，可以使用衛(wèi)星通信進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送；在一個(gè)組隊(duì)集體執(zhí)行勘測任務(wù)時(shí)，需要快速在該組隊(duì)進(jìn)行預(yù)警信息的分發(fā)，可用自組網(wǎng)通信方式進(jìn)行預(yù)警信息分發(fā)。本文設(shè)計(jì)的多模通信方式可以進(jìn)行自動(dòng)/手動(dòng)兩種方式進(jìn)行切換，自動(dòng)方式是指發(fā)送數(shù)據(jù)是根據(jù)各通信方式的通信鏈路質(zhì)量的優(yōu)劣進(jìn)行自動(dòng)選擇，手動(dòng)方式是指根據(jù)需要在軟件內(nèi)通過人工操作選擇通信方式。

本文設(shè)計(jì)的預(yù)警發(fā)布系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念是能夠方便、快速、可靠地對(duì)預(yù)警信息進(jìn)行發(fā)送，根據(jù)上述原理說明進(jìn)行整體設(shè)計(jì)和各模塊開發(fā)集成。

2.1 整體結(jié)構(gòu)

該預(yù)警發(fā)布系統(tǒng)開發(fā)是基于地理信息系統(tǒng)（GIS 組件）的二次開發(fā)。系統(tǒng)整體由預(yù)警信息采集[3]、地理信息系統(tǒng)、責(zé)任人通信錄、通信模式選擇、預(yù)警屬性確認(rèn)、預(yù)警信息接收構(gòu)成，系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 模塊設(shè)計(jì)

（1）預(yù)警信息采集

預(yù)警發(fā)布系統(tǒng)以信息采集系統(tǒng)（如國家突發(fā)公共事件預(yù)警發(fā)布系統(tǒng)）采集處理過的預(yù)警信息為信息來源，對(duì)格式正確的預(yù)警信息進(jìn)行解析，抽取預(yù)警信息類別、預(yù)警區(qū)域范圍、發(fā)布對(duì)象等。

（2）地理信息系統(tǒng)

基于地理信息系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)，使用的地理信息系統(tǒng)不僅支持全球基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)的組織管理，而且支持高清影像數(shù)據(jù)、矢量數(shù)據(jù)、目標(biāo)數(shù)據(jù)與氣象數(shù)據(jù)的一體化組織管理。地理信息系統(tǒng)為業(yè)務(wù)功能的實(shí)現(xiàn)提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)訪問接口，具備訪問、增、刪、改、查等操作服務(wù)能力，其中數(shù)據(jù)的索引和描述為預(yù)處理完成后的數(shù)據(jù)建立統(tǒng)一索引ID 和為不同數(shù)據(jù)源建立元數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)管理將數(shù)據(jù)以聚合文件、時(shí)空數(shù)據(jù)庫等形式存儲(chǔ)在本地或云端中，并建立對(duì)應(yīng)的管理和備份機(jī)制，數(shù)據(jù)的加載調(diào)度從渲染引擎通過調(diào)度算法獲得數(shù)據(jù)的索引ID，將對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)載入到內(nèi)存中，并建立緩存機(jī)制。

（3）責(zé)任人通信錄

用于責(zé)任人數(shù)據(jù)的管理，主要為錄入系統(tǒng)的各級(jí)用戶，對(duì)系統(tǒng)所轄各級(jí)用戶、各類責(zé)任人進(jìn)行統(tǒng)計(jì)管理。功能包括通信群組的建立、編輯、保存、刪除，通信個(gè)人的建立、編輯、保存、刪除，屬性包括級(jí)別、單位、名字等信息。

（4）通信模式選擇

本文實(shí)現(xiàn)多模通信模式下的預(yù)警系統(tǒng)，結(jié)合現(xiàn)實(shí)情況，主要使用的是移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)（4G 移動(dòng)通信）、Wifi 通信、自組網(wǎng)通信和衛(wèi)星通信四種通信模式。在此基礎(chǔ)上預(yù)留二次開發(fā)接口，便于后期擴(kuò)展其他可用通信模式。多模通信需要對(duì)通信模式的選擇和切換進(jìn)行管理，本文采用自動(dòng)切換和手動(dòng)切換兩種方式進(jìn)行通信模式的選擇。自動(dòng)切換的依據(jù)是預(yù)警數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)當(dāng)前環(huán)境下各通信模式的通信鏈路質(zhì)量，以最優(yōu)的通信鏈路作為發(fā)送通道；手動(dòng)切換即在軟件中集成各通信接口，設(shè)置通信模式切換界面，當(dāng)手動(dòng)選擇某種通信方式時(shí)，發(fā)送數(shù)據(jù)的接口就會(huì)切換到該通信接口。

為滿足多模通信模式的共存與選擇問題，且易于在不同通信模式間進(jìn)行切換管理，預(yù)警信息的分發(fā)采用統(tǒng)一的責(zé)任人通信系統(tǒng)，通信系統(tǒng)的成員名字是唯一標(biāo)示。在底層通信協(xié)議中實(shí)現(xiàn)不同通信模式的選擇和切換，采用一個(gè)標(biāo)志位的不同值代表不同通信模式的方法進(jìn)行區(qū)分。

（5）預(yù)警屬性確認(rèn)

根據(jù)信息采集系統(tǒng)采集解析的預(yù)警信息進(jìn)行預(yù)警信息屬性的選擇，預(yù)警屬性包括預(yù)警類別，預(yù)警區(qū)域，預(yù)警時(shí)間范圍，預(yù)警發(fā)布對(duì)象。預(yù)警類別以列表的形式建立存儲(chǔ)，并預(yù)留添加接口，可根據(jù)具體實(shí)際情況對(duì)預(yù)警種類進(jìn)行調(diào)整。確定了預(yù)警種類后，對(duì)應(yīng)不同地圖繪圖工具，在地圖上繪制的不同種類的預(yù)警區(qū)域以顏色作為區(qū)別。通過時(shí)間選擇插件的形式進(jìn)行預(yù)警時(shí)間范圍的設(shè)計(jì)，可快速進(jìn)行起止時(shí)間的選擇，可精確到分鐘級(jí)。預(yù)警發(fā)布對(duì)象以上述責(zé)任人通信錄為統(tǒng)一選擇范圍，可同時(shí)選擇多個(gè)群組或者個(gè)人。

（6）預(yù)警信息接收

通過對(duì)預(yù)警屬性的選擇確認(rèn)，所有相關(guān)參數(shù)和量值（包括種類、地圖區(qū)域（經(jīng)緯度坐標(biāo)點(diǎn)組成的圖層）、時(shí)間范圍等）以一個(gè)數(shù)據(jù)模型保存在數(shù)據(jù)庫中，對(duì)應(yīng)唯一ID 標(biāo)識(shí)值，預(yù)警發(fā)布軟件通過不同通信模式將帶有ID 標(biāo)識(shí)的數(shù)據(jù)模型按照所選責(zé)任人通信錄發(fā)送出去，接收方接收到的就是上述帶有ID 標(biāo)識(shí)的數(shù)據(jù)模型。通過對(duì)該數(shù)據(jù)模型進(jìn)行解析，得到對(duì)應(yīng)的種類、區(qū)域和時(shí)間范圍。設(shè)計(jì)不同種類預(yù)警信息在接收方產(chǎn)生不同的聲音和震動(dòng)提醒，并彈出包括簡要信息的提示框，可以選擇是否在地圖上加載預(yù)警區(qū)域范圍。

3 開發(fā)流程

本文采用Android Studio 開發(fā)平臺(tái)展開設(shè)計(jì)開發(fā)，Android Studio 相較與傳統(tǒng)軟件開發(fā)平臺(tái)Eclipse 具有以下優(yōu)勢：速度更快、強(qiáng)大的UI 編輯器、更完善的插件系統(tǒng)、整合了Gradle 構(gòu)建工具、整合版本控制系統(tǒng)（如GitHub，SVN 等），開發(fā)語言采用JAVA。

預(yù)警發(fā)布系統(tǒng)主體分為發(fā)送與接收兩個(gè)部分，開發(fā)過程中使用的是發(fā)布/訂閱事件總線（EventBus 模式），主要功能是替代各線程之間傳遞消息，優(yōu)點(diǎn)是開銷小、代碼更優(yōu)雅，可簡單方便地使發(fā)送端和接收端之間實(shí)現(xiàn)解耦。結(jié)合上述整體框架和各模塊設(shè)計(jì)思路，預(yù)警發(fā)布系統(tǒng)的具體開發(fā)流程如圖2 所示。

圖2 設(shè)計(jì)開發(fā)流程圖

4 應(yīng)用實(shí)例

預(yù)警發(fā)布系統(tǒng)以信息采集系統(tǒng)采集處理過的信息為預(yù)警信息來源，以地理信息系統(tǒng)（GIS）為二次開發(fā)平臺(tái)，可選擇不同通信模式進(jìn)行預(yù)警信息發(fā)布，在自然災(zāi)害預(yù)防領(lǐng)域具有一定的應(yīng)用價(jià)值，以軟件主要功能界面為例簡要說明其使用方法，如圖3 所示。

圖3 軟件主要功能界面示圖

其中，圖3（a）為軟件主界面，以矢量圖層、影像圖層組成的地圖為背景，可進(jìn)行基本地圖操作，可以進(jìn)行預(yù)警信息屬性的選擇，包括類型、時(shí)間、人員等信息屬性。當(dāng)點(diǎn)擊一種預(yù)警類型時(shí)會(huì)提示讓在地圖上繪制預(yù)警區(qū)域范圍，如圖3（b）所示，選擇的預(yù)警類型是“臺(tái)風(fēng)”，在地圖上繪制出的圖形為紅色區(qū)域，其他類型會(huì)對(duì)應(yīng)其他不同顏色以示區(qū)別。確定好預(yù)警區(qū)域之后，需要對(duì)預(yù)警時(shí)間范圍進(jìn)行選擇，點(diǎn)擊“時(shí)間”出現(xiàn)起始時(shí)間選擇框，如圖3（c）所示，可快速進(jìn)行時(shí)間范圍選擇。點(diǎn)擊“人員”，調(diào)用系統(tǒng)通信錄界面，圖3（d）所示，可進(jìn)行多個(gè)群組和人員的復(fù)選，可對(duì)通信錄內(nèi)容進(jìn)行編輯、添加、刪除等管理操作。點(diǎn)擊“發(fā)送”按鈕，即可將編輯組織好的預(yù)警信息發(fā)布給選擇的發(fā)布對(duì)象，通信方式的選擇在后臺(tái)進(jìn)行選取。接收端手機(jī)根據(jù)不同的預(yù)警類型產(chǎn)生相應(yīng)的聲音、震動(dòng)等提示，接收到提示消息后進(jìn)入軟件，即可在與發(fā)送端同比例尺地圖上顯示預(yù)警區(qū)域。

5 結(jié)束語

本文設(shè)計(jì)的預(yù)警發(fā)布系統(tǒng)結(jié)合地理信息系統(tǒng)（GIS）實(shí)現(xiàn)，通信方式用多種通信方式替代傳統(tǒng)的短信方式，具有針對(duì)性地解決了目前常用的對(duì)于自然災(zāi)害預(yù)警發(fā)布系統(tǒng)存在的局限性，且此系統(tǒng)是以手機(jī)為安裝平臺(tái)，相較于PC 端系統(tǒng)平臺(tái)具有便捷高效等優(yōu)點(diǎn)。另外，該系統(tǒng)與其他APP 同樣具有后臺(tái)提醒功能，即在沒有打開軟件系統(tǒng)的情況下亦可接收預(yù)警信息且有相應(yīng)提示。此軟件為工作人員提供一個(gè)便捷高效的預(yù)警發(fā)布平臺(tái)，以使各級(jí)單位能夠提前采取有效防范處置，達(dá)到降低自然災(zāi)害給人們帶來的將財(cái)產(chǎn)損失和人員傷亡的目的。