北斗系统在国家综合减灾业务中的应用

· 文|民政部国家减灾中心、民政部灾害评估与风险防范重点实验室 廖永丰

北斗系统在国家综合减灾业务中的应用

· 文|民政部国家减灾中心、民政部灾害评估与风险防范重点实验室 廖永丰

《国家综合防灾减灾规划（2011—2015年）》提出要加强国家自然灾害监测预警评估和风险管理能力建设，完善自然灾害监测网络，加强国家综合防灾减灾空间基础设施建设；加强国家防灾减灾信息化能力建设，充分利用卫星通信、广播电视、互联网、导航定位和移动信息终端等手段，提高信息上报、远程会商、公众服务和应急保障能力，推进“数字减灾”建设，尤其提到导航定位技术在综合减灾中的应用。推进北斗卫星导航系统在减灾救灾领域的应用，对于完善国家综合减灾业务信息管理与服务平台，带动地方减灾救灾技术装备能力建设，提升重大自然灾害的风险防范与应急处置水平具有重大现实意义。

一、我国灾害管理信息化现状及北斗应用需求

“十二五”以来，国家减灾委、民政部一直致力于推动减灾救灾领域信息化建设，努力完善我国的灾害信息管理与服务网络。按照规划，我国灾害管理信息化建设的总体目标是建成纵向连接中央、省、地市、县区、乡镇、村（社区）6级，横向覆盖全国31个省（自治区、直辖市）和新疆生产建设兵团，地面宽带、卫星通信、移动通信多网络融合，上下贯通、左右衔接、互联互通、安全可靠的地面和现场灾害信息监测与服务一体化的信息网络系统，为灾害信息监测、预警、报送、共享、服务业务提供基础平台。经过多年的努力，我国灾害管理信息化建设取得了较大进展，31个省（自治区、直辖市）和新疆生产建设兵团的所有县级以上灾害管理部门已经实现了网络服务节点全覆盖，部分省（自治区、直辖市）开始向乡（镇）一级延伸，全国超过1/3的乡（镇）实现了网络报灾。目前，亟待解决的突出问题有：广大基层城乡社区和西部偏远地区基础网络建设相对滞后；重特大自然灾害现场应急通信保障能力差；缺乏覆盖全域、多网络融合、集成化灾害信息服务系统及专用终端。

北斗系统是我国自主建设维护的全球卫星导航定位系统，其定位、授时、短报文三位一体的特性，在提供辅助的天基应急通信保障、完善地面灾害信息管理与服务网络、消除地面通信网络盲区等方面具有独特优势，推进北斗系统在国家减灾救灾领域的应用是完善国家灾害信息服务网络的现实需求。

二、北斗系统在减灾救灾领域应用的优势

1.有助于解决灾后第一时间灾情快速上报和对现场应急救援活动的远程指挥监控

重大自然灾害发生后，民政部要求各级民政部门必须在2小时之内将现场灾情汇总上报民政部。同时，各级民政部门向灾害现场派出应急响应工作组，查看灾情，了解灾区需求，同时根据灾区需求，向灾区紧急调配帐篷等救灾物资。但是，由于灾区电力和地面通信网络发生大范围中断，现场灾情无法通过地面通信网络上报各级民政部门，各级民政部门也难以快速掌握现场总体受灾情况，并对现场应急救援工作组进行指挥调度和态势监控。北斗系统集导航、定位、授时、短报文等功能，终端购置成本低，通信费用低廉，不仅能够满足灾后应急救助通信联络和灾情快速上报业务需求，而且有利于面向基层大规模推广应用，是目前灾后应急通信保障方面最经济可行的天基通信方式。

2.有助于消除全国民政灾情报送网络的盲点，扩大覆盖范围

我国现有的灾害信息管理与服务网络主要依托公共网络建设。其中，部-省两级采用虚拟专用网络（VPN）专线，省-地（市）-县（区）-乡（镇）采用地面宽带，乡（镇）-村（社区）采用蜂窝通信。自然灾害灾情管理软件系统已经覆盖全国所有县级以上民政部门，部分省份开始向乡镇延伸。但是，受社会公用网络资源建设推广限制，我国的灾情报送网络系统覆盖范围还无法实现“纵向到底、横向到边”全覆盖。不同于行业专用网络，地面宽带、蜂窝通信等社会公用网络是容量导向性的网络，必然存在通信盲区。即便是我国中东部地区的热点区域，地面网络覆盖率的正常值也仅有90％～95％。由于地面通信网络建设严重滞后，这些地区灾情报送十分困难，其中不乏多灾、易灾的高风险区，灾情报送的时效性难以保证。北斗短报文通信覆盖我国全境及广大周边地区，在偏远地区、山区、牧区、林区及海岛等通信盲区推广使用北斗短报文通信进行报灾，面向基层乡镇及灾害高风险区的城乡社区建立北斗短报文补充通信方式，将彻底消除民政灾情报送网络覆盖的盲区，解决偏远地区灾情难以报送的难题。

3.有助于提升对减灾救灾人员、车辆的管理与信息服务水平

全国专职或兼职从事减灾救灾的人员目前有两大类：一是各级民政灾害管理人员，二是城乡基层灾害信息员。全国各级各类减灾救灾人员总规模超过70万，需装备大规模的灾情报送、应急救援、物资调运等手持和车载专用减灾信息装备。民政减灾救灾人员实行分级管理，遍布全国31个省（自治区、直辖市）和新疆生产建设兵团，规模巨大，地域分散，组成复杂、需求多样，实施有效管理监控和信息服务的技术难度相当大，目前尚缺乏统一的信息管理与服务平台。北斗卫星导航系统兼具定位、短报文通信一体化集成功能，为建设面向大规模减灾救灾人员及装备的监控管理与信息服务平台提供了技术条件。建设北斗减灾运营服务中心，向全国减灾救灾人员、救灾车辆装备专用的北斗减灾信息终端，实现对人员、车辆的空间位置、设备状态、应急活动情况等进行有效监控；灾害发生前，基于位置向位于灾害高风险区的减灾救灾人员定向发送灾害预警信息，引导基层减灾救灾人员做好群众的避险转移工作；重大灾害发生后，基于位置向灾害现场应急救助人员和救灾车辆定向推送灾情动态信息，引导现场人员和装备实施有针对性的救援行动，提高应急救助效率，降低信息发送成本。

三、北斗系统在减灾救灾领域的应用方向

北斗系统行业应用的技术架构由5部分构成，除了卫星星座外，有地面控制中心、运营服务中心、行业用户管理中心和用户终端。北斗运营实行资质许可制度，目前全国已获得运营服务资质的机构有9家。行业部门建立管理服务平台，面向本行业所有终端用户提供服务。北斗终端有兼容北斗短报文通信功能和北斗无源定位功能的车载、船载、机载、手持、自动测报等类型终端及OEM 模块。北斗卫星导航系统提供开放、授权两种服务。开放服务面向公众用户提供免费的定位、测速和授时服务，定位精度平面10m、高程10m，测速精度0.2m/s，单向授时精度50ns。授权服务面向授权用户提供高精度、高可靠性的定位、测速、授时和短报文通信服务。民政减灾救灾行业采用授权服务方式。北斗卫星导航系统行业应用总体架构见图1。

图1 北斗系统行业应用总体架构

目前，北斗系统在国家减灾救灾领域的应用主要有五大业务。

1.灾情信息采集监控

基层灾害信息员可利用北斗减灾信息终端采集现场灾情及其定位信息，通过地面2G/3G通信链路或北斗数据通信链路发送到北斗综合减灾后方应用平台，后方应用平台统一接收和管理所有北斗减灾信息终端上报的灾情信息，实现灾害现场高精确定位、位置与灾情信息采集上报、现场灾害损失评估，以及灾害高风险地区灾害信息的监测与汇总等功能。灾情信息采集监控应用模式见图2。

图2 灾情信息采集监控应用模式

2.应急救援指挥调度

面向重特大自然灾害的现场应急救助、转移安置和指挥调度需求，基于北斗卫星导航系统、网络地图服务技术及2G/3G移动通信，以数字地球为背景，以灾害现场为关注区域，实时汇集、统计、分析与展现各类现场灾情信息，提供应急救助需求评估、应急救援任务的路径规划、应急工作组的路径跟踪标绘、灾害现场态势信息监控，以及灾民转移安置地、转移安置路径等救灾信息和任务指令调度，实现现场应急救援指挥任务的前后方协同。

3.救灾物资调运监控

基于北斗系统提供复杂灾区路况的救灾物资运输路线规划、运输途中路况信息及灾情信息采集、救灾物资车辆运输位置与状态监控，以及救灾物资车辆自适应导航等功能，实现救灾物资运输过程的在线查询、可视化监控及任务调度管理。

4.现场人员应急搜救

面向现场被困人员应急搜救需求，基于北斗定位、短报文通信及2G/3G移动通信服务提供被困人员的定位、现场应急搜救任务的监控及现场应急搜救信息调度与分发等功能，实现现场救援任务的前后方协同，满足快速响应、连续跟踪、迅速搜救。

5.灾害信息发布服务

北斗卫星

面向基层灾害信息员和各级灾害管理人员的信息服务需求，基于北斗定位、短报文通信及2G/3G移动通信提供北斗减灾信息终端应用软件发布服务、灾情与任务数据包推送服务、短报文信息通知服务、灾害专题地图发布服务及现场信息支持服务等功能，实现现场灾情信息监控、移动信息服务及救灾应急通信保障服务能力。

四、北斗系统国家综合减灾应用系统总体设想

系统建设将面向重大自然灾害灾前预警与灾中应急救援中，灾情信息采集、报送、管理、服务及救灾指挥调度等业务对空间位置信息的应用需求，充分利用北斗卫星导航系统的导航、定位、授时和短报文功能，建设北斗卫星导航系统国家综合减灾应用平台，研制部署北斗减灾信息专用终端，建设基层城乡社区北斗移动减灾技术装备网络，形成相对完善的基于北斗系统的LBS应急减灾信息应用与服务技术体系。

根据我国现行的灾害行政管理体系，系统建设的理想架构应是搭建分布式的应用平台，研制部署统一的综合减灾业务软件系统，利用Web应用技术面向地（市）、县（区）和现场工作站提供定制业务应用，向乡（镇）和基层城乡社区大规模移动终端提供LBS移动应用服务，实现“部-省-地（市）-县（区）-乡（镇）-城乡社区”6级北斗综合减灾应用。北斗系统国家综合减灾与应急平台总体架构见图3。系统建设实行“总体设计、两级部署、分级应用”的运行维护机制，总体技术架构分为4级。

图3 北斗系统国家综合减灾与应急平台总体架构

1.北斗国家综合减灾云服务平台-部级主节点

依托部级民政灾害管理部门建设，由北斗综合减灾业务系统与多网络融合通信平台构成。其中，综合减灾业务软件系统具体包括灾情信息采集监控、废墟人员搜救、应急救助指挥调度、灾害信息发布服务等4大子系统；多网络融合通信平台具体包括北斗导航与通信、卫星广播通信、综合减灾业务网络接口等3大系统。支持北斗移动减灾技术装备的接入、现场灾情与救助信息的快速聚合、实时动态分析、基于位置的多层次多目标定向发布和大容量多媒体灾情信息卫星广播分发。

2.北斗国家综合减灾云服务平台-省级分节点

依托省级民政灾害管理部门建设，省级节点与部级节点的基本功能、总体架构和业务系统应用基本相同，部署灾情信息采集监控、废墟人员搜救、应急救助指挥调度、灾害信息发布服务等4大子系统。

3.市县应用工作站

市县级灾害管理部门部署应用工作。省级应用平台业务系统采用BS架构建设，本省所属市、县级灾害管理部门通过工作站访问省级应用平台，实现对辖区北斗移动灾害信息终端的管理、信息接入与聚合、实时动态分析、基于位置的定向服务，实现基于卫星广播的多媒体灾害信息分发。

4.现场应用平台

现场部署车载移动信息平台、北斗移动灾害信息终端自组网、基层社区北斗移动灾情直报网络，实现现场灾情信息直报、现场多元灾害信息一体化采集报送、现场应急救助与搜救协同指挥、灾情信息的共享与服务等功能。

研制配套的北斗减灾信息专用终端装备是北斗卫星导航系统国家综合减灾应用系统建设的另一重要任务。目前，国家及地方各级灾害管理对北斗专用终端的需求主要有灾情报送、现场应急救援、救灾车辆监控和LBS灾害信息服务等四类业务，终端研制的总体技术要求是智能、便携、高集成、多通信模式融合，且能适应灾区复杂环境应用，能够支持终端APP定制应用。

面向灾情信息采集报送业务，研制灾情直报型北斗减灾信息终端。该类终端的主要用户是遍布全国城乡社区的基层灾害信息员，其主要功能是开展现场灾情信息的采集和报送，基于移动终端APP实现位置、指标、照片、文本等多媒体信息的一体化采集，通信制式以蜂窝通信为主，能够支持北斗短报文功能扩展。

面向重大灾害现场应急救援业务，研制应急救援型北斗减灾信息终端。该类终端的主要用户是各级灾害应急管理人员和灾害应急救援人员，主要用于重大自然灾害现场应急救援、灾情核查评估、现场人员搜救等应用，其功能除兼具灾情直报型北斗减灾信息终端的所有功能外，还要求能够集成北斗短报文功能，具备灾区复杂环境作业能力和较长的电源续航能力。

面向救灾车辆和物资调度监控业务，研制车辆导航监控型北斗减灾信息终端。该类终端的主要用户是应急救援车辆和救灾物资调运车辆，主要用于重大自然灾害救援和救灾物资远程调度与监控，其功能除兼具通用车载导航仪的所有功能外，还要求能够集成北斗短报文功能，支持地面通信网络中断后车辆的远程监控应用。

面向灾区群众或社会大众，基于通用智能手机终端设备，通过软件定制开发能够满足LBS灾害信息服务的北斗，实现灾害预警信息、灾情与应急救助信息、灾情地图服务产品的广播分发和服务。

北斗减灾信息专用终端装备的研制是一个长期的过程，伴随着未来减灾救灾业务的拓展，终端需求将更趋多样化、型号将更加丰富、通信制式更加多元、结构设计更加时尚。目前，终端研制的主体仍以服务于民政减灾救灾业务系统内的各类用户为主，面向公众提供信息服务终端将由主要依托市场产品来完成。

推进北斗系统在各行业、各领域的应用是基本趋势。减灾救灾是保障经济社会持续发展的重要领域，事关国家公共安全和社会稳定，更是未来北斗系统推广应用的重点。实施北斗国家综合减灾应用示范工程，加速北斗减灾应用平台建设、配套技术装备部署和技术标准规范制订，对于未来全国民政减灾救灾部门推广应用北斗系统将奠定良好的基础。