北斗应急播报系统的设计与实现

豆增发

（中国电子科技集团公司第二十研究所，西安 710068）

关键字：北斗；RDSS；应急播报；语音合成；直播

0 引言

面对空中袭击、生化威胁等军事灾难，目前的预警系统存在通信手段单一、链路不可靠、与其他媒体不连通等问题[1-3]。防空预警网络普遍应用中短波电台进行警报信号的传递，当局部中继节点出现故障时，会出现后续报警点无法报警的问题。防空警报不能与互联网、4G 网络、电视网络和广播网络连通，渠道单一。每个城市的报警指挥中心之间没有通信链路，各自之间相互独立，不能形成有效的报警网络。面对地震、山洪、泥石流等自然灾害，各部门各自为阵，没有一个健全的纵向和横向连通的预警网络。目前急需打破部门界限及不同部门的信息垄断边界，形成纵横协同、信息共享的预警网络，以便强化部门之间预警联动，统筹管理。面对疫情、化学泄漏、火灾、安全生产事故等应急事件，目前各部门临时处置，没有常规化的宣传和预警手段。如果在社区、园区、街道等地设置常规的宣传设施，平时进行应急知识的宣传，当出现紧急事件时进行预警及调度指挥，可以大大减少事故造成的伤害[4-7]。

北斗位置数据和短报文通过北斗卫星导航系统链路传输，具有信号覆盖全球范围、通信距离没有限制、地面通信设备建设成本低等优点，可以对偏远山区及通信困难地区实现有效覆盖，解决互联网、4G、FM 和中短波电台等通信手段通信距离受限和链路不可靠的问题，能够在战争、重大灾害和突发事件中发挥关键作用。利用北斗技术的优势，融合常规通信手段，研发北斗应急播报终端和管理系统，实现通信覆盖无盲区，应急工作无死角，部门协同无壁垒，指令畅通无障碍。

1 系统设计

北斗应急播报系统由北斗应急播报终端、北斗手持机、各级管理计算机和管理中心组成[8-12]。管理中心由数据分发服务器、管理平台服务器、音视频处理设备、音频直播平台、数据库服务器、通信计算机和北斗指挥机等组成。系统支持北斗卫星网络、互联网、移动互联网、FM 广播和中短波无线电台等多种通信网络。系统与融媒体中心连通，融合短信、电视、公众号等多种新型媒体手段，实现警报信息全方位无死角覆盖。管理权限分为省级管理、地市级管理、区县级管理、乡镇级/街道级和村级/社区级管理五级分层管理，形成纵向管理体系；同时，人防办、军队、应急部门、武装部门和防疫部门等多个部门统筹管理，形成横向协同体系。具体的网络架构如图1 所示。

基于北斗的应急播报系统采用终端加软件平台的结构设计模式[12]。系统主要由应急播报管理平台、播放终端及其他部分构成，是一个以互联网云计算和北斗网络通信为基础的应急语音服务系统。

管理平台包含终端管理、播放策略、媒体资源、系统管理和账号设置等功能。系统管理员在该系统中对用户进行注册授权，用户才可以登录系统，对指定权限范围内的终端进行管理。媒体资源包含媒体资源类别管理、媒体资源管理、媒体资源预审和网络资源管理。用户可以通过媒体资源管理和网络资源管理对音频文件和网络广播资源进行管理，利用媒体资源预审对上传的音频文件进行预先审核，通过资源类别管理对媒体资源分类。

播放终端包括北斗应急播报终端和无人机机载喇叭。应急播报终端通过互联网接收管理平台下发的策略并进行管理，也可以通过北斗卫星通讯接收来自管理平台的短报文信息，将信息进行相应处理后，执行定时进行本地音频播放、应急播报播发、网络广播或语音直播等操作；如果接收到的是操作指令，则进行相应操作，如应急播报终端的重启、休眠等操作；同时，可以根据策略要求修改终端相关参数，以适应实际使用场景。应急播报终端还可以接收FM 调频广播信号，由管理终端通过Web管理平台策略控制，可以在每天定时向特定地区的人群播报特定的广播节目，如《新闻联播》等。无人机喇叭可通过自有数传链路接收来自地面的信息。同时，无人机喇叭集成了网络模块，可以通过无人机手持管理终端连接安卓智能手机，借助4G无线网络接收来自地面的信息，然后根据需求播放接收到的信息。

应急播报管理平台有各级应急管理部门计算机终端和移动端两种，用户角色分为管理员和普通用户。在计算机终端，用户通过管理终端登录Web管理平台，主要完成上下级信息交互、本级信息播发和播放策略下发等工作。移动端实现了与计算机终端基本一致的功能，唯一不同的是，移动端集成了语音直播功能，已在管理平台注册过的管理员用户可以登录移动端语音直播系统，查看应急播报终端在线情况，能够选择指定应急播报终端，进行语音直播功能。

2 应急播报装备设计

2.1 硬件设计

北斗应急播报终端包含主要部件包括ARM主控制模块、北斗RDSS 模块、通信模块及功放模块，北斗RDSS模块、通信模块及功放模块均与控制模块连接。功放模块包括功率放大器和扬声器。原理图如图2所示。

固定安装的北斗应急播报终端有大功率分体式和户外一体式两种。前者北斗数传终端和大功率扬声器与主机分开设计，分体安装，适用于防空警报等需要大功率输出的场景，最大功率可达2000W。后者所有部件集成到一个箱体中，适用于社区等场景，功率较小，标准功率100 W 左右。外观示意图如图3所示。

从外观结构上看，无人机挂载播报终端由挂载底座、主控盒和定向喇叭三部分组成。挂载底座留了四个可安装螺孔，便于固定在无人机上。主控盒内部有北斗RDSS模块、ARM主控板、TTS模块、电池、电源模块和功放板等主要部件。定向喇叭安装在主控盒的下面。外观图如图4所示。

2.2 功能设计

北斗应急播报终端的功能主要包括策略管理、音频播放，网络广播播放、直播、定时设置时间、定时上报心跳、音量设置、软件重启、继电器控制、局域网参数设置、周期任务查询、休眠设置、版本更新、接收北斗短报文和语音转换等功能。具体的功能结构图如图5所示。

3 工作流程设计

北斗应急播报终端在系统启动后，读取终端参数，同步时间，与服务器建立长连接，定时发送心跳，接收服务器端发来的策略并执行。同时，周期性地查询本地存储的任务，定时播放音频文件或网络广播。启动流程如图6所示。

直播流程如图7所示。从图中可以看出，用户先登录直播APP，选择需要直播的组织，再选择该组织下需要直播的应急播报终端，上报直播策略。推送子系统收到该策略，保存到数据库中，同时下发给智能应急播报终端终端，然后向云直播服务器推送音频数据。应急播报终端收到策略，接收直播数据。

策略下发流程如图8所示。首先登录管理平台，往数据库中添加策略，推送子系统轮询查到最新数据，发送到智能应急播报终端，终端收到策略给予回复。推送子系统收到回复修改数据库参数。

4 结语

针对防空、防灾、应急等领域中存在的问题，本文利用北斗RDSS技术，融合常规通信手段，提出了支持北斗定位、短报文、4G、FM和短波电台等多种通信模式的北斗应急播报系统，该系统具备防空警报、语音播报、时间同步、定时播放和在线直播等功能，显著提升了当前应急播报系统的可靠性及可用性。北斗位置数据和短报文通过北斗卫星导航系统链路传输，具有信号覆盖全球范围、通信距离没有限制、地面通信设备建设成本低等优点，可以对偏远及山区等通信困难地区实现有效覆盖，解决互联网、4G、FM 和中短波电台等通信手段通信距离受限和链路不可靠的问题[13-15]，能够在战争、重大灾害、紧急事件和疫情防控中发挥关键作用。在极端情况下（比如战争、自然灾害、生化泄漏等），互联网、4G、FM等通信手段距离受限或链路不可靠时，利用北斗的技术优势，依然能够通过广播向公众提供应急信息，真正意义上保障应急播报的最后一道防线。