山洪灾害预警预报手机指令集成策略研究——以浙江省金华市金华江流域为例

孙 皓，张 扬，陈洪飞

（杭州定川信息技术有限公司，浙江 杭州，310000）

山洪属于一种突发性灾害，具备极强的破坏力并能够造成极大的损失，如城镇被淹没、房屋等建筑被冲塌、基础设施受损、河流形态发生改变、自然环境遭到破坏、人员伤亡率高等，经济损失相当惨重，对公众的生命及财产安全产生了明显的威胁[1]。在所有自然灾害中，山洪灾害是相当常见的，其特征主要体现在突发性、不可预见性和无规律性等方面，假若能够对这种风险隐患进行精准识别并及时的发布预警信息，便能够对事态进行有效控制，尽可能的降低人员和财产损失[2]。当前阶段，面向公众发布山洪灾害预警的常用方式为：在隐患点附近以广播形式散播信息或将预警信息以短信形式发送至用户手机[3]。然而这两种方式所暴露出来的不足为：流动人员往往难以接收到以广播或短信形式发送的预警信息、难以对预警发布成果进行有效判断[4]。

本文提出了一种基于手机指令集成策略的山洪灾害预警预报方案，具有体量大、宏观性、粒度小、时空性等特点，相比于传统的广播预警和短信预警，基于手机指令集成策略的山洪灾害预警预报方案可以按隐患点威胁区域预警、感知威胁区域实时人员数量、降低已撤离区域的伤亡[5]，它既能实现动态人员的预警发布，也能判断预警发布后的效果，并且可以对任意区域或者危险区域进行预警发布，人员流动不影响预警发布，可实时感知危险区人员数量，降低已撤离区域的人员伤亡，保证撤离预警的效果。

1 研究区概况

金华江地处浙江省金华市，根据第七次全国人口普查数据，金华市常住人口为70.51万人，2021年，金华市实现地区生产总值5 355.44亿元。金华江又名婺江，由金华苏村流入兰溪市内，经黄烟溪口、石子排至马公滩与衢江汇合。市内流长20.5km，流域面积134km2。上游多洪水，挟大量泥砂砾石而下，故江窄滩多水浅。研究区属亚热带季风气候，处浙江省主要的暴雨中心。流域以山区河流为主，水流距离不长且流速湍急，容易形成高流量洪峰。此外，由于历史原因，局部地区森林覆盖率有所降低，水土流失损坏了流域的下垫面，水源涵蓄能力有所减弱，成为山洪灾害的重要诱因[6]。山洪灾害既毁坏了当地的基础设施，也极大的威胁到了群众的生命安全，直接阻碍并限制了区域经济和社会长期、稳定发展。本文选取金华市金华江流域为研究区，提出了山洪灾害预警预报发布的手机指令集成和解决方案。

2 手机信令定义、特点

2.1 手机信令定义

手机信令数据指的是运营商通过基站获取到的并完整记录的，与手机通话、短信或位置移动等操作有关的数据信息。就国内来看，手机信令大数据的供应主体主要是一些通讯运营商，运营商在移动通信网的辅助下，对手机信令数据进行及时、全面的获取[7]。从数据获取方式来看，手机数据有两类，即手机话单及手机信令。其中，手机话单数据指的是手机用户对通信服务进行使用时，通讯运营商依靠话单计费系统所获取短信、通话或流量等一系列的计费信息。手机信令数据指的是在移动通信系统辅助下获取到的与手机的位置和时间切换有关的信息。就移动手机来看，其在既定时间段会向基站系统进行信息的自动传送，并向移动业务交换中心上报。在对接口信令进行检测和解析的基础上，能够对目标范围内所有手机的位置及数据上传的时间戳信息进行全面获取。

2.2 手机信令特点

（1）体量大。为了增强管理和计算统一性并提升其有关工作效率，运营商服务器对辖区内用户的所有信令数据进行完整的存储。所有手机都在移动信号接收过程中和基站始终维持着通信联系。服务器定期记录用户的通话、上网、短信和后台操作等一系列的数据传送信息[8]。数据的形成和记录是从不间断的，就此产生了惊人的数据量。

（2）宏观性。鉴于信令数据具备相当大的体量和广泛的用户覆盖面，总体来看，其能够反映出金华市金华江流域发生山洪灾害危险时群众转移情况，具有一定的宏观性。这种特点使金华市水利局从宏观上判断出当前预警村落的群众是否已转移，政府部门也能够在分析此特征的基础上，将公众需求充分挖掘出来，更好的为社会和广大群众服务。

（3）粒度小。信令数据在用户的手机操作过程中不断产生，用户的上网、通话等信令都得以保存。从时间方面来看，当人们所享受到的手机服务逐步由通话向网络转变的情况下，与传统的通话、短信服务相比，上网服务所产生的信令记录更多。此类服务的时间精度非常高，能够更加方便的分析用户行为。

（4）时空性。用户和基站间的通信信息也以信令数据的形式被记录下来，而基站信息通常又以位置坐标的形式将其空间特征展现出来。在信令数据中进行位置信息的提取，最终呈现出相应的轨迹。

3 山洪灾害预警预报的手机指令集成策略设计

我国拥有全球规模最大、基站数量最多的高密度移动通信网络。根据工信部发布的2020年中国通信业统计公报显示：2020年，全国移动通信基站总数达931万个，全年净增90万个。其中4G基站总数达到575万个，城镇地区实现深度覆盖。由此可见，运营商的无线通信基站覆盖了金华市金华江流域大部分山洪灾害点，这让基于手机指令发布山洪灾害预警预报方案具备了可行性。设计内容如下：

（1）自定义框选功能。根据金华市金华江流域山洪灾害隐患点的影响区域，划定一个需要发布预警的框选范围，可以是一个自定义的多边形，然后以经纬度的方式提供给电信运营商。电信运营商根据这个框选区域的范围，通过大数据分析技术，可以统计出这个框选区域内经过脱敏处理的统计结果。

（2）去重功能。为了不重复计算同一个用户信息，必须执行去重操作。统计数据在经过去重处理后，才能真实体现区域内的实际活动人数。

（3）短信群发功能。当某个山洪灾害隐患点出现了非正常的监测数据时，应该及时发布预警信息，在短信群发功能的辅助下，面向灾害点周边的用户进行预警信息的发送，可根据灾害情况自行编制短信内容。

以上功能服务通过运营商的服务接口与山洪灾害预警预报系统实现对接，用户可在山洪灾害预警预报系统中进行操作。例如在山洪灾害监测点的数据发生异常，经过山洪灾害预警预报系统以及水利专家分析，认为这时候需要对身处山洪危险区域内的所有人员发送预警短信，通过在山洪灾害预警预报系统中划定威胁区域范围，系统调用运营商服务接口，即可查到该区域内的人员数量。然后在山洪灾害预警预报系统中编辑预警短信内容，通过调用运营商的短信群发功能，将该预警短信内容发送到威胁区域内的所有人员。

4 山洪灾害预警预报的手机指令集成案例

金华市金华江流域由于特定的地理位置、复杂的地形地貌、发达的水系条件，受台风、强降雨影响，山洪灾害的爆发率相当高。山洪灾害既损害了山丘地区的基础设施，同时也极大的威胁到了群众的生命及财产安全。在防灾减灾工作中，已经成为一项突出性问题，极大的阻碍并制约了当地经济和社会长期稳定发展。2021年第6号台风“烟花”登录期间，金华市金华江流域受台风影响产生大暴雨，金华市水利局通过手机信令平台，及时向两岸群众发送预警短息，做到提前人员转移，及时掌握人员转移动态，配合语音电话智能呼叫功能，台风过后，无人员伤亡，经济损失也降到了最低。

4.1 预警流程

金华市水利局手机信令平台首先从后台获取气象短临预报数据，用户制定预警规则，生成预警指标；当降雨达到设定的预警指标时，系统将自动触发预警，生成电子围栏，利用手机信令的短信网关向预警区域内的人员发送预警短信，通知群众提前做好安全防范措施；当降雨达到预警指标以下后，系统可以自动终止预警，用户也可以在预警信息列表中手动停止预警，关闭短信发送。

4.2 制定预警规则

制定面向公众的山洪灾害气象预警规则，确定1、3小时预警指标，并提供指标自定义修改功能。预报预警的思路为：基于气象提供的未来1小时和3小时1km*1km网格数值预报，取某网格预报雨量为R，与网格覆盖范围内各区域两级预警指标对比，如触发橙色、红色预警指标，则将相应区域标示为对应颜色闪烁，并向该区域内的群众发送预警。

4.3 电子围栏

根据未来1、3小时气象数值预报和山洪灾害预警规则，动态生成未来1、3小时可能发生山洪灾害区域的空间位置，并形成降雨预警的区域范围及范围坐标串数据，以便预警对象的捕获。在此基础上利用电子围栏和山洪灾害可能影响区域，通过手机信令服务通用模块获取由移动、联通、电信三大运营商捕获电子围栏内人员数量、大致分布位置信息，确定可能影响范围内的人群；并可以在预警有效期内动态获取及数据刷新。

4.4 预警短信

通过手机信令平台中的短信网关中心集成移动、联通、电信三大运营商短消息网关，实现预警围栏范围内人群、发送内容、发送时间段、中止发送等通用接口，实现快速、稳定、全天候发送预警短信，实现预警区域内的人员自动发送手机预警短信。短信发送可设置同一区域内24小时只接收一次预警短信，避免造成不必要的重复推送，还可以对短信机运行状态、预警短信发送状态进行监控，统计、查看短信发送总量、已发送数量、未发送数量、发送成功率等，提供按照区域、时间段等分类统计功能，以便于对预警信息发布效果进行评估。

5 结 语

本文围绕山洪灾害预警预报发布的手机指令集成和解决方案，提出在通信、物联网、地理信息以及信令侦测等四种山洪防控技术的辅助下，从金华江流域现实的山洪灾害特征出发，对山洪风险进行严格有效的防控，减少甚至避免出现人员伤亡，尽可能的实现防洪减灾效益的提升。在国内5G技术高速发展和广泛运用的背景下，运营商建设了大量的基站，基站覆盖率及密度不断提升，以手机信令数据为根基来发布山洪预警信息，将逐步彰显出非常明显的优势。