豆增發(fā)

（中國電子科技集團公司第二十研究所，西安 710068）

關鍵字：北斗；RDSS；應急播報；語音合成；直播

0 引言

面對空中襲擊、生化威脅等軍事災難，目前的預警系統(tǒng)存在通信手段單一、鏈路不可靠、與其他媒體不連通等問題[1-3]。防空預警網絡普遍應用中短波電臺進行警報信號的傳遞，當局部中繼節(jié)點出現故障時，會出現后續(xù)報警點無法報警的問題。防空警報不能與互聯網、4G 網絡、電視網絡和廣播網絡連通，渠道單一。每個城市的報警指揮中心之間沒有通信鏈路，各自之間相互獨立，不能形成有效的報警網絡。面對地震、山洪、泥石流等自然災害，各部門各自為陣，沒有一個健全的縱向和橫向連通的預警網絡。目前急需打破部門界限及不同部門的信息壟斷邊界，形成縱橫協同、信息共享的預警網絡，以便強化部門之間預警聯動，統(tǒng)籌管理。面對疫情、化學泄漏、火災、安全生產事故等應急事件，目前各部門臨時處置，沒有常規(guī)化的宣傳和預警手段。如果在社區(qū)、園區(qū)、街道等地設置常規(guī)的宣傳設施，平時進行應急知識的宣傳，當出現緊急事件時進行預警及調度指揮，可以大大減少事故造成的傷害[4-7]。

北斗位置數據和短報文通過北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)鏈路傳輸，具有信號覆蓋全球范圍、通信距離沒有限制、地面通信設備建設成本低等優(yōu)點，可以對偏遠山區(qū)及通信困難地區(qū)實現有效覆蓋，解決互聯網、4G、FM 和中短波電臺等通信手段通信距離受限和鏈路不可靠的問題，能夠在戰(zhàn)爭、重大災害和突發(fā)事件中發(fā)揮關鍵作用。利用北斗技術的優(yōu)勢，融合常規(guī)通信手段，研發(fā)北斗應急播報終端和管理系統(tǒng)，實現通信覆蓋無盲區(qū)，應急工作無死角，部門協同無壁壘，指令暢通無障礙。

1 系統(tǒng)設計

北斗應急播報系統(tǒng)由北斗應急播報終端、北斗手持機、各級管理計算機和管理中心組成[8-12]。管理中心由數據分發(fā)服務器、管理平臺服務器、音視頻處理設備、音頻直播平臺、數據庫服務器、通信計算機和北斗指揮機等組成。系統(tǒng)支持北斗衛(wèi)星網絡、互聯網、移動互聯網、FM 廣播和中短波無線電臺等多種通信網絡。系統(tǒng)與融媒體中心連通，融合短信、電視、公眾號等多種新型媒體手段，實現警報信息全方位無死角覆蓋。管理權限分為省級管理、地市級管理、區(qū)縣級管理、鄉(xiāng)鎮(zhèn)級/街道級和村級/社區(qū)級管理五級分層管理，形成縱向管理體系；同時，人防辦、軍隊、應急部門、武裝部門和防疫部門等多個部門統(tǒng)籌管理，形成橫向協同體系。具體的網絡架構如圖1 所示。

基于北斗的應急播報系統(tǒng)采用終端加軟件平臺的結構設計模式[12]。系統(tǒng)主要由應急播報管理平臺、播放終端及其他部分構成，是一個以互聯網云計算和北斗網絡通信為基礎的應急語音服務系統(tǒng)。

管理平臺包含終端管理、播放策略、媒體資源、系統(tǒng)管理和賬號設置等功能。系統(tǒng)管理員在該系統(tǒng)中對用戶進行注冊授權，用戶才可以登錄系統(tǒng)，對指定權限范圍內的終端進行管理。媒體資源包含媒體資源類別管理、媒體資源管理、媒體資源預審和網絡資源管理。用戶可以通過媒體資源管理和網絡資源管理對音頻文件和網絡廣播資源進行管理，利用媒體資源預審對上傳的音頻文件進行預先審核，通過資源類別管理對媒體資源分類。

播放終端包括北斗應急播報終端和無人機機載喇叭。應急播報終端通過互聯網接收管理平臺下發(fā)的策略并進行管理，也可以通過北斗衛(wèi)星通訊接收來自管理平臺的短報文信息，將信息進行相應處理后，執(zhí)行定時進行本地音頻播放、應急播報播發(fā)、網絡廣播或語音直播等操作；如果接收到的是操作指令，則進行相應操作，如應急播報終端的重啟、休眠等操作；同時，可以根據策略要求修改終端相關參數，以適應實際使用場景。應急播報終端還可以接收FM 調頻廣播信號，由管理終端通過Web管理平臺策略控制，可以在每天定時向特定地區(qū)的人群播報特定的廣播節(jié)目，如《新聞聯播》等。無人機喇叭可通過自有數傳鏈路接收來自地面的信息。同時，無人機喇叭集成了網絡模塊，可以通過無人機手持管理終端連接安卓智能手機，借助4G無線網絡接收來自地面的信息，然后根據需求播放接收到的信息。

應急播報管理平臺有各級應急管理部門計算機終端和移動端兩種，用戶角色分為管理員和普通用戶。在計算機終端，用戶通過管理終端登錄Web管理平臺，主要完成上下級信息交互、本級信息播發(fā)和播放策略下發(fā)等工作。移動端實現了與計算機終端基本一致的功能，唯一不同的是，移動端集成了語音直播功能，已在管理平臺注冊過的管理員用戶可以登錄移動端語音直播系統(tǒng)，查看應急播報終端在線情況，能夠選擇指定應急播報終端，進行語音直播功能。

2 應急播報裝備設計

2.1 硬件設計

北斗應急播報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聲器。原理圖如圖2所示。

固定安裝的北斗應急播報終端有大功率分體式和戶外一體式兩種。前者北斗數傳終端和大功率揚聲器與主機分開設計，分體安裝，適用于防空警報等需要大功率輸出的場景，最大功率可達2000W。后者所有部件集成到一個箱體中，適用于社區(qū)等場景，功率較小，標準功率100 W 左右。外觀示意圖如圖3所示。

從外觀結構上看，無人機掛載播報終端由掛載底座、主控盒和定向喇叭三部分組成。掛載底座留了四個可安裝螺孔，便于固定在無人機上。主控盒內部有北斗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 功能設計

北斗應急播報終端的功能主要包括策略管理、音頻播放，網絡廣播播放、直播、定時設置時間、定時上報心跳、音量設置、軟件重啟、繼電器控制、局域網參數設置、周期任務查詢、休眠設置、版本更新、接收北斗短報文和語音轉換等功能。具體的功能結構圖如圖5所示。

3 工作流程設計

北斗應急播報終端在系統(tǒng)啟動后，讀取終端參數，同步時間，與服務器建立長連接，定時發(fā)送心跳，接收服務器端發(fā)來的策略并執(zhí)行。同時，周期性地查詢本地存儲的任務，定時播放音頻文件或網絡廣播。啟動流程如圖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急播報終端，上報直播策略。推送子系統(tǒng)收到該策略，保存到數據庫中，同時下發(fā)給智能應急播報終端終端，然后向云直播服務器推送音頻數據。應急播報終端收到策略，接收直播數據。

策略下發(fā)流程如圖8所示。首先登錄管理平臺，往數據庫中添加策略，推送子系統(tǒng)輪詢查到最新數據，發(fā)送到智能應急播報終端，終端收到策略給予回復。推送子系統(tǒng)收到回復修改數據庫參數。

4 結語

針對防空、防災、應急等領域中存在的問題，本文利用北斗RDSS技術，融合常規(guī)通信手段，提出了支持北斗定位、短報文、4G、FM和短波電臺等多種通信模式的北斗應急播報系統(tǒng)，該系統(tǒng)具備防空警報、語音播報、時間同步、定時播放和在線直播等功能，顯著提升了當前應急播報系統(tǒng)的可靠性及可用性。北斗位置數據和短報文通過北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)鏈路傳輸，具有信號覆蓋全球范圍、通信距離沒有限制、地面通信設備建設成本低等優(yōu)點，可以對偏遠及山區(qū)等通信困難地區(qū)實現有效覆蓋，解決互聯網、4G、FM 和中短波電臺等通信手段通信距離受限和鏈路不可靠的問題[13-15]，能夠在戰(zhàn)爭、重大災害、緊急事件和疫情防控中發(fā)揮關鍵作用。在極端情況下（比如戰(zhàn)爭、自然災害、生化泄漏等），互聯網、4G、FM等通信手段距離受限或鏈路不可靠時，利用北斗的技術優(yōu)勢，依然能夠通過廣播向公眾提供應急信息，真正意義上保障應急播報的最后一道防線。