基于地理信息的多模通信预警发布系统设计

［袁莹莹］

1 引言

近年来，台风暴雨洪涝灾害造成的人员伤亡和社会经济损失已成为影响社会安定和制约经济发展的重要因素，加强对台风暴雨洪涝灾害的监测、预报、预警和事前预防也成为政府高度重视和大力支持的重要工作之一。目前的预警信息发布主要通过短信模式实现，发送技术多采用短信猫、MAS 短信网关等方式[1]。随着防灾工作对预警信息的要求逐步提高，此前的发送系统技术存在一定的局限性，具体如下所述。

（1）短信形式的预警信息一般使用文字格式对灾情信息进行描述，这种方式不能直观地体现灾害预警具体区域。针对此问题，本文结合地理信息系统进行灾害预警发布软件设计，可在地图上具体地显示预警区域，以立体的地图形式替代平面的文字信息使预警体现更直观便捷。

（2）预警信息发布时，通常需要针对大数量级发送预警短信，而短时间内大批量发送的短信易被运营商当作垃圾短信处理，导致大部分地市的预警发布短信号码被封锁。多模通信可以针对性地解决此问题，结合现实情况，主要使用移动通信网络（4G 移动通信）、Wifi 通信、自组网通信和卫星通信4 种通信模式。

本文研究一种基于地理信息的多模通信预警发布系统，该系统为各级工作人员提供一个便捷、高效的预警信息发布平台，以使各级单位能够对灾情提早做好准备，采取有效防范处置，将人员伤亡和财产损失降到最低。

2 系统设计

基于地理信息的多模通信预警发布系统是以地理信息系统作为平台进行设计开发的，地理信息系统（Geographic Information System，简称GIS）是能提供存储、显示、分析地理数据功能的软件平台，主要功能包括数据输入与编辑、数据管理、数据操作以及数据显示和输出等[2]。地理信息系统可将设备数据与应用软件数据及非结构化数据绘制出一张灵活、立体的地图。在地理信息系统的基础上布置预警区域，可直观且准确地反映预警信息。

该系统主要作用是对台风、暴雨、洪涝、地震等自然灾害进行预警发布，发生自然灾害时，实际环境往往是复杂多变的，使用多种通信模式进行预警信息发布为预警发布提供通信保障。例如：在地震即将发生的区域移动通信网络（4G 移动通信）有可能会发生中断，可以使用卫星通信进行数据发送；在一个组队集体执行勘测任务时，需要快速在该组队进行预警信息的分发，可用自组网通信方式进行预警信息分发。本文设计的多模通信方式可以进行自动/手动两种方式进行切换，自动方式是指发送数据是根据各通信方式的通信链路质量的优劣进行自动选择，手动方式是指根据需要在软件内通过人工操作选择通信方式。

本文设计的预警发布系统的设计理念是能够方便、快速、可靠地对预警信息进行发送，根据上述原理说明进行整体设计和各模块开发集成。

2.1 整体结构

该预警发布系统开发是基于地理信息系统（GIS 组件）的二次开发。系统整体由预警信息采集[3]、地理信息系统、责任人通信录、通信模式选择、预警属性确认、预警信息接收构成，系统整体结构如图1 所示。

图1 系统整体结构示意图

2.2 模块设计

（1）预警信息采集

预警发布系统以信息采集系统（如国家突发公共事件预警发布系统）采集处理过的预警信息为信息来源，对格式正确的预警信息进行解析，抽取预警信息类别、预警区域范围、发布对象等。

（2）地理信息系统

基于地理信息系统实现预警系统的设计与开发，使用的地理信息系统不仅支持全球基础地理信息数据的组织管理，而且支持高清影像数据、矢量数据、目标数据与气象数据的一体化组织管理。地理信息系统为业务功能的实现提供统一的数据访问接口，具备访问、增、删、改、查等操作服务能力，其中数据的索引和描述为预处理完成后的数据建立统一索引ID 和为不同数据源建立元数据，数据的存储管理将数据以聚合文件、时空数据库等形式存储在本地或云端中，并建立对应的管理和备份机制，数据的加载调度从渲染引擎通过调度算法获得数据的索引ID，将对应数据载入到内存中，并建立缓存机制。

（3）责任人通信录

用于责任人数据的管理，主要为录入系统的各级用户，对系统所辖各级用户、各类责任人进行统计管理。功能包括通信群组的建立、编辑、保存、删除，通信个人的建立、编辑、保存、删除，属性包括级别、单位、名字等信息。

（4）通信模式选择

本文实现多模通信模式下的预警系统，结合现实情况，主要使用的是移动通信网络（4G 移动通信）、Wifi 通信、自组网通信和卫星通信四种通信模式。在此基础上预留二次开发接口，便于后期扩展其他可用通信模式。多模通信需要对通信模式的选择和切换进行管理，本文采用自动切换和手动切换两种方式进行通信模式的选择。自动切换的依据是预警数据发送时当前环境下各通信模式的通信链路质量，以最优的通信链路作为发送通道；手动切换即在软件中集成各通信接口，设置通信模式切换界面，当手动选择某种通信方式时，发送数据的接口就会切换到该通信接口。

为满足多模通信模式的共存与选择问题，且易于在不同通信模式间进行切换管理，预警信息的分发采用统一的责任人通信系统，通信系统的成员名字是唯一标示。在底层通信协议中实现不同通信模式的选择和切换，采用一个标志位的不同值代表不同通信模式的方法进行区分。

（5）预警属性确认

根据信息采集系统采集解析的预警信息进行预警信息属性的选择，预警属性包括预警类别，预警区域，预警时间范围，预警发布对象。预警类别以列表的形式建立存储，并预留添加接口，可根据具体实际情况对预警种类进行调整。确定了预警种类后，对应不同地图绘图工具，在地图上绘制的不同种类的预警区域以颜色作为区别。通过时间选择插件的形式进行预警时间范围的设计，可快速进行起止时间的选择，可精确到分钟级。预警发布对象以上述责任人通信录为统一选择范围，可同时选择多个群组或者个人。

（6）预警信息接收

通过对预警属性的选择确认，所有相关参数和量值（包括种类、地图区域（经纬度坐标点组成的图层）、时间范围等）以一个数据模型保存在数据库中，对应唯一ID 标识值，预警发布软件通过不同通信模式将带有ID 标识的数据模型按照所选责任人通信录发送出去，接收方接收到的就是上述带有ID 标识的数据模型。通过对该数据模型进行解析，得到对应的种类、区域和时间范围。设计不同种类预警信息在接收方产生不同的声音和震动提醒，并弹出包括简要信息的提示框，可以选择是否在地图上加载预警区域范围。

3 开发流程

本文采用Android Studio 开发平台展开设计开发，Android Studio 相较与传统软件开发平台Eclipse 具有以下优势：速度更快、强大的UI 编辑器、更完善的插件系统、整合了Gradle 构建工具、整合版本控制系统（如GitHub，SVN 等），开发语言采用JAVA。

预警发布系统主体分为发送与接收两个部分，开发过程中使用的是发布/订阅事件总线（EventBus 模式），主要功能是替代各线程之间传递消息，优点是开销小、代码更优雅，可简单方便地使发送端和接收端之间实现解耦。结合上述整体框架和各模块设计思路，预警发布系统的具体开发流程如图2 所示。

图2 设计开发流程图

4 应用实例

预警发布系统以信息采集系统采集处理过的信息为预警信息来源，以地理信息系统（GIS）为二次开发平台，可选择不同通信模式进行预警信息发布，在自然灾害预防领域具有一定的应用价值，以软件主要功能界面为例简要说明其使用方法，如图3 所示。

图3 软件主要功能界面示图

其中，图3（a）为软件主界面，以矢量图层、影像图层组成的地图为背景，可进行基本地图操作，可以进行预警信息属性的选择，包括类型、时间、人员等信息属性。当点击一种预警类型时会提示让在地图上绘制预警区域范围，如图3（b）所示，选择的预警类型是“台风”，在地图上绘制出的图形为红色区域，其他类型会对应其他不同颜色以示区别。确定好预警区域之后，需要对预警时间范围进行选择，点击“时间”出现起始时间选择框，如图3（c）所示，可快速进行时间范围选择。点击“人员”，调用系统通信录界面，图3（d）所示，可进行多个群组和人员的复选，可对通信录内容进行编辑、添加、删除等管理操作。点击“发送”按钮，即可将编辑组织好的预警信息发布给选择的发布对象，通信方式的选择在后台进行选取。接收端手机根据不同的预警类型产生相应的声音、震动等提示，接收到提示消息后进入软件，即可在与发送端同比例尺地图上显示预警区域。

5 结束语

本文设计的预警发布系统结合地理信息系统（GIS）实现，通信方式用多种通信方式替代传统的短信方式，具有针对性地解决了目前常用的对于自然灾害预警发布系统存在的局限性，且此系统是以手机为安装平台，相较于PC 端系统平台具有便捷高效等优点。另外，该系统与其他APP 同样具有后台提醒功能，即在没有打开软件系统的情况下亦可接收预警信息且有相应提示。此软件为工作人员提供一个便捷高效的预警发布平台，以使各级单位能够提前采取有效防范处置，达到降低自然灾害给人们带来的将财产损失和人员伤亡的目的。