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基于SOA架构的应急通信指挥系统设计及应用

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焦立彬丁宅伟詹克通周冰苏峰

摘要：在对应急通信主流手段和主要问题进行分析的基础上，设计并实现了基于SOA架构的应急通信指挥系统。采用SOA、融合通信和WebGIS等关键技术，基于天地一体应急通信网络，实现图上应急指挥调度、通信装备智能管理和业务配置综合管理等功能。系统满足应急通信装备日常管理、突发事件应对和重要任务保障等场景的应急通信指挥需要，并在实际应用中得到验证。

关键词：应急通信指挥；SOA；融合通信；WebGIS

中图分类号：TP312文献标志码：A文章编号：1008-1739（2020）04-56-4

0引言

进入21世纪以来，我国乃至世界范围内，灾害事件层出不穷，各种自然和人为灾难带来了巨大的生命和财产损失。在各种自然灾害侵袭下，灾区的交通、电力、通信广播、水利和社会基础设施等都受到严重损毁[1]，通常会出现大面积停电、通信电源中断、通信电杆倒杆等情况，导致部分地区无法使用通信业务。因此，应急响应的重点是尽快恢复通信[2]，应急通信指挥系统作为指挥中心的“大脑”，发挥着至关重要的作用。

1现状及问题

目前主流的应急通信手段包括有线通信、卫星通信[3]、数字集群通信、短波通信[4]和公网通信等。在灾害处理中，常规的通信装备往往失效，专用通信装备显得更加重要。

目前应急通信存在的主要问题有以下3个。

（1）多种制式通信装備无法融合互通

应急通信涉及公网电话、卫星电话、集群终端等通信装备，没有统一的技术标准规范，各部门条块分割比较严重，采用不同体制的通信手段和不同格式的信息报文，不易互连互通互操作，也难于实现资源共享[5]。

（2）无法统一指挥调度

现有应急通信保障指挥体系主要是纵向到底的垂直指挥，同时横向为政府的应急机构提供应急通信保障[6]。日常情况下，应急队伍和人员由各级单位管理，突发事件情况下指挥中心无法迅速和应急队伍和人员取得联系、无法及时了解现场情况和统一快速下发应急指令。

（3）应急通信装备无法统一管理和定检

应急通信装备多种多样，厂家不同、属性信息不同、通信制式不同、管理单位级别不同并分布在全省不同地域，造成管理工作繁琐、复杂、耗时。

为进一步整合多种应急通信手段，加强应急通信处理能力，有必要建立应急通信指挥系统，全方位掌控应急救援全过程。

2基本概念

2.1 SOA架构

1996年，Gartner Group提出SOA采用客户端/服务器的软件设计方法，由软件服务和软件服务使用者组成，松散耦合，并使用独立标准接口[7]。SOA是一种由彼此之间可通信且具有特定功能的服务构成的灵活抽象的分布式IT架构模式。SOA架构增加了系统灵活性，通过配置层即可完成系统更改，具有服务与行为的重用、层次化等优势。

2.2融合通信

融合通信是将计算机技术与通信技术融为一体的通信技术，以语音、视频、会议、数据通信、呼叫控制与协同办公等为核心业务能力，通过对各类通信系统的整合，将全部信息通信类型融为一体，为业务应用服务提供统一融合通信支撑。融合通信平台为实现各类指挥通信系统和资源的横向互联、纵向贯通，提供了一种解决方案[8]。

2.3 WebGIS

WebGIS网络地理信息系统，是传统GIS与Internet的结合，通过互联网对地理空间数据进行发布和应用，以实现空间数据的共享和互操作，具有应用的全球化、服务的大众化和良好的可扩展性等特点[9]。WebGIS支持互联网地图访问、空间数据检索、专题图制作、空间信息处理以及非空间信息叠加等应用，具有极大的便利性[10]。

3系统设计

应急通信指挥系统采用SOA架构和分层模块化设计理念，减少应用耦合度、降低系统复杂度、提高系统可靠性，便于功能扩展和维护。系统整体上划分为通信装备层、接入层、数据层、平台层和应用层，如图1所示。

（1）通信装备层

通信装备层是指系统可管理和调度的应急通信装备。包括北斗终端（北斗指挥机、车载机、手持机、蓝牙接入终端）、窄带集群（模拟集群手台、PDT手台、Tetra手台）、宽带集群（LTE终端）、智能手机、卫星电话（天通卫星电话、海事卫星电话、欧星/铱星电话）和单兵图传等。

（2）接入层

实现协议和数据解析，包括卫星电话接入服务、北斗终端接入服务、无线集群接入服务和视频图像接入服务等。

（3）数据层

数据层为系统提供基础数据支撑，提供的数据资源包括指挥业务数据库、资源数据库、短数据数据库、位置数据库、配置数据库及综合管理数据库等。

（4）平台层

平台层为系统提供核心的后台服务，包括融合通信平台、应急综合支撑平台、WebGIS平台和服务总线。融合通信平台能够整合接入不同制式、不同频段的通信系统，提供语音、视频、会议、数据的通信传输和展现能力。应急综合支撑平台提供资源管理、统一位置和统一短数据功能。WebGIS平台提供基础地图应用、路网数据和空间数据访问，包括天地图和行业专用GIS。服务总线为平台、业务应用各服务之间动态交互提供支持。

（4）应用层

应用层用于系统核心功能呈现和提供用户交互界面。包括图上应急指挥调度、通信装备智能管理和业务配置综合管理。图上应急指挥调度实现对应急队伍、人员位置的动态监控、指挥调度、信息上报和电子围栏管控；通信装备智能管理实现装备可视化管理和装备定期巡检，并生成定检报告；业务配置综合管理实现应急人员、应急通信录、任务管理以及分级权限管理功能。

4系统应用

4.1图上应急指挥调度

采用基于任务应急指挥通信录，结合地理信息系统，实现对应急队伍、人员位置的动态监控、图上指挥调度、现场信息上报、电子围栏管控及综合呈现应急保障态势，实现指挥中心扁平化。

（1）态势综合呈现

基于任务，关联应急队伍、人员和通信装备形成应急指挥通信录，展示现场人员、装备位置及数量信息。

提供位置动态监控功能，实现位置呈现、位置跟踪和轨迹回放。其中，智能终端采用专用APP主动上报，北斗终端采用北斗RDSS位置报告，天通/海事卫星电话采用短信息主动上报位置。

提供现场信息上报功能，实时信息框动态展示与现场应急人员通信的实时多媒体数据信息，包括北斗短报文、集群短数据、短信、图片、视频及文件等，如图2所示。

（2）指挥调度

基于应急指挥通信录可快速实现应急队伍、人员语音、视频、指令的图上调度功能，包括语音通信、视频通信、数据通信、圈选群呼和圈选群聊的多种调度方式。

采用天地图和行业专用GIS相结合的方式，构建基础GIS平台。其中，天地图运行于互联网，是中国数据资源最全的地理信息服务平台；行业专用GIS包含丰富行业数据，为态势研判和指挥调度提供有利支撑。

指挥中心在GIS上对作业风险区域（洪水、泥石流、山體滑坡、雪灾、台风等）或禁止作业区域绘制电子围栏。如果围栏内有应急队伍或现场应急人员进入围栏，可通过语音、短信、短报文等方式进行告警，如图3所示。

4.2通信装备智能管理

结合地理信息系统，提供基于台帐信息的装备信息可视化管理。针对卫星电话和北斗终端等2类装备进行智能定检，并生成定检报告，直观呈现装备可用情况，支持应急人员与装备快速动态绑定，定检流程如图4所示。

（1）基于语音邮箱的卫星电话智能定检

装备保管人操作卫星电话拨打巡检号码，与语音邮箱服务建立语音通信，播放一段标准音频，语音邮箱服务接收卫星电话音频，存储为输入音频文件。语音质量检测服务将输入音频文件与标准音频文件进行比较，分析输入音频文件的干扰、变形、缺帧等问题。巡检服务检查输入音频文件干扰、变形、缺帧等问题是否超出允许阈值，如果在阈值内，记录为巡检正常；如果在阈值外，记录为巡检异常，并向装备保管人发送告警短信。

（2）基于北斗协议的北斗终端智能定检

装备定检报告如图5所示。

装备保管人操作北斗终端向巡检系统发送巡检短报文，巡检系统根据巡检短报文判断北斗终端是否正常。如果北斗终端异常，回复尽快完成修复；如果北斗终端正常，回复开启位置上报，并且开启位置报告接收检测。如果在规定时间内，系统未接收到位置报告，回复巡检失败，请重新开始；如果在规定时间内，系统接收到位置报告，回复装备状态正常，巡检完成。

巡检报告以图表等方式直观展示目前巡检终端总数量、正常数量、故障数量和未巡检数量，并可详细查看巡检记录。管理员可通过巡检报告，实时掌握装备巡检情况和可用情况，为应急抢修提供装备保障。

5结束语

基于SOA架构的应急通信指挥系统，实现了对北斗、卫星电话和宽窄带集群等多种制式通信装备的统一可视化管理，提供图上指挥调度、位置动态跟踪和态势综合呈现等功能，满足了应急通信指挥统管统调的要求。本系统已经在政府应急、电力应急等行业开展了广泛的示范应用，并取得良好的应用效果。尤其在南方电网总部、广东电网、广西电网、海南电网、贵州电网和汕头供电局等单位上线，形成网—省—市三级应用，并在抗击台风的应急通信保障中发挥重要作用。

本文结合应急通信现状及主要问题，利用成熟理论和体系架构，提出了基于任务的图上应急指挥调度和通信装备智能定检方法，可大幅提高应急指挥效率和装备管理水平，具有较好的工程意义和借鉴作用。

参考文献

[1]夏林元，鲍志雄，李成钢，等.北斗在高精度定位领域中的应用[M].北京：电子工业出版社，2016.

[2]张雪丽，王睿，董晓鲁，等.应急通信新技术与系统应用[M].北京：机械工业出版社，2010.

[3]孟晖，宋俊海.卫星通信在应急通信中的应用及发展[J].科技导报，2018，36（6）：40-46.

[4]李文峰，白慧，常姗.空天地井经济通信[M].北京：科技出版社，2018.

[5]姚国章，陈建明.应急通信新思维：从理念到行动[M].北京：电子工业出版社，2014.

[6]尚健.浅谈应急通信保障指挥平台的保障与实践[J].数字通信世界，2019（4）：159.

[7]郑伟，徐宝祥，徐波.面向服务架构研究综述[J].情报科学， 2009（8）：1269-1274.

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[9]王彦亮，张增华，张刚.改进的WebGIS在应急指挥系统中的应用[J].电力系统通信，2010，31（9）：28-32.

[10]薛丰昌，黄敏敏，唐步兴，等.三维GIS的城市暴雨积涝灾害模拟[J].测绘科学，2017，42（2）：53-58.

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