關鍵詞：短信預警；基站定位；手機信令；動態(tài)預警

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2024）26-0043-04開放科學（資源服務）標識碼（OSID） ：

0 引言

氣象災害監(jiān)測預警和信息發(fā)布是防災減災的關鍵環(huán)節(jié)，對減輕災害損失至關重要[1]。如何有效應對突發(fā)事件，最大限度地減少損失，是日常防范面臨的關鍵問題[2]。應急信息預警是防災減災的關鍵環(huán)節(jié)，能夠幫助人們及時了解信息并有效避險。

現(xiàn)有研究多采用維護固定對象數(shù)據(jù)庫的方式進行預警信息發(fā)布，難以動態(tài)覆蓋流動人群[3-7]。如何精準捕獲流動人群，進行有針對性的預警信息發(fā)布，對提高防災救災能力至關重要。手機具有普及率高、便攜性強等優(yōu)勢，能夠將預警信息第一時間傳遞給用戶[8]。本文借鑒小區(qū)短信發(fā)送[9]、電子圍欄[10]和實時流技術[11]，提出一種基于基站定位的無固定對象短信預警系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠捕獲預警區(qū)域內動態(tài)變化的手機用戶，實現(xiàn)精準的預警信息發(fā)布，并對發(fā)布結果進行統(tǒng)計分析，為災害預警和應急響應提供數(shù)據(jù)支持。

1 系統(tǒng)架構設計

基于基站定位的無固定對象短信預警系統(tǒng)采用預警信息采集子系統(tǒng)、預警信息處理子系統(tǒng)、預警信息分發(fā)子系統(tǒng)三層系統(tǒng)結構[12]，在預警信息采集子系統(tǒng)中擴展增加通過API接口接入方式，在預警信息處理子系統(tǒng)中增加動態(tài)信令號碼篩選過程，在預警信息分發(fā)子系統(tǒng)中增加統(tǒng)計分析功能，以使系統(tǒng)更具擴展性、動態(tài)預警對象篩選更精準、系統(tǒng)功能更完善。

1.1 預警信息采集子系統(tǒng)

預警信息采集子系統(tǒng)提供預警發(fā)布信息的采集功能，包括預警信息錄入子系統(tǒng)和預警信息接口子系統(tǒng)。

1.1.1 預警信息錄入子系統(tǒng)

預警信息錄入子系統(tǒng)向預警任務發(fā)布者提供人機交互界面，滿足發(fā)布者制作個性化預警信息的需求，支持自然災害、公共衛(wèi)生事件、社會安全事件等類型的預警信息。預警信息錄入子系統(tǒng)功能包括錄入預警任務名稱、選擇預警任務起始時間、選擇預警信息模板、提供手繪地圖界面圈定預警區(qū)域等。

1.1.2 預警信息采集接口子系統(tǒng)

預警信息采集接口子系統(tǒng)通過提供標準接口滿足外部應用系統(tǒng)的預警信息制作需求。預警信息采集接口子系統(tǒng)一方面面向氣象、山洪等自然災害預測系統(tǒng)和交通、防疫等社會治理應用系統(tǒng)提供系統(tǒng)級別的預警采集接口，另一方面將接收到的預警信息傳遞給預警信息處理子系統(tǒng)進行處理。該子系統(tǒng)提供的接口功能包括：接入接口功能、信息解析入庫功能、預警任務生命周期管理功能等。

1.2 預警信息處理子系統(tǒng)

預警信息處理子系統(tǒng)接收來自預警信息采集子系統(tǒng)的預警任務信息，首先結合預警信息模板和預警參數(shù)匹配組合成完整的預警信息，其次預警信息質控子系統(tǒng)中配置的預警信息質量控制規(guī)則，對預警信息進行合理性檢查和敏感詞過濾，對于不滿足要求的預警信息進行告警退回，對于合理的預警信息進行預警任務的創(chuàng)建，然后結合預警區(qū)域地理經(jīng)緯度范圍和運營商基站定位坐標信息，對接運營商信令處理系統(tǒng)構建基站小區(qū)電子圍欄，訂閱電子圍欄手機信令處理系統(tǒng)，根據(jù)電子圍欄觸發(fā)規(guī)則，如駐留、進入等行為，接收信令處理系統(tǒng)推送的動態(tài)變化的信令數(shù)據(jù)，最后結合運營商大數(shù)據(jù)用戶標簽系統(tǒng)，精準選擇特定標簽特征的手機用戶作為預警發(fā)布對象，傳遞至預警信息分發(fā)子系統(tǒng)進行下一步處理。

預警信息處理子系統(tǒng)包括預警信息發(fā)布模板子系統(tǒng)、預警信息質控子系統(tǒng)和精準發(fā)布支持子系統(tǒng)。預警信息發(fā)布模板子系統(tǒng)提供預警信息模板制作、模板分類管理、模板內容編輯、模板與內容關聯(lián)匹配等功能。預警信息質控子系統(tǒng)提供敏感詞庫管理、敏感詞過濾、反季節(jié)檢查、合理性檢查等功能。精準發(fā)布支持子系統(tǒng)提供地理空間分析、區(qū)域基站坐標匹配、用戶標簽分類、目標人群篩選等功能。

1.3 預警信息分發(fā)子系統(tǒng)

經(jīng)過預警信息采集子系統(tǒng)和預警信息處理子系統(tǒng)處理后，預警任務具有完整的預警信息和篩選出的預警對象，預警信息分發(fā)子系統(tǒng)對接運營商短信發(fā)送網(wǎng)關，將預警信息發(fā)送至預警對象，實現(xiàn)短信的推送發(fā)布，然后接收運營商短信推送發(fā)布結果信息數(shù)據(jù)，在發(fā)布結果統(tǒng)計分析子系統(tǒng)中進行分析統(tǒng)計，最終以圖表形式展現(xiàn)預警信息發(fā)布成果，為預警任務發(fā)布者提供可視化的預警任務執(zhí)行情況。

預警信息分發(fā)子系統(tǒng)由預警信息發(fā)布子系統(tǒng)和發(fā)布結果統(tǒng)計分析子系統(tǒng)組成。預警短信發(fā)布子系統(tǒng)提供短信平臺對接管理、三大運營商接口對接、發(fā)布任務管理等功能。發(fā)布結果統(tǒng)計分析子系統(tǒng)提供預警短信發(fā)送結果接收、短信發(fā)送結果數(shù)據(jù)分析、發(fā)布日志數(shù)據(jù)收集、圖表形式展現(xiàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計等功能。

2 業(yè)務架構設計

基于基站定位的無固定對象短信預警系統(tǒng)業(yè)務架構從下往上依次劃分為資源層、數(shù)據(jù)層、組件層、系統(tǒng)層和應用層，從資源、數(shù)據(jù)、組件和系統(tǒng)模塊進行整合以支撐應用層系統(tǒng)功能的實現(xiàn)。整體架構的分層設計，支持在各個層級進行動態(tài)擴展，以滿足系統(tǒng)業(yè)務的發(fā)展，架構的擴展性和適應性能夠提升系統(tǒng)應用的及時性、靈活性和準確性。

2.1 應用層

應用層面向發(fā)布者提供預警任務發(fā)布功能，包括預警短消息發(fā)送平臺采集前端、突發(fā)事件預警信息發(fā)布系統(tǒng)和其他應急系統(tǒng)等。

2.2 系統(tǒng)層

系統(tǒng)層包括綜合預警信息采集子系統(tǒng)、預警信息處理子系統(tǒng)、預警信息分發(fā)子系統(tǒng)，其中預警信息采集子系統(tǒng)劃分為信息錄入子系統(tǒng)、信息采集接口子系統(tǒng)，預警信息處理子系統(tǒng)劃分為預警信息發(fā)布模板子系統(tǒng)、預警信息質控子系統(tǒng)和精準發(fā)布支持子系統(tǒng)，預警信息分發(fā)子系統(tǒng)劃分為預警信息發(fā)布子系統(tǒng)和發(fā)布結果統(tǒng)計分析子系統(tǒng)。

2.3 組件層

組件層提供統(tǒng)一認證組件、行政區(qū)劃組織機構組件、消息隊列組件、文件存取組件、鏈路追蹤組件和可視化分析展示組件等，組件層為系統(tǒng)提供封裝的可復用的能力模塊，可快速集成為系統(tǒng)提供用戶統(tǒng)一認證能力、行政區(qū)劃組織機構獲取能力、消息隊列發(fā)布訂閱能力、文件快速存取能力、跨系統(tǒng)調用跟蹤能力和可視化設計展示能力。

2.4 數(shù)據(jù)層

數(shù)據(jù)層為系統(tǒng)提供結構化數(shù)據(jù)存儲能力、非結構化和緩存數(shù)據(jù)存儲能力以及文件數(shù)據(jù)存儲能力，采用MySQL數(shù)據(jù)庫集群、Redis緩存數(shù)據(jù)庫集群以及分布式文件服務。

2.5 資源層

資源層提供系統(tǒng)運行所需的計算、存儲、網(wǎng)絡資源，支持從云虛擬化資源池獲取，滿足實現(xiàn)項目上云的靈活性。

3 業(yè)務流程設計

基于基站定位的無固定對象短信預警系統(tǒng)業(yè)務流程以預警信息采集層預警任務的發(fā)起為起點，經(jīng)過預警信息處理層對預警信息模板處理、預警信息質控管控和精準發(fā)布過濾篩選后，進入預警信息發(fā)布層，通過預警信息發(fā)送和反饋結果統(tǒng)計到最后預警任務結束的完整業(yè)務流程。

3.1 預警任務接收

預警信息采集子系統(tǒng)通過預警信息錄入子系統(tǒng)錄入界面進行手工錄入和調用提供給第三方系統(tǒng)的預警信息采集接口子系統(tǒng)的API接口兩種方式接收預警任務，觸發(fā)預警任務的開始。

3.2 預警信息質控

在接收到預警信息采集子系統(tǒng)的預警任務后，預警信息質控子系統(tǒng)對預警信息模板和預警信息參數(shù)匹配組合成的完整預警短信進行質控處理，如敏感詞過濾、反季節(jié)檢查、合理性檢查等，以保證預警短信的合理合規(guī)。

3.3 預警對象動態(tài)捕捉

接收預警任務后，預警信息處理子系統(tǒng)結合預警任務經(jīng)緯度地理區(qū)域范圍與運營商基站坐標定位，篩選出位于預警區(qū)域范圍內的基站，以篩選出的基站劃定為電子圍欄，依據(jù)手機信令與電子圍欄中基站之間的動態(tài)連接交互動作，結合進入、駐留、離開等觸發(fā)規(guī)則，篩選 出電子圍欄內的信令手機號碼用戶作為動態(tài)預警初選對象，并將動態(tài)預警初選對象推送給下一業(yè)務系統(tǒng)進行預警對象的精準靶向篩選。

3.4 預警對象篩選

動態(tài)預警初選對象捕捉后，結合運營商大數(shù)據(jù)用戶人群標簽體系及預警發(fā)布場景需求，選擇特定標簽的用戶群體作為預警發(fā)布對象，如依據(jù)用戶年齡、性別、職業(yè)等特征標簽信息，選擇特定年齡段、固定性別和特定職業(yè)的用戶作為預警發(fā)布對象，以實現(xiàn)對預警對象的精準靶向篩選。

3.5 預警任務發(fā)布

在預警信息分發(fā)子系統(tǒng)中，基于動態(tài)預警初選對象捕捉和精準靶向篩選后確定的預警發(fā)布對象與經(jīng)過質控處理后的完整預警信息，對接運營商短信網(wǎng)關，將預警信息發(fā)送至預警發(fā)布對象手機，實現(xiàn)預警短信的推送發(fā)布。

3.6 預警結果統(tǒng)計分析

預警信息分發(fā)子系統(tǒng)正式開啟分發(fā)后，發(fā)布結果統(tǒng)計分析子系統(tǒng)接收運營商短信發(fā)送結果反饋信息，包括發(fā)送成功或失敗的狀態(tài)與預警發(fā)布對象年齡、性別、職業(yè)特征等數(shù)據(jù)，對預警發(fā)送結果進行綜合統(tǒng)計分析，一方面通過圖表的形式展現(xiàn)預警信息發(fā)布成果，便于發(fā)布者了解預警信息發(fā)送量、預警發(fā)布對象特征分布等信息；另一方面通過系統(tǒng)接口將預警信息發(fā)送數(shù)據(jù)信息反饋給預警發(fā)布者，為其后續(xù)的預警應對措施決策提供數(shù)據(jù)支撐。

4 系統(tǒng)實現(xiàn)與關鍵技術

4.1 系統(tǒng)實現(xiàn)技術

基于基站定位的無固定對象短信預警系統(tǒng)后端采用Java開發(fā)語言、Springboot后臺開發(fā)框架，頁面前端系統(tǒng)采用Vue開發(fā)框架，數(shù)據(jù)庫使用MySQL關系型數(shù)據(jù)庫、Redis緩存數(shù)據(jù)庫，基站信令數(shù)據(jù)處理模塊使用Storm實時數(shù)據(jù)處理框架和HBase數(shù)據(jù)存儲，信令號碼業(yè)務推送使用Kafka消息隊列，業(yè)務號碼發(fā)送推送使用RabbitMQ消息隊列，各個子模塊服務部署在服務器Linux環(huán)境運行。

4.2 關鍵技術

4.2.1 結合消息隊列技術平緩發(fā)送速率

預警信息的發(fā)布有一定時限時段的要求，發(fā)送的對象有區(qū)域留存信令用戶和新進入用戶，在預警任務觸發(fā)初階段主要以留存用戶為主，當留存用戶對象群體數(shù)量比較龐大時，會超過三大運營商短信發(fā)送渠道發(fā)送速率限制，造成短信發(fā)送的批量失敗問題；而在時段后期以新進入用戶為主要發(fā)送目標，此階段新入用戶數(shù)量較少，因此在系統(tǒng)設計和實現(xiàn)過程中，結合消息隊列削峰填谷的特性，實現(xiàn)在發(fā)布時段時限內平緩發(fā)送，在一定程度上達到降低發(fā)送擁堵造成的失敗問題。

4.2.2 基于運營商短信發(fā)布系統(tǒng)實現(xiàn)短信發(fā)送

預警短信發(fā)布依賴于三大運營商短信發(fā)送網(wǎng)關來實現(xiàn)，由于對接移動、電信、聯(lián)通的短信網(wǎng)關需要分別遵循移動CMPP3.0協(xié)議、聯(lián)通SGIP1.2協(xié)議、電信SMGP3.0協(xié)議，造成系統(tǒng)復雜性高可靠性降低運維困難，因此系統(tǒng)設計直接對接三大運營商基于短信發(fā)送協(xié)議的短信發(fā)送系統(tǒng)進行預警短信發(fā)送，運營商短信技術成熟且穩(wěn)定，其性能符合預警發(fā)布平臺短信告警機制進行短信發(fā)送時及時、高效的基本要求[13]。

5 結束語

基于基站定位的無固定對象短信預警系統(tǒng)實時、動態(tài)監(jiān)控預警區(qū)域手機用戶人群流動，及時準確捕獲動態(tài)變化的預警對象群體，通過群體特征篩選，及時、有效、精準發(fā)送預警信息，系統(tǒng)首先應用于山洪災害預報預警領域[14]，并且推廣到高速公路氣象團霧等自然災害預警信息發(fā)布方向，發(fā)揮出有效的預警作用。