多链路融合控制警报系统设计与实现

摘要：针对警报告警信息化控制手段落后、人工发放效率低下的现状，基于PDT数字集群、北斗卫星和有线PSTN，设计实现了一种基于多链路融合控制的警报系统，这3种通信方式互相独立、互为备份，并采用冲突检测机制，保障警报发放的可靠性、正确性和有效性。在警报控制管理方面，采用地理信息系统（GIS）技术实现对警报器的空间分布管理，采用多级统一用户管理和数据同步技术，形成省、市和区县多级警报控制管理机制，通过实验验证了多链路融合控制警报系统设计的合理性和有效性。

关键词：数据同步；警报；多级统一用户管理；GIS

中图分类号：TN876文献标志码：A文章编号：1008-1739（2019）18-66-4

0引言

目前，大多数城市仍以电动警报器为主，基本采用无线遥控方式，技术手段比较落后，警报控制大多采用单一频点发送方式，当干扰发生时不能发放警报[1]。在着重打击“生命线”目标的现代战争中，电力设施多为强敌的首轮空袭对象；以电声、电动固定警报器组成的传统警报网络已经明显无法满足实战需要[2]，而且随着城市化的建设进程，市区面积不断扩大、高层建筑大幅增加，带来了通信距离远、电磁干扰强等新问题，市、区县与街道在信息化系统支持下相互响应的警报发放体系和全天候、全时段及无盲区发放警报的目标无法实现。为解决以上问题，需要设计研制基于多种通信手段、互相独立和互为备份的基于信息化技术的高可靠性的多链路融合控制的警报系统。

1关键技术

1.1数据同步

采用数据抽取、转换和装载（ETL技术），结合多中心统一用户管理的授权和组织机构同步机制，实现基于多中心权限分级的数据授权访问、双向同步。

1.2 GIS

GIS有时又称为“地学信息系统”，是一种特定的、重要的空间信息系统，在计算机硬、软件系统支持下，对整个或部分地球表层（包括大气层）空间中的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。

2设计方案

2.1体系结构

多链路融合控制警报系统体系结构分为省级控制中心、市级控制中心和各区县分控中心，市级控制中心具有最高控制权限，在市级控制中心的授权下各分控中心可以分别对各自所在区县进行警报发放控制[3]。

省级控制中心在满足本地区警报管理需要的基础上，实现与本辖区内各地市级警报平台的互联互通，重点完成省级多级统一用户管理、汇总全省警报器资源数据及数据同步、警报覆盖范围分析等主要功能。

市级控制中心在满足本地区警报管理需要的基础上，实现与省级和区县级警报智能发送平台的互联互通，重点完成本市多级统一用户管理、警报器资源管理与数据同步、警报发放控制、警报日常巡检维护和警报覆盖分析等主要功能。

区县级分控中心在满足本地区警报管理需要的基础上，实现与市级警报平台的互联互通，重点完成本区县多级统一用户管理、警报器资源管理与数据同步、警报市级授权发放控制、警报日常巡检维护和警报覆盖分析等主要功能。

2.2系统架構

多链路融合控制警报系统基于数据同步技术、GIS技术、PDT数字集群技术、北斗卫星技术和有线PSTN技术，实现警报控制与发放，可应用于平时演练、突发事件和战时的警报鸣放与大功率的紧急语音广播通知。

系统采用分层模块化设计思想，分为终端层、接入层、控制层和应用层。终端层以警报器为主.接入层设计涵盖PDT数字集群接入模块、北斗接入模块和有线接入模块，负责接收来自中心控制器的警报指令，并控制警报器进行相应的警报操作。控制层提供PDT数字集群中央控制器、北斗卫星中央控制器和有线中央控制器，负责向应用层提供多种链路融合通信的警报控制服务。应用层基于GIS引擎，采用J2EE技术，提供警报发放控制和管理的交互式操作软件平台，系统结构如图1所示。

2.3多级统一用户管理

多级统一用户管理（MUUM）支持多级部署、授权和组织机构同步。通过Web Service接口将账户权限相关的服务发布出去，为各级用户提供统一鉴权服务。对每个Web Service接口采用身份认证，以防止非法用户操作，提高访问的安全性。多级统一用户管理结构如图2所示。

2.4警报资源数据同步

警报资源数据同步（Alarm Data Sync，ADS）采用数据同步技术，各级中心和下级经过MUUM授权可进行数据双向同步。数据同步可接受MUUM授权和认证，灵活自定义数据格式，进行不同警报资源异构数据源之间的交换同步。警报资源数据同步结构如图3所示。

2.5系统组成

多链路融合控制警报系统由警报平台软件、警报中央控制器和警报终端组成。

2.6系统工作流程

系统通过警报平台软件的警报统控模块，选择目标警报终端，选择通信方式，通过功能按钮，将警报发放、解除、授时和巡检等功能指令通过相应的警报中央控制器发送到警报终端，由警报终端上的仲裁模块判决哪种方式的命令先到达，进行仲裁判决，通过其他方式后到的指令，直接返回先前执行的结果。系统工作流程如图4所示。

2.7警报平台软件

警报平台软件基于J2EE技术的3层架构进行设计，采用基于B/S模式、GIS及组件化技术进行构建。在要素图上显示警报点的状态，查看全市警报网点分布。控制中心应具有信息备份、编辑、存放、查询、状态回示和打印等功能，具有智能化系统巡检与维护能力[4]。主要功能包括警报发放控制、警报发放记录查询、警报发放统计、警报巡检、警报巡检记录查询、警报巡检统计、警报资源管理、多级统一用户管理、GIS基础功能、警报范围覆盖分析、警报设备状态查询和警报资源数据同步。警报平台软件界面如图5所示。

2.8警报中央控制器

警报中央控制器分为警报PDT中央控制器、警报有线中央控制器和警报北斗中央控制器。

警报PDT中央控制器采用成熟PDT技术，由中心控制器、警报基站和网络传输设备等组成。支持警报发送平台软件发起的数据短消息。数据短消息定义包括各种警报警报指令：警报鸣放、停止、授时、巡检和广播和复位等。

警报有线中央控制器采用PSTN技术，设计多个模拟的专有通道，模块采用调制解调器（Modem）为警报控制提供有线警报控制通道，同时提供语音广播音频链路。警报有线通信中央控制器设计普通电话线接口接入有线通信网络。

警报北斗中央控制器采用北斗指挥机硬件，通过北斗短报文数据通道为警报控制提供通信链路通道，传输警报发放、停止、授时、巡检和回示结果等指令数据。

2.9警报终端

警报终端是警报系统中的终端设备，可配备多种通信方式的接收模块（PDT数字集群接收模块、PSTN有线接收模块和北斗卫星接收模块），各通信模块可自由搭配组合应用，支持接收、解密并执行来自警报中央控制器的警报控制指令。支持仲裁判别机制，采用任务编号和数据缓冲区的操作策略避免多种通信链路对同一个警报器的重复控制[5]，当接收到多种传输链路的同一警报控制指令时，按照“谁先到，谁先执行”的方式进行仲裁判定执行，并回送指令结果。

警报终端硬件由警报终端整机结构、仲裁控制模块、PDT接收模块、北斗接收模块、有线接收模块及功放电路组成。

①警报终端整机结构设计为壁挂式警报终端，使用膨胀螺丝固定于空旷的墙壁，并设计风扇用于高功率PDT接收模块以及整机散热。

②仲裁控制模块用于处理3种通信链路的串口指令，并完成对警报器功放的控制。

③PDT接收模块主要功能是警报语音和数据信号的发射接收与信号处理，采用半双工方式，基于多级放大器级联逐步放大和功率控制的方法，设计为输出功率可調。发射链路设计由功率放大电路和功率控制电路组成，前者通过四级放大器对发射VCO产生的信号进行逐级放大，后者通过输出功率等级要求和采集功放温度、驻波比，对功率放大器进行控制，实现输出功率满足要求的同时保护功放不因温度过高、天线失配和电压过高而烧坏[2]。接收电路设计主要包括射频滤波器、低噪声放大器、下混频器、中频滤波器、中频放大器和接收本振处理。音频电路设计采用CODEC芯片进行设计。

④北斗接收模块采用体积小、重量轻的北斗一体机，由北斗模块和天线组成，具备北斗卫星短报文通信功能，可实现警报远程指令控制。

⑤有线接收模块主要通过Modem与网络相连接，经有线网络接收主控中心发来的各种控制信号和警报信号，通过解码获取控制信息并控制警报器发送报警信号[6]。

⑥功放电路采用基于CMOS的D类音频功率放大器设计，既能提供高效率大功率又能实现高保真的音频性能。

3实验结果与分析

多链路融合控制警报系统通过60部终端进行警报控制实验，通过无PDT数字集群方式控制警报终端发放时延不大于7 s，通过北斗方式控制警报终端警报发放时延不大于5 s，通过有线方式控制警报终端警报发放时延不大于5 s；这3种警报控制方式通过警报平台软件在警报发放过程中互相独立、互为备份，保障了警报发放的可靠性；警报终端采用冲突检测技术，保障了多种控制方式的警报发放的正确性和有效性。

4结束语

多链路融合控制警报系统填补了原有警报发放管理手段单一，控制能力弱，检测能力不足的问题，增强了警报控制发放管理手段，为实现警报发放的准确化、精确化打下基础。

参考文献

[1]靳大路.防空警报控制系统的研究与开发[D].青岛：青岛理工大学，2009.

[2]王琦.基于230MHz PDT数字集群的人防警报统控系统设计与实现[D].西安：西安电子科技大学，2018.

[3]邓建民.人防警报系统专用无线通信网络技术研究[D].哈尔滨：哈尔滨理工大学， 2007.

[4]刘国平.人民防空警报控制系统设计与实现[D].上海：同济大学，2006.

[5]孙安宅，韩志永，李永波.一种具有多种通信链路接口的警报控制器及控制方法：ZL201510908449.2[P]. 2016-4-20.

[6]孙恒.防空警报有线控制及远程状态监测系统[D].大连：大连理工大学，2009.