【精选】基于卫星通道的应急广播地震速报建设

本文为论文精要，原文刊发于《广播与电视技术》2022年第7期。

建设覆盖全国的秒级地震预警、分钟级地震烈度速报系统，对于减少地震灾害造成的人员伤亡和财产损失意义重大。应急广播作为地震速报信息的一个重要发布手段，需要根据技术进步和国家要求，进一步改进地震速报速度，实现秒级预警。本文提出一套基于卫星通道传输的地震速报应急广播系统，充分发挥卫星信号传输速度快、覆盖广的优势，系统传输链路高效，终端实时响应，能够满足地震速报应急广播消息快速播发时效性要求。基于卫星通道传输的地震速报应急广播系统是卫星在应急广播领域的创新应用，探索出一条广播电视公共服务的新模式新路径。

本文作者：

郝晓斌，邹峰

国家广播电视总局安全传输保障司

第一作者简介：

郝晓斌（1970—），男，硕士研究生，国家广播电视总局安全传输保障司二级巡视员。目前主要负责分管应急广播体系、网络安全、监测监管等技术管理工作。

1地震速报应急广播现状

党的十八大以来，中央高度重视防灾减灾救灾工作，预警项目是提升防灾减灾基础能力的重要依托，是增强防震减灾服务能力的重要手段。当前，“国家地震烈度速报与预警工程项目”正在如火如荼建设中，在全国范围内建设秒级地震预警、分钟级地震烈度速报系统，最大限度地减少地震灾害造成的人员伤亡和财产损失，非常必要，意义重大。

随着技术的进步，国内地震自动速报平均用时正在逐步缩短，具体数据如表1所示。

表1 国内地震速报平均用时

应急广播作为地震速报信息的一种发布手段，针对地震消息的快速播发进行了一系列的测试优化。实验室测试表明，从县级应急广播平台播发应急广播消息到终端接收时效为：IP方式为5s以内，TS方式为5s以内，RDS方式为7s以内。如果在实际情况下，考虑到传输线路变长、外部干扰、多平台交互等情况，应急广播响应的时长数据还会变长，可见目前的应急广播机制和技术无法满足地震速报新的秒级预警需求，应急广播系统也应当根据技术进步和国家要求，进行进一步改进。

2应急广播传统覆盖方式痛点分析

• 一是传统应急广播传输覆盖以现有的广播电视信号覆盖网络为基础，传输线路长短、外部干扰、多平台交互等情况对应急广播消息传输时效性产生影响。

• 二是IP、有线电视、DTMB、调频、中短波、CDR等传统传输覆盖方式均有特定的接收群体，无法通过单一传输覆盖方式达到全面覆盖的要求。

• 三是传统传输覆盖方式覆盖的区域有限，且对环境的适应性较差，无论是铺设的线缆还是建设的发射台站都极易受到灾害的影响，导致其失去传输覆盖的作用。

通过卫星传输覆盖的方式，则无需通过多级链路的下发，终端可直接采用卫星接收天线实时响应并播出地震速报应急广播消息，完全满足地震速报应急广播消息快速播发时效性要求。卫星传输覆盖通道不受任何复杂地理条件的限制，以及任何自然灾害和人为事件的影响，可以解决偏远山区等信号接收问题。由于卫星的本身优势，通过卫星传输信号，可实现全省乃至全国范围内的100%覆盖。

综上所述，为了解决时延较长、区域覆盖不全面、适应性差等因素，基于卫星通道传输地震速报应急广播消息，可很好地契合地震速报对于传输延时性、适应性、稳定性、可靠性以及区域覆盖全面等要求。

3基于卫星通道传输

地震速报应急广播消息

3.1 系统架构及业务流程

地震局预警信息发布系统与应急广播平台进行对接，对接完成后，应急广播平台按标准规定播发经过国密签名的地震速报应急广播消息TAR包，通过卫星应急广播适配器将应急广播消息TAR包适配为包含指令与数据的TS流，经专有网络的主备光缆传送至卫星集成播出平台作为主、备数据源。数据在卫星集成播出平台进行复用加扰后，再通过专有光缆传输网络传送至地球站调制上行传输至卫星，实现地震速报应急广播消息在卫星的传输，由卫星应急广播消息接收适配终端接收，输出模拟音频接至收扩机、大喇叭播放。卫星传输覆盖系统框图如图1所示。

图1 地震速报应急广播消息卫星传输覆盖框图

3.2 应急广播平台数据前端集成

地震局预警信息发布系统通过《GD/J 083-2018应急广播平台接口规范》与应急广播平台进行对接。前端系统图如图2所示。

图2 应急广播数据前端系统框图

3.3 干线网传输

以广电直播星为例，地震速报应急广播消息经各地省干网主备不同路由光缆传送至国干网（中国有线），信号以ASI格式交接。中国有线将主、备ASI信号进行适配后分别接入省干网信号适配设备，通过异构传输网将主、备信号传输至中国有线首站。框图如图3所示。

图3 地震速报应急广播消息传输国干网传输框图

3.4 京内SDH环网

中国有线首站将国干网主路信号适配设备输出的信号作为主用信号源，通过京内主路由传输至卫星直播中心播出机房，经适配器后输出ASI信号；将国干网信号适配设备输出的ASI信号作为备用信号源，通过京内专有网络传输至卫星直播中心播出机房。信号传输系统示意图如图4所示。

图4 京内传输示意图

3.5 卫星直播中心播出机房前端集成

卫星直播中心播出机房引接中国有线主备两路ASI信号，经过保护切换开关切换后接入1:1主备复用器。主备复用器同时输出两路ASI信号，分别进入主备1:1 ASI切换保护开关，经独立保护切换后，主备切换开关各输出一路ASI信号分别作为主系统输出信号，总码率约为43.1Mbps。

地震速报应急广播消息在卫星直播中心播出机房前端节目采集、复用、监测系统框图如图5所示。

图5 系统框图

3.6 地球站上行传输

地震速报应急广播消息使用中星9号卫星。上行调制参数采用QPSK调制、3/4纠错、0.25升余弦滚降系数、28.8Msps调制字符率，信息速率43.1Mbps，使用36MHz转发器，与其他节目一同加扰复用后传输覆盖。

4应用领域创新点

4.1 新型应急广播应用模式

• 开创性地利用卫星传输链路，其覆盖程度远远高于其他方式，且圆极化卫星接收设备具备体积小、成本低的优势。

• 采用卫星数据通道传输地震速报应急广播数据信息，PID标识的数据传输模式不同于传统的TS流内通过Service描述业务，不同的PID标识不同的地震速报应急广播数据更加简洁明了。

• 以直播星应急广播覆盖新链路传输应急广播信息为例，终端采用户户通接收天线可以实时响应并播出应急信息，扁平化的系统结构完全满足I级应急信息的播发时效性要求，充分保障应急广播系统的高可用性。

4.2 双国密技术体系

• 利用直播卫星管理中心现网的国密DCAS系统对应急广播流进行加扰，通过复用加扰器识别应急广播指令后在正常节目流中插入应急广播实时数据，节目流通过DCAS系统进行加密，进一步保障了应急广播系统信息传递、播发过程的安全。

• 终端需开户及被授权后才能进行解扰，加强了对非法终端的排除性，从而达成了对地震速报应急广播指令表单与消息内容的双重保护，构建了“双国密”架构，进一步提高了系统的安全性。

4.3 超低带宽

• 数据编码方式由MPEG1 Layer2优化为参考AAC，码率由128kbps优化为不到20kbps（实际约15kbps左右），大幅节约了带宽。

• 应急广播数据封装传输的PID值，通过应急广播指令进行描述，并不需要PMT表、SDT表、PCR 等内容描述。据此，多个并发应急广播数据与应急广播指令复用下发，去掉PMT表、SDT 表、PCR等之后，能够大幅节约传输带宽。

4.4 超低时延

• 平台优化处理逻辑优先响应业务，合理规划流程，最后大屏展示。

• 根据时延要求，适配器也做了同样的优化工作。业务优先，后台流程处理置后。

• 终端采用多线程处理机制，当收到应急广播指令后，终端CPU同步处理指令解析与指令数据的安全验签，多线程并行处理，判断逻辑进一步优化，快速筛选出匹配的应急广播消息后，在同步完成指令数据安全验签时，调度本地解码器进行广播播发。

4.5 精准播发

• 精准位置播发。第四代直播星广播系统采用了北斗定位机制，卫星天线支持直播星信号接收的同时，还具备北斗定位信号输出。终端采样该北斗定位位置信息，对区域进行再校准，实现应急广播数据接收后的精准区域匹配，能够进行更加精准化的应急广播播发。

• 精准时间播发。北斗信号内除位置信息外，还有时间信息。终端采用该北斗时间信息进行终端内置时间的校准，满足更加精准化的本地时间。当有定时应急广播播发时，可以精准地无误差广播。

• 指令下发速度。指令带宽配置层面，应急广播表播发带宽调整到最优带宽。合理设置指令播发码率不小于150kbps，能够确保终端在10ms内收到应急广播消息，对系统整体时延影响大幅度降低。

4.6 应用灵活

系统组网应用，由省市级应急广播平台，通过卫星应急广播适配器，经由卫星传输链路，实现应急广播下发至终端，方便省市级用户灵活应用，快速播发。

5 结束语

基于卫星传输地震速报应急广播消息的技术充分发挥了卫星信号传输速度快、覆盖广的优势，且适用于多种应急广播应用场景，具有良好的社会效益和经济效益，对服务社会发展大局具有重要意义，是卫星在应急广播领域的创新应用，探索出了一条广播电视公共服务的新模式新路径。

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