CN102694855B - 基于北斗卫星的气象灾害预警信息发布系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于北斗卫星的气象灾害预警信息发布系统及方法。所述预警信息发布系统包括预警信息发布平台、北斗短报文通信发布端、短报文处理模块、监控模块、区域识别模块、北斗预警信息发布模块、北斗专用接收终端，具有体积小，功耗低，实时性高的优点。预警信息发布方法中：短报文处理模块对北斗短报文预处理得到的待发布的预警信息；监控模块监控北斗专用接收终端位置信息；北斗预警信息发布模块根据位置信息发布预警信息。本发明对子数据包的自适应分组预处理提高了预警信息传输的灵活性，动态编码避免了编码树因为符号编码的改变而不满足最小加权路径长度条件的缺陷；利用补包流程和包查询流程增加了业务预警信息数据传输的差错检测功能。

Description

基于北斗卫星的气象灾害预警信息发布系统及方法

技术领域

本发明公开了基于北斗卫星的气象灾害预警信息发布系统及方法，属于信息技术处理的领域。

背景技术

针对日趋严峻和复杂的各类灾害预警形势，虽然我国预警信息系统的总体水平和能力得到大幅度提升，但仍存在主要以下问题：预警信息的收集、发布、接收还不够规范，无法实现各类有关信息系统的互联互通和信息共享；信息覆盖面有限，预警信息发布渠道的“最后一公里”的问题还未解决，特别是对农村和弱势群体的服务亟待加强。

在恶劣环境条件、特殊应急情况下及边远地区的应急预警条件下，单一的预警信息发布手段无法切实保障预警信息的实时准确接收。研究复合气象灾害预警信息发布系统及方法，将有效保证预警信息真正传输至全国各地相关部门和单位。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述背景技术的不足，提供了基于北斗卫星的气象灾害预警信息发布系统及方法。

本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案：

基于北斗卫星的气象灾害预警信息发布方法，包括如下步骤：

步骤A，预警信息发布平台发送原始气象灾害预警信息发布的指令给北斗短报文通信发布端，所述北斗短报文通信发布端发送原始气象灾害预警信息给北斗预警信息发布模块；

步骤B，短报文处理模块对发布的原始气象灾害预警信息进行预处理、编码，具体实施如下；

步骤B-1，预警信息预处理模块根据预警信息编码格式对接收的原始气象灾害预警信息数据包进行拆包得到子数据包，通过对所述子数据包的发送及数据处理、补包处理和包查询处理，完成预警信息的预处理；

步骤B-2，预警信息编码模块对子数据包做自适应动态huffman编码得到压缩编码后的预警信息；

步骤C，监控模块对各北斗预警信息专用终端的位置信息进行监控，具体实施如下：

步骤C-1，预警信息发布平台向北斗专用终端发送报位指令；

步骤C-2，北斗卫星将定位获取的专用北斗接收终端的位置信息反馈给预警信息发布平台；

步骤C-3，定位信息参数提取模块提取所述位置信息参数并生成混合向量；

步骤D，区域识别模块将添加了待发布区域位置信息的预警信息发送给北斗预警信息发布模块。

进一步的，所述基于北斗卫星的气象灾害预警信息发布方法步骤B-2中，预信息编码模块对子数据包做自适应动态huffman编码的具体实施如下：

步骤a，初始化huffman编码树；

步骤b，编码模块分析子数据包：若子数据包中包含的预警信息字符首次出现时，进入步骤c；否则，对预警信号编码输出，进入步骤d；

步骤c，根据预警信息字符，利用最小加权长度公式修改编码树，具体实施如下：

步骤c-1，用包含新NYT节点和字符节点的子树替换原始NYT节点；

步骤c-2，给步骤c-1中替换后的NYT节点以及新叶节点赋以权值1，将当前节点作为原始NYT节点；

步骤c-3，若当前节点是编码树的根节点，结束编码；否则，将当前节点作为父节点，进入步骤d；

步骤d，对节点权重加1处理，寻找huffman编码树的根节点，具体实施如下：

步骤d-1，比较权重相同节点的编号找出标号最大的节点，给编号最大的节点权重加1；

步骤d-2，若当前节点是根节点，结束编码；否则，将当前节点作为父节点，返回步骤d-1。

本发明采用上述技术方案，具有以下有益效果：基于北斗卫星气象灾害预警信息发布系统体积小、携带方便、功耗低、实时性高；基于北斗卫星气象灾害预警信息发布方法通过对子数据包自适应分组预处理提高了预警信息传输的灵活性，利用补包流程和包查询流程增加了业务预警信息数据传输的差错检测功能；动态自适应Huffman编码算法，利用加一操作避免了静态Huffman编码树因为符号编码的改变而不满足最小加权路径长度条件的缺陷。

附图说明

图1为基于北斗卫星的气象灾害预警信息发布系统的示意图。

图2为预警信息预处理模块的数据包发送及处理流程。

图3为预警信息预处理模块的补包流程。

图4为预警信息预处理模块的包查询流程。

图5为预警信息编码模块的动态自适应Huffman编码流程。

具体实施方式

下面结合附图对发明的技术方案进行详细说明：

如图1所示的基于北斗卫星的气象灾害预警信息发布系统，包括：预警信息发布平台、北斗短报文通信发布端、短报文处理模块、监控模块、区域识别模块、北斗预警信息发布模块、北斗专用接收终端。预警信息发布平台、北斗短报文通信发布端、短报文处理模块、区域识别模块、北斗预警信息发布模块依次连接，监控模块与预警信息发布平台、区域识别模块连接，北斗预警信息发布模块与北斗专用接收端无线通信。

预警信息发布平台用于级联传输、发布原始气象灾害预警信息，接收所述北斗专用接收终端的位置信息；北斗短报文通信发布端用于根据原始气象灾害预警信息提取北斗短报文；短报文处理模块包括预警信息预处理模块以及预警信息编码模块，用于对北斗短报文进行预处理、编码得到待发布的气象灾害预警信息；监控模块包括定位信息参数提取模块以及混合向量生成模块，用于对所述北斗卫星定位信息进行特征提取、生成混合向量，实时监控北斗专用接收终端；区域识别模块用于给待发布的气象灾害预警信息添加待发布区域的位置信息；北斗预警信息发布模块用于发布包含发布区域位置信息的气象灾害预警信息；北斗专用接收终端用于向北斗卫星上报自身位置信息，接收预警信息。

基于北斗卫星的气象灾害预警信息发布方法，包括如下步骤：

步骤A，预警信息发布平台发送原始气象灾害预警信息发布的指令给北斗短报文通信发布端，所述北斗短报文通信发布端发送原始气象灾害预警信息给北斗预警信息发布模块；

步骤B，短报文处理模块对发布的原始气象灾害预警信息进行预处理、编码和监控，具体实施如下：

步骤B-1，预警信息预处理模块根据预警信息编码格式对接收的原始气象灾害预警信息数据包进行拆包得到子数据包：通过对上述子数据包的发送及数据处理流程、补包流程和包查询流程，完成预警信息的预处理。

预处理具体实现如下：

由于北斗报文通信有一定的数据量和通信频度的限制，因而针对预警信息发布传输，提出了自适应分包传输方法，将大的预警信息数据包进行拆分，形成多个小的包、每个小的数据包加上包头，分别传输。

具体思路是对大的信息数据包进行拆包并加相应的包头,接收端对接收的数据包拆除包头,并对数据合并,如果有数据包丢失,则要求发送端重新发送丢失的数据包,直到所有的数据接收完毕为止。同时还必须采取超时控制等措施,保证预警信息数据通信效率和降低通信费用。

根据实际预警信息发布需求，传输控制分为三种类型的包，即数据包、查询包、应答包。其中，数据包将待传输的预警信息数据包自适应分组成为小的数据包，每个数据包包括包头和数据段；包头部分包括包类型和编号。查询包指数据包发送完成后，由发送端主动发送是否完整接收的查询信息包。响应包是对查询包的响应，根据查询包的内容，客户端检查是接收到的数据包是否完全接收，若已完全接收，则发送响应完全接收；否则，返回丢失响应包序号。

具体流程如下：

Step1：数据包发送及处理流程如图2所示：

发送端在接收发送请求后，将大的数据包分装成小的数据包，根据传输的业务数据特性，添加必要的头部标识位，比如重组标志位、包地址位等，以便接收端能智能的将收到的分散数据重新组织在一起；同时，通过对大数据包中的序列号编号实现预警信息发送。发送完毕后，发送查询包，若在规定的时间内未收到响应信息，重发查询，查询超过三次，仍未收到响应，刚本轮发送失败，进入下轮发送。若收到响应，则进入补包流程。

Step2：补包流程如图3所示：

发送端在发送完数据包后，根据本轮数据包发送的编号，结合包头信息和发送序列，通过设定的包头类型字段，将预警信息发给接收终端，并开始计时，若在规定的时间内，未收到响应信息，重发查询并计时。查询超过三次后仍未收到响应包，则本轮发送失败，进入下一轮发送。

Step3：包查询流程如图4所示：

发送端通信模块接收包，分析包头，确定为应答包，读取补包序列，从发送队列中读取应补发的数据包进行数据包补包，补包完成后，发送查询包，并开始重传计时，超过规定时间内三次查询仍未收到响应包，则本轮发送失败，进入下一轮发送。若接收到成功发送应答，清空发送队列，则进入下一轮数据发送进程。

步骤B-2，预警信息编码模块对子数据包做自适应动态huffman编码得到压缩编码后的预警信息。

由于北斗系统短报文传输能力每次短报文通信的容量有限，一般情况下不能满足预警信息的传输要求。为使预警信息发布系统的预警信息传输能力能够达到预警信息对信息长度的要求，在对预警信息进行自适应分包预处理的基础上，通过预警信息编码单元实现对预警信息的压缩编码，

目前经典的Huffman编码算法对输入的符号流进行编码，必须进行两遍扫描。第一遍扫描统计被编码对象中符号出现的几率，并创建Huffman编码树，第二遍扫描按照Huffman编码树对输入符号进行编码。所谓Huffman编码树，就是一棵具有最小加权路径长度的满二叉树。而树的加权路径长度，就是树中所有的叶节点的权重值(通常为符号出现的频率)乘上其到根节点的路径长度。

这里提出一种动态自适应Huffman编码方案。该方案不需要事先构造Huffman树，而是随着编码的进行，逐步动态构造Huffman树。同时，这种编码方案对符号的统计也动态进行，随着程序的运行，同一个符号的编码可能发生改变，解决了经典Huffman算法中静态编码树面临的主要问题。对提出的动态自适应Huffman算法先做一下两点说明：

第一，由于将一个新的预警信息符号插入编码树或者输出某一个已编码符号后，相应的符号的出现次数增加了1，继而编码树中各种符号的出现频率发生了改变。此时，原有的Huffman编码树已经不一定符合具有最小加权路径长度这一条件，因此必须进行调整，以使其继续满足这一条件，保持其合法Huffman编码树的状态。这一操作，在算法流程中称为“加一操作”。

第二，为方便表述，给每个节点引入两个新的属性：节点编号(nodenumber)和所属块(block)。其中节点编号是一个全局唯一的值，不同的节点拥有不同的节点编号；权重值较大的节点，节点编号也较大；父节点的节点编号总是大于子节点的节点编号。而块指具有相同权重的一组节点。

下面给出动态自适应Huffman算法流程，预警信息编码单元提出的动态自适应Huffman编码的实现流程图如下图5所示。

Step1：初始化编码树。编码树的初始状态只包含一个叶节点，包含标识符NYT(Not Yet Transmitted，尚未传送)，权重值为0。NYT不同于任何一个将要传送的符号。当有一个尚未包含在编码树中的符号需要被编码时，系统就输出NYT编码，然后跟着符号的原始表达。

Step2：当首次出现的每个预警信息符号，使用包含新NYT节点和字符节点的子树替换旧的NYT节点，并将原NYT与新叶节点赋以权值1。若预警信息符号非首次出现，则对符号进行编码并输出。

Step3：根据最小加权长度公式(1)，判别节点编号在块内是否最大。如最大，则根据公式(1)，将节点权重加1。如不是最大，则交换当前节点与块内具有最大节点编号的节点。

WPL＝W₁L₁+W₂L₂+…+W_n L_n

其中N个权重值W_i(i＝1；2；…n)构成一棵有N个叶节点的二叉树，相应的叶节点的路径长度为L_i(i＝1；2；…n)。

Step4：判别当前节点是否为根节点，如否，则改变当前节点位父节点，回至step3，如是，则结束本轮流程。

步骤C，监控模块对各北斗预警信息专用终端的位置向量构造基于混合模式的组合向量，将所得混合模式的组合向量上报给预警信息发布平台；

提出一种基于混合模式的组合向量向平台自动报位。混合模式的组合向量包括地址码向量、移动距离和转向角度三要素信息。组合向量的各参数(地址码向量、移动距离和转向角度等)通过北斗导航的精确定位信息获得。首先，通过北斗获得定位信息，进行有效定位信息提取，对提取的定位信息处理获得相关参数，由发布平台向终端下达自动报位的指令。然后，将得到的各定位信息参数(包括地址码向量、移动距离和转向角度的三要素信息)构成基于混合模式的组合向量，随后终端根据指令的要求，在一定频率间隔下，自动向平台报位。

最终，通过北斗指挥机下属的北斗普通用户终端作为预警信息接收终端，在全国任何地方在同一时间收到发布的预警信息。

步骤D，区域识别模块将添加了待发布区域位置信息的预警信息发送给北斗预警信息发布模块。

综上所述，本发明所涉及的基于北斗卫星气象灾害预警信息发布系统体积小、携带方便、功耗低、实时性高；基于北斗卫星气象灾害预警信息发布方法通过对子数据包自适应分组预处理提高了预警信息传输的灵活性，利用补包流程和包查询流程增加了业务预警信息数据传输的差错检测功能；动态自适应Huffman编码算法，利用加一操作避免了静态Huffman编码树因为符号编码的改变而不满足最小加权路径长度条件的缺陷，同时通过压缩编码方法进一步减少预警信息传输数据量。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.基于北斗卫星的气象灾害预警信息发布方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤A，预警信息发布平台发送原始气象灾害预警信息发布的指令给北斗短报文通信发布端，所述北斗短报文通信发布端发送原始气象灾害预警信息给北斗预警信息发布模块；

步骤B，短报文处理模块对发布的原始气象灾害预警信息进行预处理、编码，具体实施如下；

步骤B-1，预警信息预处理模块根据预警信息编码格式对接收的原始气象灾害预警信息数据包进行拆包得到子数据包，通过对所述子数据包的发送及数据处理、补包处理和包查询处理，完成预警信息的预处理；

步骤B-2，预警信息编码模块对子数据包做自适应动态huffman编码得到压缩编码后的预警信息；

步骤C，监控模块对各北斗预警信息专用终端的位置信息进行监控，具体实施如下：

步骤C-1，预警信息发布平台向北斗专用终端发送报位指令；

步骤C-2，北斗卫星将定位获取的专用北斗接收终端的位置信息反馈给预警信息发布平台；

步骤C-3，定位信息参数提取模块提取所述位置信息参数并生成混合向量；

步骤D，区域识别模块将添加了待发布区域位置信息的预警信息发送给北斗预警信息发布模块。

2.根据权利要求1所述的基于北斗卫星的气象灾害预警信息发布方法，其特征在于所述步骤B-2中预信息编码模块对子数据包做自适应动态huffman编码的具体实施如下：

步骤a，初始化huffman编码树；

步骤b，编码模块分析子数据包：若子数据包中包含的预警信息字符首次出现时，进入步骤c；否则，对预警信号编码输出，进入步骤d；

步骤c，根据预警信息字符，利用最小加权长度公式修改编码树，具体实施如下：

步骤c-1，用包含新NYT节点和字符节点的子树替换原始NYT节点；

步骤c-2，给步骤c-1中替换后的NYT节点以及新叶节点赋以权值1，将当前节点作为原始NYT节点；

步骤c-3，若当前节点是编码树的根节点，结束编码；否则，将当前节点作为父节点，进入步骤d；

步骤d，对节点权重加1处理，寻找huffman编码树的根节点，具体实施如下：

步骤d-1，比较权重相同节点的编号找出标号最大的节点，给编号最大的节点权重加1；

步骤d-2，若当前节点是根节点，结束编码；否则，将当前节点作为父节点，返回步骤d-1。