應(yīng)急測繪保障系統(tǒng)的研究與應(yīng)用
——以山西省為例

于 頌，楊愛民，陳 峰

(山西省遙感中心，山西 太原 030000)

?

應(yīng)急測繪保障系統(tǒng)的研究與應(yīng)用
——以山西省為例

于 頌，楊愛民，陳 峰

(山西省遙感中心，山西 太原 030000)

以山西省應(yīng)急測繪保障系統(tǒng)建設(shè)為例，研究應(yīng)急測繪保障系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，建立應(yīng)急數(shù)據(jù)快速獲取及處理、數(shù)據(jù)遠程實時傳輸和服務(wù)、現(xiàn)場監(jiān)測與遠程指揮協(xié)同的一體化應(yīng)急測繪保障體系，對提升重大自然災(zāi)害和突發(fā)事件的應(yīng)急處置能力具有重要意義和作用。山西省應(yīng)急測繪保障系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)研究主要包括應(yīng)急三維地理信息數(shù)據(jù)庫、應(yīng)急數(shù)據(jù)快速獲取系統(tǒng)、應(yīng)急數(shù)據(jù)快速處理系統(tǒng)、應(yīng)急數(shù)據(jù)遠程傳輸系統(tǒng)、應(yīng)急指揮決策系統(tǒng)軟件和應(yīng)急測繪保障系統(tǒng)集成技術(shù)。系統(tǒng)研究成果已在山西省突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急監(jiān)測工作中得到應(yīng)用，應(yīng)用效果良好，經(jīng)濟和社會效益顯著。

自然災(zāi)害；突發(fā)事件；應(yīng)急測繪保障；遙感；地理信息系統(tǒng)

我國山區(qū)、丘陵區(qū)面積占全國總面積的67%，特別是地處中西部及能源型地區(qū)的山西省，全省范圍內(nèi)地形地貌起伏變化較大，地質(zhì)條件復(fù)雜，地質(zhì)環(huán)境脆弱，突發(fā)性和破壞性強的自然災(zāi)害易發(fā)、頻發(fā)，嚴重危害了人民生命財產(chǎn)安全和社會穩(wěn)定，極大地制約了國民經(jīng)濟和社會的可持續(xù)發(fā)展[1]?；A(chǔ)測繪成果、測繪技術(shù)裝備和應(yīng)急測繪保障體系作為準確掌握和應(yīng)對突發(fā)災(zāi)情險情的重要手段，是實施防災(zāi)、減災(zāi)、救災(zāi)的基礎(chǔ)性依據(jù)[2]，而在山西省近幾年的突發(fā)自然災(zāi)害應(yīng)急測繪保障工作中，凸顯出了災(zāi)害現(xiàn)場數(shù)據(jù)獲取裝備落后、數(shù)據(jù)處理時間長、災(zāi)害現(xiàn)場通信不暢、應(yīng)急數(shù)據(jù)不能共享，應(yīng)急系統(tǒng)應(yīng)用功能弱、效果差等諸多問題。因此，研究一體化解決應(yīng)急數(shù)據(jù)快速獲取、現(xiàn)場處理、遠程傳輸、三維可視化分析等關(guān)鍵技術(shù)，研發(fā)機動、靈活，具備全流程作業(yè)能力的應(yīng)急測繪保障系統(tǒng)是目前應(yīng)急測繪研究和建設(shè)的重要內(nèi)容，對提升本省突發(fā)自然災(zāi)害的應(yīng)急響應(yīng)和服務(wù)能力具有重要的意義和作用。

一、系統(tǒng)構(gòu)成

山西省應(yīng)急測繪保障系統(tǒng)是通過綜合運用航空航天遙感、移動測繪、衛(wèi)星通信、地理信息服務(wù)等高新技術(shù)手段，研究開發(fā)應(yīng)急三維地理信息數(shù)據(jù)庫、應(yīng)急數(shù)據(jù)快速獲取、應(yīng)急數(shù)據(jù)快速處理、應(yīng)急數(shù)據(jù)遠程傳輸、應(yīng)急指揮決策系統(tǒng)軟件等關(guān)鍵系統(tǒng)，并以移動車載平臺為基礎(chǔ)，完成各分系統(tǒng)軟硬件的高效集成，最終建立空地一體化、具備全流程作業(yè)能力、現(xiàn)場監(jiān)測與遠程指揮協(xié)同的應(yīng)急測繪保障系統(tǒng)[3]，如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

二、關(guān)鍵技術(shù)研究

1. 應(yīng)急三維地理信息數(shù)據(jù)庫

應(yīng)急測繪保障系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫是多種數(shù)據(jù)庫的集成，通過研究多源異構(gòu)數(shù)據(jù)庫集成技術(shù)，建立多源遙感影像、DEM、行政境界、地名等地理信息數(shù)據(jù)的處理、整合和建庫規(guī)范，開發(fā)適應(yīng)工程化作業(yè)流程的應(yīng)急三維地理信息數(shù)據(jù)庫[4]。數(shù)據(jù)庫內(nèi)容包括數(shù)字正射影像數(shù)據(jù)庫、數(shù)字線劃地圖數(shù)據(jù)庫、數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)庫、控制點影像數(shù)據(jù)庫和專題信息數(shù)據(jù)庫(地面塌陷、滑坡、崩塌、泥石流、地裂縫等[5]自然災(zāi)害的空間位置和屬性信息)。

2. 應(yīng)急數(shù)據(jù)快速獲取系統(tǒng)

基于自主研制的無人機飛行平臺，研發(fā)具有測繪和監(jiān)測功能的無人機航攝系統(tǒng)；基于車載和單兵平臺，研發(fā)地面監(jiān)測視頻采集系統(tǒng)，形成對突發(fā)災(zāi)害區(qū)域的空中、地面聯(lián)合監(jiān)測，實現(xiàn)高分辨率遙感影像和高清視頻監(jiān)測數(shù)據(jù)的快速獲取[6](如圖2所示)。

3. 應(yīng)急數(shù)據(jù)快速處理系統(tǒng)

研究基于應(yīng)急三維地理信息數(shù)據(jù)庫、控制點影像數(shù)據(jù)庫和IMU+GPS數(shù)據(jù)支持的多源、多基線航空遙感數(shù)據(jù)快速、自動、智能處理和傾斜攝影技術(shù)，開發(fā)多源遙感影像一體化快速處理系統(tǒng)[7]，實現(xiàn)快速自動空三、高精度DEM自動生成、高分辨率正射影像及實景三維模型數(shù)據(jù)[8]快速生成與智能拼接，并能完成多種應(yīng)急測繪產(chǎn)品的快速制作輸出(如圖3所示)。

4. 應(yīng)急數(shù)據(jù)遠程傳輸系統(tǒng)

構(gòu)建衛(wèi)星通信系統(tǒng)應(yīng)急指揮中心站，采用衛(wèi)星寬帶和4G網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，研究建立應(yīng)急監(jiān)測與指揮中心各節(jié)點互聯(lián)互通的遠程通信傳輸系統(tǒng)，實現(xiàn)應(yīng)急測繪現(xiàn)場與遠程指揮中心的視頻、語音通信，并實現(xiàn)海量影像數(shù)據(jù)和實時視頻影像的遠程傳輸，第一時間向后方指揮中心提供實時的現(xiàn)場情況和應(yīng)急測繪成果(如圖4所示)。

5. 應(yīng)急指揮決策系統(tǒng)軟件

研究數(shù)字高程模型和遙感影像的航空攝影自動

分區(qū)、航線精確設(shè)計與應(yīng)急三維地理信息系統(tǒng)的集成技術(shù)，采用SOA架構(gòu)，基于組件化的三維可視化平臺研發(fā)應(yīng)急指揮決策系統(tǒng)軟件，系統(tǒng)集應(yīng)急任務(wù)規(guī)劃、飛行監(jiān)控、應(yīng)急數(shù)據(jù)實時回傳及處理、視頻監(jiān)控、GIS分析、三維可視化等功能[9-10]為一體，實現(xiàn)應(yīng)急測繪任務(wù)的指揮調(diào)度、精確設(shè)計和應(yīng)急數(shù)據(jù)的融合、分析與服務(wù)，為應(yīng)急指揮和決策提供強有力的系統(tǒng)支撐。

6. 應(yīng)急測繪保障系統(tǒng)集成

以移動車載平臺為基礎(chǔ)，完成應(yīng)急三維地理信息數(shù)據(jù)庫、應(yīng)急數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)、應(yīng)急數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、應(yīng)急數(shù)據(jù)遠程傳輸系統(tǒng)、應(yīng)急指揮決策系統(tǒng)軟件等分系統(tǒng)軟硬件的高效集成，實現(xiàn)設(shè)備的精簡化、系統(tǒng)的集成化、使用的簡易化，建立一套集應(yīng)急測繪任務(wù)規(guī)劃、數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ苡谝惑w的，具備全流程作業(yè)能力的應(yīng)急測繪保障系統(tǒng)[11](如圖5所示)。

圖5 移動應(yīng)急測繪保障系統(tǒng)集成構(gòu)建

三、系統(tǒng)應(yīng)用分析

本文研究建立的應(yīng)急測繪保障系統(tǒng)已在“山西省突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害遙感監(jiān)測指揮系統(tǒng)”項目建設(shè)中得到應(yīng)用，并發(fā)揮出了積極重要的作用，為全面完成山西省重點地質(zhì)災(zāi)害區(qū)域(2500 km2)的遙感監(jiān)測任務(wù)提供了系統(tǒng)支撐。該系統(tǒng)在應(yīng)急數(shù)據(jù)獲取方面2 h即可完成20 km2的5～20 cm分辨率遙感影像獲取，在應(yīng)急數(shù)據(jù)處理方面使遙感影像成圖時間由原來的24 h縮短至3 h以內(nèi)；在應(yīng)急數(shù)據(jù)遠程傳輸方面具有較高的傳輸效率，實際工作中的傳輸時間測試結(jié)果見表1和表2；在應(yīng)急指揮決策系統(tǒng)軟件方面實現(xiàn)了對多源異構(gòu)海量信息的一體化管理和三維可視化分析能力，如圖6和圖7所示；系統(tǒng)基于傾斜攝影技術(shù)構(gòu)建的災(zāi)害區(qū)域高精度實景三維模型相比于傳統(tǒng)DEM疊加影像的方式具有更豐富的紋理細節(jié)，取得了更真實的三維可視化效果，如圖8所示。

表1 不同數(shù)量原始航片傳輸時間統(tǒng)計 min

表2 不同面積正射影像傳輸時間統(tǒng)計 min

圖6 應(yīng)急地理信息數(shù)據(jù)庫管理及服務(wù)發(fā)布系統(tǒng)

四、結(jié)束語

本文對應(yīng)急測繪保障的關(guān)鍵技術(shù)進行了研究，建立了一套空天地一體化、全流程、協(xié)同的應(yīng)急測繪保障系統(tǒng)，并在山西省突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急工作中得到了實際應(yīng)用。結(jié)果表明該系統(tǒng)具有較強的應(yīng)急測繪保障能力，對提升本省重大自然災(zāi)害和突發(fā)公共事件的應(yīng)急響應(yīng)和服務(wù)能力具有重要意義和作用；同時，該系統(tǒng)可進一步在災(zāi)害監(jiān)測與應(yīng)急指揮、生態(tài)環(huán)境監(jiān)測、土地利用監(jiān)測、礦產(chǎn)開發(fā)監(jiān)測、重點工程建設(shè)等領(lǐng)域進行推廣應(yīng)用，為本省轉(zhuǎn)型跨越發(fā)展提供了堅實的應(yīng)急測繪保障服務(wù)。

圖7 系統(tǒng)三維可視化分析功能模塊

圖8 災(zāi)害區(qū)域三維地形、地貌仿真

[1] 許兆軍,鄒蒲,賀秋華.湖南省突發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害遙感應(yīng)急監(jiān)測數(shù)據(jù)庫建設(shè)[J].中國地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報,2015,26(1):87-91.

[2] 朱慶,曹振宇,林琿,等.應(yīng)急測繪保障體系若干關(guān)鍵問題研究[J].武漢大學(xué)學(xué)報(信息科學(xué)版),2014,39(5):551-555.

[3] 李思奇.山西省突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害遙感監(jiān)測指揮系統(tǒng)項目順利通過驗收[J].經(jīng)緯天地,2014(6):26-28.

[4] 雒燕飛.地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急地理信息數(shù)據(jù)庫設(shè)計及其應(yīng)用[D].濟南:山東科技大學(xué),2010.

[5] 張錦.礦山地面災(zāi)害精準監(jiān)測地學(xué)傳感網(wǎng)系統(tǒng)[J].地球信息科學(xué)學(xué)報,2012,14(6):681-685.

[6] 姜城,孫敏,董娜,等.面向遠程監(jiān)控的無人機視頻地理信息增強方法[J].測繪通報,2014(11):28-32.

[7] 程春泉.多源異構(gòu)遙感影像聯(lián)合定位模型研究[D].徐州:中國礦業(yè)大學(xué),2010.

[8] 田野,向宇,高峰,等.利用Pictometry傾斜攝影技術(shù)進行全自動快速三維實景城市生產(chǎn)——以常州市三維實景城市生產(chǎn)為例[J].測繪通報,2013(2):59-62.

[9] 肖金城,王恩泉,胡特彧.三維地理信息應(yīng)急指揮系統(tǒng)設(shè)計[J].測繪科學(xué),2011,36(S0):181-183.

[10] 焦道振,謝榮安,楊賢偉.三維GIS平臺的地面沉降地質(zhì)災(zāi)害信息系統(tǒng)研究[J].測繪通報,2014(11):120-122.

[11] 湯建國,胡傳文,王玲,等.省級應(yīng)急測繪保障服務(wù)體系研究[J].測繪通報,2014(7):94-96.

Research and Application of Emergency Surveying and Mapping Support System ——Taking Shanxi Province as an Example

YU Song，YANG Aimin，CHEN Feng

2016-06-13

山西省突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害遙感監(jiān)測指揮系統(tǒng)(成2013-6)

于 頌(1974—)，男，漢族，碩士，高級工程師，主要從事遙感與地理信息系統(tǒng)方面的工作。E-mail：yusong8@sina.com

于頌，楊愛民，陳峰.應(yīng)急測繪保障系統(tǒng)的研究與應(yīng)用——以山西省為例[J].測繪通報，2016(11)：118-121.

10.13474/j.cnki.11-2246.2016.0380.

P208

B

0494-0911(2016)11-0118-04