于 頌，楊?lèi)?ài)民，陳 峰

(山西省遙感中心，山西 太原 030000)

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

于 頌，楊?lèi)?ài)民，陳 峰

(山西省遙感中心，山西 太原 030000)

以山西省應(yīng)急測(cè)繪保障系統(tǒng)建設(shè)為例，研究應(yīng)急測(cè)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(yuǎn)程實(shí)時(shí)傳輸和服務(wù)、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)與遠(yuǎn)程指揮協(xié)同的一體化應(yīng)急測(cè)繪保障體系，對(duì)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(cè)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(kù)、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(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)、應(yīng)急指揮決策系統(tǒng)軟件和應(yīng)急測(cè)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(cè)工作中得到應(yīng)用，應(yīng)用效果良好，經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益顯著。

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

我國(guó)山區(qū)、丘陵區(qū)面積占全國(guó)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(qiáng)的自然災(zāi)害易發(fā)、頻發(fā)，嚴(yán)重危害了人民生命財(cái)產(chǎn)安全和社會(huì)穩(wěn)定，極大地制約了國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展[1]?；A(chǔ)測(cè)繪成果、測(cè)繪技術(shù)裝備和應(yīng)急測(cè)繪保障體系作為準(zhǔn)確掌握和應(yīng)對(duì)突發(fā)災(zāi)情險(xiǎn)情的重要手段，是實(shí)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(cè)繪保障工作中，凸顯出了災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)獲取裝備落后、數(shù)據(jù)處理時(shí)間長(zhǎng)、災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)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(wèn)題。因此，研究一體化解決應(yīng)急數(shù)據(jù)快速獲取、現(xiàn)場(chǎng)處理、遠(yuǎn)程傳輸、三維可視化分析等關(guān)鍵技術(shù)，研發(fā)機(jī)動(dòng)、靈活，具備全流程作業(yè)能力的應(yīng)急測(cè)繪保障系統(tǒng)是目前應(yīng)急測(cè)繪研究和建設(shè)的重要內(nèi)容，對(duì)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(cè)繪保障系統(tǒng)是通過(guò)綜合運(yùn)用航空航天遙感、移動(dòng)測(cè)繪、衛(wèi)星通信、地理信息服務(wù)等高新技術(shù)手段，研究開(kāi)發(fā)應(yīng)急三維地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)、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(yuǎn)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(dòng)車(chē)載平臺(tái)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(chǎng)監(jiān)測(cè)與遠(yuǎn)程指揮協(xié)同的應(yīng)急測(cè)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(kù)

應(yīng)急測(cè)繪保障系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)是多種數(shù)據(jù)庫(kù)的集成，通過(guò)研究多源異構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)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(kù)規(guī)范，開(kāi)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(kù)[4]。數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)容包括數(shù)字正射影像數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)字線劃地圖數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)庫(kù)、控制點(diǎn)影像數(shù)據(jù)庫(kù)和專(zhuān)題信息數(shù)據(jù)庫(kù)(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(wú)人機(jī)飛行平臺(tái)，研發(fā)具有測(cè)繪和監(jiān)測(cè)功能的無(wú)人機(jī)航攝系統(tǒng)；基于車(chē)載和單兵平臺(tái)，研發(fā)地面監(jiān)測(cè)視頻采集系統(tǒng)，形成對(duì)突發(fā)災(zāi)害區(qū)域的空中、地面聯(lián)合監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)高分辨率遙感影像和高清視頻監(jiān)測(cè)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(kù)、控制點(diǎn)影像數(shù)據(jù)庫(kù)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(dòng)、智能處理和傾斜攝影技術(shù)，開(kāi)發(fā)多源遙感影像一體化快速處理系統(tǒng)[7]，實(shí)現(xiàn)快速自動(dòng)空三、高精度DEM自動(dòng)生成、高分辨率正射影像及實(shí)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(cè)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(yuǎn)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(cè)與指揮中心各節(jié)點(diǎn)互聯(lián)互通的遠(yuǎn)程通信傳輸系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)應(yīng)急測(cè)繪現(xiàn)場(chǎng)與遠(yuǎn)程指揮中心的視頻、語(yǔ)音通信，并實(shí)現(xiàn)海量影像數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)視頻影像的遠(yuǎn)程傳輸，第一時(shí)間向后方指揮中心提供實(shí)時(shí)的現(xiàn)場(chǎng)情況和應(yīng)急測(cè)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(dòng)

分區(qū)、航線精確設(shè)計(jì)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(tái)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(shí)時(shí)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(shí)現(xiàn)應(yīng)急測(cè)繪任務(wù)的指揮調(diào)度、精確設(shè)計(jì)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(qiáng)有力的系統(tǒng)支撐。

6. 應(yīng)急測(cè)繪保障系統(tǒng)集成

以移動(dòng)車(chē)載平臺(tái)為基礎(chǔ)，完成應(yīng)急三維地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)、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(yuǎn)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(shí)現(xiàn)設(shè)備的精簡(jiǎn)化、系統(tǒng)的集成化、使用的簡(jiǎn)易化，建立一套集應(yīng)急測(cè)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(cè)繪保障系統(tǒng)[11](如圖5所示)。

圖5 移動(dòng)應(yīng)急測(cè)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(cè)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(cè)指揮系統(tǒng)”項(xiàng)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(diǎn)地質(zhì)災(zāi)害區(qū)域(2500 km2)的遙感監(jiān)測(cè)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(shí)間由原來(lái)的24 h縮短至3 h以內(nèi)；在應(yīng)急數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸方面具有較高的傳輸效率，實(shí)際工作中的傳輸時(shí)間測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1和表2；在應(yīng)急指揮決策系統(tǒng)軟件方面實(shí)現(xiàn)了對(duì)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(shí)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(xì)節(jié)，取得了更真實(shí)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(shí)間統(tǒng)計(jì) min

表2 不同面積正射影像傳輸時(shí)間統(tǒng)計(jì) min

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

四、結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)應(yīng)急測(cè)繪保障的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)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(cè)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(shí)際應(yīng)用。結(jié)果表明該系統(tǒng)具有較強(qiáng)的應(yīng)急測(cè)繪保障能力，對(duì)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(shí)，該系統(tǒng)可進(jìn)一步在災(zāi)害監(jiān)測(cè)與應(yīng)急指揮、生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)、土地利用監(jiān)測(cè)、礦產(chǎn)開(kāi)發(fā)監(jiān)測(cè)、重點(diǎn)工程建設(shè)等領(lǐng)域進(jìn)行推廣應(yīng)用，為本省轉(zhuǎn)型跨越發(fā)展提供了堅(jiān)實(shí)的應(yīng)急測(cè)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(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)[J].中國(guó)地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報(bào),2015,26(1):87-91.

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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(cè)指揮系統(tǒng)(成2013-6)

于 頌(1974—)，男，漢族，碩士，高級(jí)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?lèi)?ài)民，陳峰.應(yīng)急測(cè)繪保障系統(tǒng)的研究與應(yīng)用——以山西省為例[J].測(cè)繪通報(bào)，2016(11)：118-121.

10.13474/j.cnki.11-2246.2016.0380.

P208

B

0494-0911(2016)11-0118-04