吳 雨，李 雪，陳 曦，李 勇

（四川九洲北斗導航與位置服務有限公司，四川 綿陽 621000）

災害監(jiān)測平臺是實現(xiàn)監(jiān)測預警智能化、應急管理智慧化的重要手段，聯(lián)合國減少地震災害風險辦公室（簡稱聯(lián)合國減災署，United Nations Office for Disaster Risk Reduction）在2009 年發(fā)布的減輕災害術(shù)語中建議早期預警系統(tǒng)應要具備能夠及時制取和準確傳遞各類有特殊警示價值信息數(shù)據(jù)的能力，以保證受到災害威脅的人員和機構(gòu)能夠及時作出反應，從而減少災害導致的危險和損失。2019 年，聯(lián)合國全球減災署文件進一步地明確了災害自動預警監(jiān)測系統(tǒng)的主要構(gòu)成，建議其應包含災害預警、風險評估和應急預案等功能[1]。在實際建設(shè)中，普遍認為災害監(jiān)測平臺的減少應貫穿災害發(fā)生事前、事中與事后全過程，而不應局限于監(jiān)測本身[2]。由于災害發(fā)生具有空間尺度上相對聚集、時間維度上彼此伴隨發(fā)展的特點[2]，為保證監(jiān)測預警可靠性和應急響應時效性，災害監(jiān)測預警系統(tǒng)建設(shè)時必須圍繞承災載體、致災因子、孕災環(huán)境和社會化應急資源等獲取包括基礎(chǔ)時空數(shù)據(jù)、公共數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)實時感知數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)和業(yè)務專題數(shù)據(jù)等在內(nèi)的時空大數(shù)據(jù)，進而能夠?qū)崿F(xiàn)對各承災載體的實時多角度監(jiān)測、數(shù)據(jù)實時匯聚、多方智能聯(lián)動響應、信息智能識別整合與綜合分析和災害數(shù)據(jù)管理等[3]。

本文在研究國內(nèi)外災害監(jiān)測預警系統(tǒng)、時空大數(shù)據(jù)平臺建設(shè)發(fā)展現(xiàn)狀和特點的基礎(chǔ)上，針對地質(zhì)災害、橋梁及礦山等領(lǐng)域災害防治重點和業(yè)務能力需求，提出了基于時空智能服務的災害監(jiān)測平臺系統(tǒng)架構(gòu)，通過基于天空地井立體感知網(wǎng)絡、多網(wǎng)融合的通信網(wǎng)絡和基于北斗系統(tǒng)的時空智能服務引擎為各類災害的監(jiān)測預警、應急響應應用提供支撐，旨在為我國災害綜合監(jiān)測平臺建設(shè)提供借鑒。

1 國內(nèi)外災害監(jiān)測預警系統(tǒng)建設(shè)現(xiàn)狀

以美國、日本為代表的西方發(fā)達國家針對各類自然災害，結(jié)合自身國情建設(shè)了多元化、完善的監(jiān)測預警系統(tǒng)。美國地質(zhì)調(diào)查局打造了覆蓋全國范圍的“美國國家地震監(jiān)測臺網(wǎng)系統(tǒng)（ANSS）”，該系統(tǒng)由密集城市臺網(wǎng)、區(qū)域臺網(wǎng)和骨干站點組成，通過建設(shè)超過7000 個地震傳感子系統(tǒng)，實現(xiàn)對全美易受地震影響區(qū)域的全覆蓋[4]；美國國家海洋和大氣管理局（NOAA）通過建設(shè)天氣有線服務系統(tǒng)、家庭氣象服務系統(tǒng)和應急管理氣象信息網(wǎng)絡服務系統(tǒng)等平臺，利用衛(wèi)星監(jiān)測數(shù)據(jù)實現(xiàn)全天候不間斷實時氣候監(jiān)測分析，及時提供有可能引發(fā)氣象災害的邊界氣象條件，及時預警龍卷風、颶風等極端氣候，并能針對森林火災、海洋溫度變化等災害提供變化監(jiān)測[5]。日本由于其國家地理特性，特別突出注重突發(fā)自然災害的日常監(jiān)測及預警預報工作，建立了比較完善高效的重大災害日常監(jiān)測平臺和應急信息快速發(fā)布系統(tǒng)，提供針對破壞性地震、海嘯襲擊等重要自然災害的監(jiān)測、預警功能[5]，日本氣象廳（JMA）設(shè)計了地震災害評估信息系統(tǒng)（DIS），用于地震災害的震前、震后評估并提供救援計劃和修復重建計劃制定功能[6]，該系統(tǒng)建設(shè)方結(jié)合實際系統(tǒng)實際運行情況不斷迭代優(yōu)化子系統(tǒng)功能，以提高準確性、實用性，并通過提供網(wǎng)絡信息共享服務，面向普通民眾提供實時分析數(shù)據(jù)[7]；在氣象災害監(jiān)測方面，日本建設(shè)部署了包括120 余個氣象觀測站，1300 個雨量觀測站的“氣象服務計算機系統(tǒng)”（COSMETS），用于數(shù)據(jù)采集和傳輸，該系統(tǒng)基于超算系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)的融合處理分析，并提供天氣預報功能。

為逐步加強、優(yōu)化和統(tǒng)籌國家應急能力，我國于2018 年組建了應急管理部，旨在推動建立中國特色應急管理體制，科技部于2016 年啟動“重大自然災害監(jiān)測預警與防范”重點專項，旨在通過專項建設(shè)，重點圍繞各類重大自然災害的監(jiān)測預警、風險防控和綜合應對處置，構(gòu)建應急組織機制，建設(shè)信息化共享平臺[8]；成都理工大學基于3D WebGIS 技術(shù)開發(fā)了地質(zhì)災害監(jiān)測預警與決策支持系統(tǒng)，構(gòu)建一套綜合管理平臺，綜合管理各類空間地理數(shù)據(jù)與屬性信息，集成海量地質(zhì)災害數(shù)據(jù)，基于Virtual Earth 二次開發(fā)三維展示平臺，實現(xiàn)真實三維漫游等，“丹江口滑坡監(jiān)測預警系統(tǒng)”同樣基于3D WebGIS 技術(shù)進行研發(fā)，實現(xiàn)了對滑坡的管理、監(jiān)測數(shù)據(jù)集成、滑坡預報等功能[9]；河北省第一測繪院基于河北省地質(zhì)情況、人類工程活動等因素，建設(shè)了河北省地質(zhì)災害監(jiān)測預警系統(tǒng)，基于人工智能、3S 等技術(shù)，實現(xiàn)了河北省地質(zhì)災害可視化動態(tài)監(jiān)測預警，有效提升了該省的地質(zhì)災害預警能力[10]。

2 基于時空智能服務的災害監(jiān)測平臺建設(shè)模式

2.1 業(yè)務需求分析

根據(jù)我國防災減災的新形勢、新要求，借鑒國內(nèi)外災害監(jiān)測預警平臺、時空大數(shù)據(jù)平臺的建設(shè)經(jīng)驗，本文分析了對各類災害進行有效調(diào)查、監(jiān)測、分析、預警和處置等關(guān)鍵要素，并結(jié)合具體業(yè)務需求進行系統(tǒng)設(shè)計，提出了基于北斗時空智能服務與智慧應急業(yè)務深度融合的災害監(jiān)測平臺建設(shè)模式。圍繞地質(zhì)災害、邊坡、礦山、橋梁和大壩等領(lǐng)域的災害類型，構(gòu)建災害風險綜合感知體系、網(wǎng)絡融合通信體系、北斗時空數(shù)據(jù)智能服務體系和多災種綜合應用體系，旨在實現(xiàn)跨行業(yè)、跨領(lǐng)域的災害綜合監(jiān)測、時空數(shù)據(jù)共享、智能分析預警和應急通信與指揮，提高應對各類災害的監(jiān)測、分析、預警、發(fā)布和處置能力。

1）全域感知能力。全面、及時采集獲取承災載體關(guān)鍵演變數(shù)據(jù)，是對災害進行有效分析預警的基礎(chǔ)和前提，充分利用北斗、遙感、無人機與視頻監(jiān)控等技術(shù)手段，通過衛(wèi)星感知、航空感知和物聯(lián)網(wǎng)感知等途徑，構(gòu)建天空地井全域覆蓋的立體感知網(wǎng)絡，實現(xiàn)對災害目標的實時的動態(tài)監(jiān)測，為綜合分析災害風險提供數(shù)據(jù)源。

2）風險分析能力。分析評估承載體隱患的危險程度，是災害監(jiān)測預警平臺最為核心和關(guān)鍵的功能，基于全域感知網(wǎng)絡獲取的多源監(jiān)測數(shù)據(jù)，結(jié)合承載體本身的脆弱性、易損性等特性，基于大數(shù)據(jù)理論和人工智能算法，全面分析災害演變趨勢，評估災害發(fā)生的可能性，研究確定重點防范區(qū)域，合理設(shè)定預警閾值，全面提升風險分析能力。

3）應急通信能力。建設(shè)應急通信網(wǎng)絡，實現(xiàn)北斗二號/三號短報文通信、4G/有線互聯(lián)網(wǎng)、衛(wèi)星通信網(wǎng)、IP電話網(wǎng)及無線圖傳專網(wǎng)等各類通信網(wǎng)絡間的互聯(lián)互通、融合通信，提高突發(fā)事件時數(shù)據(jù)傳輸?shù)某晒β屎涂煽啃?，為關(guān)鍵監(jiān)測數(shù)據(jù)的傳輸和應急指揮調(diào)度提供“全天候、全地域、全過程”的通信網(wǎng)絡支撐。

4）服務共享能力。通過構(gòu)建整合多源時空大數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)資源池和服務資源池，在切實確保用戶數(shù)據(jù)安全和數(shù)據(jù)資產(chǎn)產(chǎn)權(quán)歸屬清晰的前提下，推動實現(xiàn)跨區(qū)域、跨部門、跨行業(yè)及跨系統(tǒng)的數(shù)據(jù)、服務資源共享，避免重復投資和重復建設(shè)。

5）支撐保障能力。通過支撐保障體系建設(shè)和信息化安全保障工程建設(shè)，實現(xiàn)身份與密碼的統(tǒng)一管理，并提供資源權(quán)限同步服務，進一步提升網(wǎng)絡安全保障、數(shù)據(jù)和應用安全防護等級，為系統(tǒng)提供全方位保障，充分保障長期穩(wěn)定運行。

6）綜合應用能力。建設(shè)“1 個統(tǒng)一北斗時空智能服務系統(tǒng)”和“N 個行業(yè)個性化應用系統(tǒng)”的智慧應急綜合應用架構(gòu)，提供全方位安全管理應用服務、決策支持服務、專業(yè)應用研究服務和社會公眾信息服務，通過數(shù)據(jù)共享交換系統(tǒng)接入并整合自然資源、住建、林業(yè)、消防、地震、交通運輸、水利和氣象等部門數(shù)據(jù)，并與上下級平臺實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。

2.2 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

基于時空智能服務的災害監(jiān)測平臺所針對的主要監(jiān)測對象包括各類承災載體、孕災的環(huán)境因素和其他致災因子，通過感知網(wǎng)絡采集獲取底層監(jiān)測數(shù)據(jù)，通過通信網(wǎng)絡進行監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸和應急通信指揮，通過北斗時空智能服務系統(tǒng)提供基于北斗時空大數(shù)據(jù)的各類基礎(chǔ)服務，通過安全監(jiān)測應用系統(tǒng)針對特定行業(yè)、特定領(lǐng)域和特定監(jiān)測對象提供定制化、個性化功能服務。系統(tǒng)采用分層架構(gòu)進行設(shè)計，包括天空地井一體化的融合感知層、多網(wǎng)合一的融合通信層、北斗時空智能服務層和綜合應用層，同時通過相關(guān)標準規(guī)范體系和安全保障體系建設(shè)，保障系統(tǒng)平穩(wěn)、可靠、穩(wěn)定、高效且安全的運行（圖1）。

圖1 系統(tǒng)總體架構(gòu)圖

融合感知層。智能化應用的數(shù)據(jù)來源，包括天基的遙感衛(wèi)星、導航衛(wèi)星和通信衛(wèi)星等；空基的航空遙感、機載雷達和無人機遙感等；地基的定位終端、物聯(lián)感知終端和視頻圖像終端等；以及特別針對煤礦的井下專用感知設(shè)備，融合通信層。智能化應用涉及到5 類網(wǎng)絡，包括政務外網(wǎng)、衛(wèi)星通信網(wǎng)、電信網(wǎng)、廣播電視網(wǎng)及互聯(lián)網(wǎng)。此外，針對部分應急數(shù)據(jù)傳輸和應急通信需求，提供基于北斗短報文的通信網(wǎng)絡支持。北斗時空智能服務層。綜合應用層?；谌诤细兄獙犹峁┑亩嘣磾?shù)據(jù)、融合通信層提供的網(wǎng)絡基礎(chǔ)設(shè)施和北斗時空智能服務層提供的智能服務引擎，針對特定應用需求，定制化建設(shè)監(jiān)測應用系統(tǒng)，提供個性化應用服務。標準規(guī)范體系和運行保障體系。通過建立統(tǒng)一的技術(shù)流程和標準規(guī)范、統(tǒng)一數(shù)據(jù)格式和信息流程，提高各類數(shù)據(jù)資源的利用效率，通過建立規(guī)范、高效的業(yè)務運行保障機制和信息安全保障機制，實現(xiàn)災害監(jiān)測平臺業(yè)務應用系統(tǒng)的安全、高效運轉(zhuǎn)。

2.3 北斗時空智能服務系統(tǒng)設(shè)計

北斗時空智能服務系統(tǒng)是基于時空智能服務的災害監(jiān)測平臺建設(shè)的核心內(nèi)容，旨在挖掘災害監(jiān)測預警應用系統(tǒng)基礎(chǔ)需求的最大公約數(shù)，依托云中心，建設(shè)服務資源池、數(shù)據(jù)資源池和能力中臺，為上層應用系統(tǒng)提供基于北斗時空大數(shù)據(jù)的統(tǒng)一數(shù)據(jù)服務、接口服務、功能服務和知識服務，系統(tǒng)功能設(shè)計部分參考自然資源部智慧城市時空大數(shù)據(jù)平臺建設(shè)技術(shù)大綱[11]。本文重點闡述能力中臺設(shè)計思路。算法中臺基于云中心提供的計算、存儲及網(wǎng)絡等基礎(chǔ)資源和數(shù)據(jù)中臺提供的標準數(shù)據(jù)，通過沉淀專家經(jīng)驗并引入人工智能算法，提供面向行業(yè)業(yè)務情景的模型設(shè)計、編排、調(diào)試、運行發(fā)布與可視化管理等能力。算法中臺實現(xiàn)智能調(diào)度、智能數(shù)據(jù)、規(guī)則引擎及算法中心等功能模塊。數(shù)據(jù)中臺對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一的采集、計算、存儲和加工，形成垂直數(shù)據(jù)中心、全域數(shù)據(jù)中心及萃取數(shù)據(jù)中心等大數(shù)據(jù)資產(chǎn)，并提供構(gòu)建數(shù)據(jù)模型、數(shù)據(jù)資產(chǎn)管理、數(shù)據(jù)調(diào)用、數(shù)據(jù)監(jiān)控、數(shù)據(jù)分析與數(shù)據(jù)可視化展現(xiàn)等多種服務內(nèi)容，有助于數(shù)字化轉(zhuǎn)型企業(yè)托管數(shù)據(jù)，并為使用九洲云算力中心提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，促進中小微企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型進程。數(shù)據(jù)中臺功能包括數(shù)據(jù)接入、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)資源池、數(shù)據(jù)管控、數(shù)據(jù)服務和數(shù)據(jù)共享交換等。業(yè)務中臺。業(yè)務中臺通過提煉地質(zhì)災害、邊坡、橋梁、礦山及大壩等領(lǐng)域安全監(jiān)測預警業(yè)務的共性需求，沉淀相對穩(wěn)定的可共享的業(yè)務服務能力，支持快速多變的前臺業(yè)務需求的能力平臺，并提供可復用的業(yè)務服務。業(yè)務中臺主要提供能力包括專題應用分析引擎、預警分析引擎、救援指揮引擎、應急資源引擎、應急預案引擎、綜合研判引擎和安全監(jiān)管引擎等。媒體中臺提供傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控服務，同時整合視頻會議、電話語音、即時通信（語音、文字和圖片）、集群通信、北斗短報文通信和衛(wèi)星通信等多種通信接發(fā)方式的媒體資源，實現(xiàn)統(tǒng)一的媒體管理和媒體處理。

3 結(jié)束語

提升防災減災救災能力事關(guān)人民群眾生命財產(chǎn)安全和國家安全，面對嚴峻復雜的自然災害和安全生產(chǎn)形勢，綜合運用北斗系統(tǒng)、遙感、無人機、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)和人工智能等新一代信息技術(shù)，建設(shè)系統(tǒng)化、智能化和個性化的災害監(jiān)測平臺，有助于全面提升我國綜合防災減災水平。

時空大數(shù)據(jù)具有位置、時間、屬性、尺度、多源異構(gòu)及多維動態(tài)可視化等特性，是建設(shè)災害監(jiān)測平臺的基礎(chǔ)和核心?；跁r空智能服務的災害監(jiān)測平臺的建設(shè)方案是對災害監(jiān)測信息化的探索和實踐，針對災害發(fā)生伴隨著空間上聚集、時間上伴隨的特點，分析不同類型災害監(jiān)測應用系統(tǒng)在基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)服務和業(yè)務流程上的共性需求，通過以北斗時空智能服務系統(tǒng)為核心的分層架構(gòu)設(shè)計，為解決跨區(qū)域、跨部門、跨行業(yè)和跨系統(tǒng)的全域一體化大安全、大應急體系建設(shè)提供借鑒。

基于時空智能服務的災害監(jiān)測平臺建設(shè)是一項跨學科、跨領(lǐng)域的綜合性系統(tǒng)工程，目前尚處于探索階段，需要繼續(xù)深入研究，將地理信息技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、融合通信技術(shù)與智慧應急等不同領(lǐng)域的實際需求相結(jié)合，全面提升智慧應急建設(shè)的有效性和科學性。