为巨灾应急救援提供技术支撑“十一五”国家科技支撑计划项目“中国巨灾应急救援信息集成系统与示范”成果展示

2013-04-27

“十一五”国家科技支撑计划项目“中国巨灾应急救援信息集成系统与示范”是2008年汶川地震后批复的科技计划项目，用于支持抗震救灾和灾后重建工作。项目由国家民政管理部门作为组织单位，联合国家基础地理信息中心、国家遥感中心、中国航天科技集团公司第五研究院第五〇三研究所、北京师范大学等多家单位共同参与研究及技术攻关，共完成7个课题的建设。

一、　　　　　　 项目完成情

项目研制软件系统18套，获得软件著作权29项，专利1项，其中应急实时灾区数据快速获取与处理技术研究课题的“一种可更换镜头的数字航空摄影测量装置”获得国家实用新型专利，“SWDC数字航空摄影仪”获得省部级以上一等科技奖励。

项目以天地一体化的应急通讯保障技术为基础支撑，通过高时效的天基、空基、地基平台快速获取多源、多尺度的观测数据（遥感数据、监测站点数据等），同时，在多尺度地理信息平台支持下进行综合信息的集成分析。所有的数据与信息分析产品通过灾情综合研判与风险分析提交灾害决策部门，在决策支持与会商环境下，得到最终的决策产品。各类数据与信息分析产品在应急通讯技术的支撑下及时发送到灾区现场提供高效、准确、科学的灾害应急救援信息服务与集成。

在项目实施过程中，选择重特大灾害过程（汶川地震、玉树地震、莫拉克台风等）灾害影响区为示范基地，开展巨灾应急救援信息集成系统的建设与示范，为我国巨灾应急决策与物资调度提供多样化的解决方案和范例。

二、取得的成果及解决的主要关键技术问题

项目建设过程中的成果包括：《自然灾害遥感专题图产品制作要求》、《地理信息应急制图规范》、《风暴潮灾害风险评估与区划技术导则》等14项标准规范，其中1项国家标准、2项行业标准；获得巨灾应急救援与救助综合数据库管理系统、灾害转移安置系统、巨灾应急救援信息集成应用系统等29项软件著作权；一种可更换镜头的数字航空摄影测量装置、一种OFDM系统中的自适应预失真器及预失真方法、改进的制作热带气旋风带的方法等11项技术；发表文章125篇；技术文档90份。

1．建立流程化的巨灾应急救援地理信息综合分析显示模型

提出基于快照差的增量信息分类与表达以及面向多源异构数据和灾害链的灾损分析评估等流程化系列模型，解决了巨灾应急中重要基础地理信息要素快速更新和灾损快速预估的关键问题。增量更新模型基于目标差、被差和交的目标快照差 三元组，为时空目标差异分类提供了形式化描述方法。继而对面、线的快照差进行了形式化分类描述，给出了有实际意义的变化类型。该模型兼顾了时空目标的异、同两部分，能更好地区分目标快照差的类型。基于多源异构数据的灾损分析模型建立了不同灾害灾损的评估模型库和灾害链关联模型库，在灾情发生时，从已有数据库中快速获取灾情信息并估算灾损、预测可能导致的次生灾害链，解决了异构数据在模型中的实现问题。同时建立了针对地震、洪涝、台风、干旱、冰雪等巨灾的灾损分析模型，在基础地理信息和已有的灾区自然、人文、经济等背景信息及巨灾现场信息支持下，建立了不同灾种的灾损评估分析指标体系，构建了灾损分析模型，用以评估巨灾造成的损失。同时在多种终端上实现灾情信息空间化，并以二维、三维多种模式提供可视化界面，在真三维大屏幕立体融合环境、后台服务器等多模式之间实现了灾害多源异构数据的一体化集成显示。

2．应急灾区遥感数据快速获取与处理技术

从航天、航空遥感平台出发，构建应急灾区数据快速获取的技术方法。航天遥感平台调研了目前国内外主要的遥感器特性，针对不同灾种提出了卫星遥感数据快速获取的方案；航空遥感平台主要依托国产SWDC数字相机，在能力建设、航空遥感数据处理方面取得了一定的突破。面向大型灾害（如地震）的遥感数据灾情信息快速处理、应急多源遥感数据信息的快速集成提出了一整套技术方案，研发了“灾害异常区快速处理软件”和“应急灾区遥感数据快速集成软件”两套应用软件系统；“灾区多源多尺度遥感数据快速校正技术”和“面向灾体信息提取的多源遥感数据融合技术”为遥感数据的前期处理提供了完整的解决方案，是应急灾区遥感数据快速处理的技术基础；“灾害异常区快速处理技术” 完成灾害异常区的快速定位和信息初步提取，是应急灾区遥感数据快速处理的关键和核心技术；应急多源信息集成技术在以软件系统的方式集成了上述两方面技术的同时，提出了整合当前各单位遥感元数据的技术方案，为灾害发生时迅速查询所需数据提供了有力的技术支持。

3．基于卫星通信的多类型网络融合和QoS保障技术

以卫星通信网络为主干，设计星状、网状混合网络结构，依托应急移动基站和基于路由检测的网络工作模式快速切换等手段，融合卫星导航、地面Internet和各专用网络，构建了天地一体化的通信系统，解决了自然灾害发生导致地面移动通信基站损坏，光纤等有线通信链路中断时的巨灾应急通讯保障核心问题，并通过卫星链路资源动态分配和自适应雨衰控制确保巨灾应急通信的服务质量。

4．灾情综合研判与风险分析技术

通过对致灾因子信息的动态监测和其发展规律的研究，结合孕灾环境信息在灾前进行灾害危险性分布的分析；灾害发生时，在数据缺乏的情况下基于历史相似灾害的灾情进行灾情快速评估并完成基于历史灾情的灾情综合研判；随着数据的不断获取，能够完成基于承灾体易损性的灾情评估和灾害趋势分析预测，同时也对灾害可能引发的次生灾害进行次生灾害风险分析和次生灾害灾情评估，完成基于历史灾情和理论模型评估的灾情综合研判；在灾害发展的过程中，利用灾情信息现场动态加载与融合技术，快速加载灾区现场遥感影像、地方上报灾情和现场调查灾情数据，利用综合研判方法，完成基于历史灾情、理论模型评估灾情、地方上报灾情和现场调查灾情的灾情综合研判；根据灾情综合研判结果，对人员疏散、救灾物资需求与供给等提出方案。最终为巨灾应急决策与救援提供合理化建议。整个过程由灾情综合研判基础数据库提供数据支撑，由专题灾情产品快速制图与标绘来完成各阶段专题产品的制作。

5．多源异构的灾害知识表示和面向自然灾害管理的插件式辅助决策技术

针对自然灾害决策过程中涉及到的灾害案例、应急预案、决策规则、决策模型、框架知识等多源异构知识，利用本体建模技术和数字化表示技术等，对决策过程中的多源异构知识进行提取与表示；利用知识融合技术和OWL语义建模技术对多源异构决策知识进行集成转化、编辑管理和一致性检验；利用多级知识单元超图技术构建了可视化的灾害知识获取、表示与管理方法体系，为减灾救灾决策的业务化、知识化、智能化提供基础支撑，从而实现减灾救灾知识的结构化存储管理与宝贵救灾历史经验的持续积累。在完成灾害知识获取、表示与管理的基础上，采用组件式建模思想，利用本体建模技术、定性决策分析技术、定量决策计算技术和多目标优化技术，构建了包含洪涝、地震和雪灾等灾害在内的插件式的灾害应急响应启动建议模型、应急救灾物资需求决策模型、应急救灾资源优化调度模型。所构建的模型可根据国家防灾救灾标准、专家经验、区域受灾状况和地区差异性进行优化完善，从而提高决策模型的适用性、可扩展性。

6．面向信息不完备情况下巨灾应急多模式应用技术

运用信息系统集成的理论和方法，着重从系统的信息集成、物理集成、人的集成和软件功能的集成四个方面，在示范区开展相关技术的集成应用与示范，根据集成和示范工作的实际效果，研究面向灾害各阶段信息不完备情况下的巨灾应急模式，以形成具有快速反应、运行可靠、网络互通、准确决策的巨灾应急救援信息集成系统。

灾害事件发生后，巨灾应急救援工作分三大阶段：

第一阶段：灾情信息上报到国家减灾中心后，利用巨灾应急救援信息集成系统根据现有的上报数据、历史数据、基础地理信息数据等进行快速评估，辅助进行应急决策。

第二阶段：根据灾情严重程度派出现场工作组，现场工作组进行现场灾情调查、卫星通讯设备搭建、地面图传系统搭建、采集无人机数据等信息。国家减灾中心根据地方陆续上报的灾情以及现场采集的灾情同省级应急工作人员远程会商，进行决策方案优化。

第三阶段：根据无人机数据、高分辨率遥感影像数据、现场调查数据等综合信息，进行研判分析，对决策方案进行优化。

项目的实施中，需要建立巨灾应急多模式应用方法，通过将项目模型和技术方法进行调查、筛选集成到巨灾应急救援信息集成系统中，在国家减灾中心和省级灾害管理部门间部署网络和硬件环境，进行物理硬件的集成，再通过系统集成规范、建设规范和开发规范保证各集成功能之间信息的共享，通过应用示范的实施明确各应急救援人员的工作和使用的软件功能，将应急救援人员和系统软硬件进行集成，以完成巨灾不同阶段应用任务。