基于組件式軟件技術的地質災害遙感監測指揮系統建設

□王躍軍

（山西省遙感中心，山西 太原 030001）

基于組件式軟件技術的地質災害遙感監測指揮系統建設

□王躍軍

（山西省遙感中心，山西 太原 030001）

國家提出了“要加快遙感（RS）、地理信息系統(GIS)、全球定位系統(GPS)、網絡通信技術的應用以及防災減災高技術成果轉化和綜合集成，建立國家綜合減災和風險管理信息共享平臺，完善國家和地方災情監測預警、評估、應急救助體系。”因此，以“3S”技術為基礎的測繪保障工作在面向自然災害和突發事件的應急工作中具有了非常重要的作用。

地質災害；遙感監測；組件式開發

1.系統研建的目的和意義

地質災害遙感監測指揮系統的建設，是“山西省突發地質災害遙感監測指揮系統項目”建設的內容之一，“山西省突發地質災害遙感監測指揮系統項目”是一項集突發地質災害應急監測車平臺建設、衛星通信系統中心站建設、重點區域地質災害點遙感監測、數據庫建設、地質災害遙感監測指揮系統軟件研建于一體的地質災害應急遙感監測指揮系統。該項目綜合運用航空航天遙感、衛星通信、地理信息系統等高新技術手段，通過無人機遙感數據快速獲取、現場數據快速處理、數據遠程傳輸和服務的一體化應急測繪系統建設，項目的建成為全省突發地質災害的遙感監測和應急救災輔助決策提供機動靈活、快速響應的應急測繪保障，為有效降低地質災害對人民生命財產造成的損失，維護社會穩定，確保國民經濟的可持續發展發揮重要的作用，為山西省走出資源型地區轉型跨越發展新路提供堅實的測繪地理信息保障。

地質災害遙感監測指揮系統的研建，能夠保障“山西省突發地質災害遙感監測指揮系統”的高效運行，實現對突發地質災害監測信息的快速集成、成果發布與共享，并結合三維立體顯示系統，實現對地質災害監測數據的基本統計、綜合查詢、GIS分析及成果輸出，能夠為國土部門對突發地質災害的危害分析與評估、應急決策提供系統支撐。

2.開發技術路線

對于一個以GIS技術為核心的軟件系統開發來說，選擇一個合理的開發方式及開發平臺非常重要。本系統基于組件技術進行開發。這種方法的優點是，既可以充分利用GIS工具軟件對空間數據庫的管理、分析功能，又可以利用其他可視化開發語言具有的高效、方便等編程優點，集二者之所長，不僅能大大提高應用系統的開發效率，而且使用可視化軟件開發工具開發出來的應用程序具有更好的外觀效果，更強大的數據庫功能，而且可靠性好、易于移植、便于維護。尤其是使用OCX技術利用GIS功能組件進行集成開發，更能表現出這些優勢。

3.組件化開發平臺

地質災害遙感監測指揮系統解決了多源、多尺度影像數據的融合技術，柵格數據和矢量數據金字塔組織、管理和調用技術，基于全球構架的多源、多尺度、多類型數據庫建庫技術，系統的模塊化設計技術，基于網絡的三維地理信息服務技術，構建了基于影像特征的三維地理信息服務技術體系，實現了基于網絡的全球高分辨率影像和地形高速漫游。

3.1 平臺構成

山西省地質災害遙感監測指揮系統是基于組件化的三維可視化平臺TopWorld研發的地理信息服務系統。如圖3-1所示。

圖3-1 山西省突發地質災害遙感監測指揮系統

數據庫管理系統—山西省地質災害遙感監測指揮系統中數據的多版本管理和發布工具，將全省各尺度的柵格、矢量數據建庫管理。如圖3-2所示。

圖3-2 數據庫管理系統

空間數據發布軟件系統—地質災害遙感監測指揮系統中數據發布的配置與管理工具，實現數據集的聚合、發布和共享。如圖3-3所示。

圖3-3 空間數據發布系統

3.2 組件開發

凡是在軟件開發中用到了軟件的復用，被復用的部分都可以稱為組件。組件開發的方式可以增強系統擴展性，在系統發布后可在不必重新編譯系統的前提下按需對系統功能進行擴充；易維護及復用性，組件通常為獨立的功能模塊易于管理與維護，并在多個業務系統中重用；底耦合，方便部署、開發、遷。開始示意圖如表3-1所示。

表3-1 組件開發示意圖

4.系統功能與實現

系統軟件開發采用模塊化原理，按照先了解、熟悉控件及對象之間的相互層次關系——根據軟件功能設計劃分最小的模塊——分工開發每一個模塊——模塊集成——形成基礎GIS軟件平臺——建立“本系統”，這樣的過程是盤旋向上的。模塊化就是把程序劃分成若干個模塊，每個模塊完成一個子功能，把這些模塊集合起來組成一個整體，可以完成指定的功能，滿足系統的要求。

“山西省突發地質災害遙感監測指揮系統”軟件主要包括“真三維立體顯示模塊”、“應急航攝任務規劃模塊”、“應急數據處理模塊”、“地質災害空間分析功能模塊”、“應急遠程監控與監測模塊”等功能模塊，具體功能設計如圖4-1所示：

圖4-1 山西省突發地質災害遙感監測指揮系統

4.1 真三維立體顯示模塊

1） 3D立體引擎組成如圖4-2所示

圖4-2 3D立體引擎組成

2） 模塊特點

開發真三維3D立體顯示模塊，利用立體轉換技術，采用立體效果最佳的主動（頻閃）立體方式。其具有能夠使三維軟件實現可動態調節的立體顯示；不依賴開發者所使用的三維引擎；不局限于DirectX、OpenGL等特點。

3） 支持軟件

◆ArcGIS系列軟件立體顯示模塊

◆AutoCAD系列軟件立體顯示模塊

◆Leica Photogrammetry Suite立體顯示模塊

◆所有基于Direct X 8/9/10的三維軟件（FullScreen模式）

4） 3D立體場景展示

基于地質災害遙感監測指揮系統平臺，實現3D立體場景下的多尺度三維場景瀏覽漫游，支持平移、縮放、旋轉等操作。如圖4-3所示。

圖4-3 3D立體可視化效果

4.2 應急航攝任務規劃模塊

基于7×24小時地質災害遙感監測指揮系統數據庫，實現航攝任務的精確規劃設計及三維顯示。

1） 模塊特點

該模塊具有以下特點：可加載DEM數據和影像數據，實現精度航線設計。重疊度、航攝方向、傳感器參數等參數的設定。航攝分區基準面的自動計算。分區航線的自動敷設。航攝分區報告輸出和導航坐標文件（*.doc）的輸出。航攝飛行的曝光點坐標輸出。

2） 基本流程

◆確定航攝范圍

突發事件發生時，依據地名、坐標、圖幅號等多種條件快速定位三維空間位置，根據指定的多邊形，從數據庫中提取指定分辨率影像和DEM數據，輸出格式.Tiff、.img。如圖4-4所示。

圖4-4 地質災害遙感監測指揮系統影像、DEM提取

◆設定傳感器參數

圖4-5 傳感器參數設定界面

◆確定航攝參數

圖4-6 航攝參數確定界面

◆航線自動敷設

圖4-7 航線自動敷設

◆設計結果導出

圖4-8 設計結果導出界面

◆規劃設計三維顯示

支持導入航攝任務規劃系統規劃好的航線文件（shp格式），通過三維地形，檢查設計航線飛行高度的安全性。如圖4-9所示。

圖4-9 規劃航線三維顯示

此外規劃航線可直接導入無人機地面站，上傳到飛控，進行航空攝影。

4.3 應急數據處理模塊

模塊功能如下：

◆無人機地面站實際曝光點展點，輔助航片快速處理；如圖4-10所示。

◆支持應急條件下，從應急數據庫提取同名點坐標信息，作為應急控制點，輔助航片快速處理；如圖4-11所示。

圖4-10 曝光點三維展點

圖4-11 應急控制點選取界面

◆支持應急條件下，無坐標圖片、掃描件等的配準及加載；如圖4-12所示。

圖4-12 圖件配準及加載界面

◆支持應急遙感影像快速處理系統生成的影像和DEM進行目標投影轉換，實現與當前系統坐標統一；如圖4-13所示。

圖4-13 投影轉換界面

◆支持有坐標的柵格數據的加載，快速加載紙質掃描圖、影像、矢量和標注信息，實現多源數據對比分析。如圖4-14所示。

圖4-14 多源數據對比分析界面

圖4-15 空間分析功能模塊

4.4 地質災害空間分析功能模塊

◆具備查詢定位（按照地名、坐標、圖幅號等）、空間分析功能，對災情的快速分析評估及指揮決策提供數據分析技術支持；如圖4-15所示。

◆應急測繪成果快速集成、顯示與分析。如圖4-16所示。

圖4-16 成果快速集成、顯示與分析界面

◆動態標注，屬性信息動態查詢。如災害點數據的標注與查詢。

4.5 應急遠程監控與監測模塊

◆通過衛星通信手段實現無人機軌跡與姿態、視頻影像實時監控，輔助決策者快速掌握現場災情，制定準確的應急響應方案；如圖4-17所示。

圖4-17 遠程監控界面

◆集成GPS模塊通信接口，實時接收和顯示車輛行進位置，利用3G網絡傳回監測中心，為領導指揮調度提供決策依據。如圖4-18所示。

◆遙感動態監測功能，利用不同時期的無人機遙感影像對地質災害點進行動態監測，通過影像間的對比分析，獲取突發地質災害前后的變化情況，確定地質災害的類型、受災范圍、受災程度等信息。

圖4-18車輛定位界面

5.結束語

該系統按照C/S結構設計，基于主流三維地理信息系統開發平臺而研建的。它既能服務無人機應急監測任務規劃，使任務設計更加合理高效，又服務于災情評估，使數據分析更加直觀、準確，為國土部門對地質災害的危害分析與評估、應急搶險調度、應急決策提供系統科學的支撐。

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P237

B

2095-7319（2015）02-0037-11

王躍軍（1979—），男，山西五臺縣人，工程師，本科，主要從事遙感、地理信息系統等工作。