基于空間信息的中國-東盟防災減災應用系統建設構想

·文|航天恒星科技有限公司 郭偉 李寶明 方舟

基于空間信息的中國-東盟防災減災應用系統建設構想

·文|航天恒星科技有限公司 郭偉 李寶明 方舟

一、“一帶一路”戰略為我國推廣基于空間技術防災減災信息化系統帶來了歷史性機遇

“一帶一路”構想，寄托著多層次的區域合作愿景，展現了中國發展區域共贏合作的新理念、新藍圖、新途徑和新模式。放眼全球，空間信息早已成為經濟建設和社會發展的戰略性資源，隨著“一帶一路”戰略的實施，空間信息應用作為提升區域信息化服務水平的重要手段，也迎來了歷史性發展機遇。

1.“一帶一路”熱點區域亟需建設防災減災信息化系統

“一帶一路”戰略實施區域地域寬廣、地形地貌環境復雜、氣候多變，其中東南亞、南亞是全球自然災害最頻繁，損失最為嚴重的地區之一。近年來，“一帶一路”沿線國家在防災減災信息化系統建設和能力方面做出了大量努力，但是防災減災信息化支撐能力嚴重不足仍然是本地區非傳統安全領域面臨的主要威脅之一。

南亞地區地形條件較為復雜，以巴基斯坦為例，地處喜馬拉雅地震帶上，地震頻發，并常年受南亞熱帶季風影響，降水不均，易發生干旱或洪澇災害。受全球氣候異常影響，干旱、高溫、大風或極端低溫凍害等異常天氣增多，導致全球森林火災頻繁發生，中蒙、中緬、中俄邊境發生森林火災的危險性也將越來越大。相較于東亞的人口稠密，資源匱乏，自然災害頻發，非洲雖然是一片人口適中、資源豐富、自然災害較少的大陸，但是由于基礎設施建設落后，許多非洲國家正不斷遭受干旱、洪水、火災、傳染病等災害的侵襲，對當地人民生活、城市基礎設施、資源利用及經濟和國家發展等都產生了不利影響。東盟地區自然災害頻發，地震、洪水、臺風等自然災害對區域各國的安全和發展造成了嚴重的威脅。

2.利用空間技術支撐防災減災已成為國際主流發展趨勢

隨著航天技術的發展和多學科的交叉融合，利用遙感、地理信息系統和衛星通信、導航定位等空間信息技術進行重大自然災害的監測、預警和應急救援，及時制定防災減災措施，可以有效地減輕災害對人類的生命、財產造成的損失。

以衛星遙感為例，國外專用減災衛星包括專門用于多種災害監測的災害監測星座和用于地震預測的地震電磁衛星。其中，最具代表性的是“災害監測星座”（DMC），該星座是一個通過各個國家擁有衛星來進行國際合作的系統，組成星座后具有時間分辨率高、監測范圍大、響應速度快等特點，廣泛應用于各種減災過程和洪災、颶風和火災等災害監測和災害分布圖制。除專用減災衛星外，還有一系列的對地觀測衛星系統也是防災減災的主要力量。

3.我國在利用空間信息支撐防災減災方面已取得豐富經驗

我國在航天領域已經取得了舉世矚目的成就，成功發射了氣象、資源、海洋、環境減災、通信、導航等系列衛星，并通過洪澇、氣象、農業等災害監測系統建設，實現對臺風、暴雨、洪澇、旱災、森林與草原火災、雪災、冰凌、赤潮、地震、沙塵暴以及典型地區的病蟲害、滑坡、泥石流等災害的監測能力。

我國目前應用空間技術進行防災減災業務體系的建設已有一定基礎。水利部、氣象局、農業部、林業部等根據各自實際需要，建立的洪澇災害、氣象災害、農業災害等監測系統，基本形成了對臺風、暴雨、洪澇、旱災、森林與草原火災、雪災、冰凌、赤潮、地震、沙塵暴以及典型區的蟲害、滑坡、泥石流等災害的監測能力。我國對于洪澇災害監測的技術方法已比較成熟，監測評估運行系統已經在一些行業單位及科研機構建立，并形成了以星載平臺和機載SAR平臺相結合的立體監測體系。在1998年長江、嫩江和松花江流域的特大洪澇災害中，國家遙感中心組織國內水利、氣象、測繪等科研單位采用了航天遙感與航空遙感相結合的手段，運用6顆衛星數據，出動3套航空遙感系統對災情進行動態監測，獲取的大量信息對災情的實時監測和災害損失評估發揮了巨大的輔助決策支持作用。對于沙塵暴、干旱、雪災等氣象災害的預警和監測的業務運行系統已基本建立；對于森林火災遙感監測系統也已建立；2008年5月12日汶川特大地震發生后，國家減災中心綜合利用國內外23顆衛星的數據（其中國內5顆，國外18顆，共計1000多景的遙感影像數據），進行了相關的災區情況遙感監測以及遙感應急快速評估工作，對災區的農田受損、房屋倒塌、交通線損壞等情況進行評估。

我國的無人機技術已成功應用于“4·25”尼泊爾地震西藏災區、汶川地震和青海玉樹地震等特大自然災害的救災和搜救工作中，在災害損失評估、科學合理救援、國際防災減災合作等方面提供了強有力的數據支撐，增強了國家綜合防災減災能力。

4.東盟地區建設防災減災信息化系統具有良好的內外部條件

東盟位于“海上絲綢之路”路線上，是“一帶一路”戰略的重要戰略支點，近年來該地區氣候多變，極端天氣頻繁，長時間受特大暴雨，季節性水資源短缺等影響，導致局部地區洪澇、臺風和旱災頻繁發生。近年來，中國和東盟不斷深化在防災減災領域的合作，雙方在10+1框架內召開了一系列防災減災國際會議、研討會并開展了應急演練，將防災減災作為中國東盟海上合作基金的一項重要內容。習近平主席和李克強總理等國家領導人在東亞領導人系列會議和博鰲亞洲論壇上，就防災減災提出了一系列重要倡議，呼吁各國開展海上搜救演練、地震搜救演練等方面合作，共同推進亞洲海洋合作機制建設，促進環境保護和災害管理等各領域合作。

5.提升全球熱點地區應急響應能力助力大國外交

東盟地區是世界范圍內災害頻發的熱點地區，也是中國-中南半島經濟走廊的重點地區，在東盟地區建立防災減災系統，共同抵御各類自然災害以及影響社會安全的事件，符合中國和東盟十國共同體利益需求，和平、穩定促進區域發展、繁榮。各國應發揮山水相連的地緣優勢，加強合作，配合亞太空間合作組織（APSCO）的統一戰略布局，結合AHA-Center的業務需求，突出發展主題，深化務實合作。

與東盟地區開展空間技術應用合作能牽引我國高新技術出口，深化中國企業與東盟各國的務實合作。借助國家“一帶一路”戰略發展，與東盟國家在內河和沿海環境保護領域展開合作，立足當今世界前沿技術，從遙感衛星應用、通信衛星應用和地理信息系統領域出發，可助推由地面應用牽引出宇航產品整星出口的國際市場開拓模式，最終實現我國與東盟各國從地面段衛星應用到空間段衛星研制全方位的戰略合作。

此外，東盟地區河流豐富，生態環境復雜，我國也亟需監測和掌握重點針對區域的植被覆蓋、水體污染、森林開采、生物多樣性，開展生態環境質量及其演變研究，建立和完善區域生態模型，平衡流域生態環境，避免土壤流失、土地退化、生物多樣性喪失和溫室效應等嚴峻的環境變化問題。通過與該地區合作，獲取地區資源環境、生態及遙感方面的科學數據，提升我國空間技術實用能力，并為我國開展全球氣候變化、生態保護、產業政策制定等研究，提供不可多得的基礎資料。

二、基于空間信息的中國-東盟防災減災信息化系統構想

1.利用遙感手段，實現災害監測與評估信息服務

通過集成GIS技術、空間數據管理技術、電子地圖技術、空間分析技術等關鍵技術，基于多源數據開展災情預評估、災情評估和災情研判，并提供應急指揮調度服務。

災害監測預評估方面：系統可根據不同災害時空分異規律，在對地觀測數據，以減災運行管理平臺和災害多維可視化等為基礎，開發功能完備、靈活易用的災害監測、災情預評估工具，建立適應于災害管理的災害系統模擬仿真模型，實現對災害系統時空變化模擬和多維多尺度可視化，對不同災害/災害鏈場景進行模擬仿真，具備滿足以遙感數據為主的主要自然災害監測、災情預評估能力，為災情評估、災情研判等提供輸入。

災情評估服務方面：可采用以C/S客戶端為主的業務化作業模式，基于災害目標分類體系和目標特征庫構建技術、災害目標智能識別與變化檢測信息提取技術，在人機交互的操作下，實現災害范圍的快速評估，房屋、道路、電力線塔、農作物等災害目標的精確實物量評估，并結合地面調研的受災數據，對地震、滑坡泥石流、洪澇、雪災等災種進行綜合評估。

災情研判服務方面：通過支持異地協同（包括多國間跨國協同的方式）的專家研判平臺進行多用戶任務分割、任務調度和沖突解決，利用計算方法對研判區域的受災情況進行定量的綜合評估；通過協同標繪與專家決策方法對研判區域的受災程度進行定性的專家研判，實現多用戶實時異步地圖標繪、地圖編輯和文件傳輸，無縫的交換、協調和同步研判意見，實現標繪信息交流和感知。

災害多維可視化服務方面：基于基礎地理數據及遙感數據，并結合各種災害的孕災環境、致災因子、承災體以及災情數據向各級用戶提供災情信息可視化服務以及會商決策環境、數據智能管理、高級產品生成、災害三維環境重構、不同層級用戶產品定制等功能。

信息共享與服務方面：以門戶平臺為依托，將信息查詢檢索、產品展示與分發、產品訂閱、用戶需求匯集等功能以門戶服務組件的形式進行集成展現，提供給用戶可視化的交互操作界面，為國家級用戶、地區級用戶、現場用戶以及社會公眾提供及時的災害綜合信息、災害數據資料、專家分析材料、預報預警等信息。圖 1為 2015年緬甸馬圭省洪澇災區遙感監測圖。

圖 1 2015年緬甸馬圭省洪澇災區遙感監測圖（URL: http://www.jianzai.gov.cn/）

2.基于衛星通信，實現應急通信服務

基于衛星通信技術，搭建起一條可在極惡劣環境下有效使用的通信鏈路，實現災情和指揮調度相關視頻、音頻、數據穩定、可靠的傳輸。應急通信系統可包括應急通信主站，遠端站（動中通、靜中通和便攜站），其中主站可設在各國首都。

主站是應急通信系統的關鍵所在，既是系統的業務中心也是控制中心。主站需與本地業務運營系統（如PSTN，Internet等）連接，作為業務中心。在主站內還需要網絡控制中心，負責對全網進行監測、管理、控制和維護。

動中通是依托機動性、通過性、可靠性高的越野車建設的可移動狀態下的應急通信系統。該系統能夠實現突發應急狀態下的通信、數據采集、傳輸、現場辦公等應急通信保障功能。可采用星狀網拓撲結構，端站與主站進行單跳通信，并可以經過位于主站的地面交換路由設備實現與靜中通和便攜站的數據交互，實現應急通信系統內雙向交互式業務的傳輸。

靜中通是依托機動性、通過性、可靠性高的廂式車建設的應急通信系統。在汽車到達現場后，能夠快速展開、快速開通靜中通天線，保證衛星通信天線精確對準衛星。該系統能夠實現突發應急狀態下的通信、數據采集、傳輸、現場辦公等應急通信保障功能。便攜站分系統是可攜帶、可快速搭建的應急通信系統，實現應急通信系統內雙向交互式業務的傳輸。圖 2是老撾應急通信指揮系統。

圖2 老撾應急通信指揮系統

3.利用無人機系統，實現災害應急監測服務

在洪澇、地震、山體滑坡、重大污染物泄漏等緊急情況發生時，使用無人機搭載可見光攝像機、紅外熱像儀等載荷飛入事發現場，近距離監測、搜救，使地面站工作人員能夠實時監視災害現場，將顯著提升政府防災減災部門應對洪澇、泥石流、農業病蟲害、重大危險品泄漏等災害的監測和應急反應能力。系統為適應東盟地區防災減災的需要，其主要部分（無人機平臺、任務載荷和地面測控站）中設備的電子產品部分要進行特殊的三防處理，即防霉菌、防潮濕、防鹽霧，以滿足在氣候潮濕地區應用可靠性的需要。

無人機平臺方面：無人機平臺根據東南亞地區防災減災的應用需求，可以選擇多重平臺類型，包括小型固定翼、便攜式多旋翼和小型無人機直升機等，其中固定翼無人機用于對東南亞災區的航空攝影測量等工作，用于快速出圖供指揮部掌握災情；便攜式多旋翼無人機能夠幫助救災人員搜救，在受災地區原地起飛，通過增加空中視角有利于地面人員及時發現被困群眾并采取相應措施；無人直升機主要能夠完成受災地區的視頻采集，并實時回傳至地面，讓地面指揮人員掌握其救災實時進展。

任務載荷方面：系統的任務載荷為充分適應救災監測的需要，包括可見光相機、可見光攝像機、紅外相機、紅外攝像機等，可實現受災地區的任務目標的圖像、視頻的采集、被困人員搜救等工作，未來可根據用戶的進一步需求，增加激光雷達、SAR等載荷，進行災區地形地貌測繪，拓展無人機系統功能。

地面站方面：作為無人機系統的指揮中心，通過軟硬件等設備的配合對無人機系統進行任務規劃、控制無人機起降，實時監測系統的工作狀態、發出系統的各種控制指令，并完成飛行過程相關數據的存儲，在無人機飛行作業完成后，對遙感圖像、視頻等數據進行后期處理，形成數據產品。圖 3為無人機應急監測圖像。

圖 3 無人機應急監測圖像

三、結束語

以防災減災為抓手，在國家“一帶一路”戰略的指引下，通過與東盟國家合作開展基于空間信息的防災減災信息化系統，切實滿足沿線國家共同抵御自然災害現實需求，共同維護中國與東盟國家之間共同利益。通過加強我國與東盟各國合作與互信，營造良好的區域政治環境，樹立我國負責任的大國形象，爭取世界輿論支持，表達沿線國家共同心愿：繼承傳統、保護環境，謀求和平合作、友誼與發展。在集中體現我國綜合國力和更加長遠的國家軟實力的同時，項目還將廣泛帶動空間信息等高科技領域產業發展，服務國家“一帶一路”戰略整體布局。