國家應急測繪保障能力建設項目總體技術設計

趙 勇，武 昊，王中祥，朱 杰

(國家基礎地理信息中心，北京 100830)

我國是一個自然災害多發的國家，自然災害的發生給人們生命、財產安全造成了極大威脅，影響社會經濟發展[1]。科學救災，測繪先行[2]。應急測繪是為各類突發公共事件提供地理信息和現代測繪技術的基礎支撐，也是國家突發事件應急體系和綜合防災減災工作體系的重要組成部分[3]。在以往的應急測繪保障工作中，測繪地理信息在突發事件應急處置和防災減災中具有不可或缺的重要作用，成為了解災情、指揮決策、搶險救災、應對突發事件的科學工具和基礎數據[4-5]。通過及時啟動測繪應急保障預案，開展地理信息的已有資料提供、測制更新、統計分析和分發服務工作，達到及時了解地表覆蓋、生態環境等方面的變化情況和預測預警信息的目的，是國內外應急測繪保障的實踐共識。

在應急測繪技術方面，之前受限于技術水平和災害環境的影響，研究者主要利用已有的近期測繪地理信息開展災害地圖制作和統計分析工作，但無法反映災害的實況信息。隨著遙感技術的發展，研究者逐漸趨向于獲取災害前后的各種影像分析災害信息[6-8]。如文獻[6]針對歐洲國家，利用遙感技術研究滑坡災害進行了綜述；文獻[8]闡述了利用光學影像服務于尼泊爾地震中滑坡災害監測的經驗，指出基于衛星的應急測繪的1個挑戰是選擇合適時間的影像數據，并且在快速獲取數據后應加強政府、科學家和救援小組等組織之間的對話，以最大限度地發揮數據的作用。實際上，衛星有固定的回訪周期，難以保障應急測繪的實時調度。因此，許多研究者嘗試整合利用志愿者地理信息、無人機、Web服務等多種技術支援救災[9-15]。如在海地地震中，除了利用常規測繪手段外，文獻[9]利用互聯網中的志愿者實時標注繪制道路受阻點、待救援點等信息；文獻[10]設計了一種基于傳感器網絡(站點數據和遙感數據)和Web服務的水文災害近實時監測方法；文獻[11]利用無人機監測地震后的次生地質災害。在應急測繪保障能力建設方面，美國建立了聯邦政府、州、市三級應急災害管理部門。如在應對2018年颶風“邁克爾”時，聯邦應急管理局協同美國國家海洋和大氣局、美國地質調查局、美國林業局、美國軍方等多個部門，利用全球降水測量數據、遙感影像、SAR等信息動態監測颶風演變情況，制作災害地圖和洪水地圖[16]。日本成立了1個由政府和社會組織共同參與的應急管理組織小組，以滿足國家和地方防災救災的需要[17]。

目前我國應急測繪保障工作仍存在許多薄弱環節，主要表現在：組織調度不夠靈活暢通，數據獲取、處理不夠及時有力，設備裝備不夠先進高效，測繪應急保障的總體水平還有較大的提升空間。就目前而言，建立由多衛星聯合導航、災情信息航天航空測繪、地面車載應急測繪指揮與勘測、應急測繪服務與應用系統及網絡化協同支撐環境等先進技術綜合應用，貫穿“獲取、處理、分析、服務”全過程“天空地”一體的測繪應急技術裝備，是國內外提升應急測繪保障能力的主要途徑。因此，為進一步提升應急測繪裝備水平，全面構建反應快速、協調有序、資源整合、保障有力的全國應急測繪保障能力，國家應急測繪保障能力建設項目于2016年獲得國家發展改革委立項批復，項目建設周期為2017—2019年。其主要任務是：在充分利用各部門已有應急測繪裝備的基礎上，重點加強航空應急測繪、應急現場勘測、影像快速處理、多源數據集成、應急快速服務、應急地圖快速制印、應急測繪調度、應急數據傳輸、應急測繪資源共享等方面的裝備建設。

1 應急測繪業務流程分析

圍繞突發事件處置對應急測繪成果的需求，應急測繪業務流程可劃分為4個環節，分別為現場快速航空應急測繪環節、應急測繪快速處理環節、應急測繪成果快速共享環節、應急前線快速保障服務環節。應急測繪的總體業務流程如圖1所示。

1.1 現場快速航空應急測繪環節

實施對突發事件現場的快速航空應急測繪，第一時間獲取災情真實信息，是國家應急測繪首要核心任務。其主要工作是：統籌利用國內已建設的航空應急測繪能力，針對不同突發事件類型，采用適宜的航空遙感技術，快速實施現場信息獲取，保障突發事件影響區域的現場圖像第一時間快速獲取，為突發事件快速處置、科學開展災情評估、有效實施應急救援提供應急測繪保障。考慮突發事件天氣、地形、區域大小等因素，現場快速航空應急測繪需要具備全天時、高效率的獲取能力。

1.2 前線快速保障服務環節

重大突發事件發生后，根據國家應急響應，需要立即派遣國家應急測繪保障分隊開赴應急現場，為前線應急指揮部、前線救援力量提供應急測繪保障，包括前線地面信息采集和次生衍生災害監測工作，快速處理制作重點區域大比例尺地形圖數據、次生災害監測數據等災情信息數據及應急專題圖紙質圖件等應急測繪產品，保障前線應急指揮、生命線搶修搶通、工程搶險救援、人員搜救、人員安置建等工作的順利開展。

1.3 應急測繪數據快速處理環節

通過現場航空應急測繪獲取的大量原始影像資料，必須經過測繪技術處理后才能被各應急部門使用。受應急突發事件處置時效的要求，應急測繪快速處理需要盡可能縮短處理時間。因此，應測繪快速處理需要建立集成化的高效處理能力，快速生產出不同應急階段所需要的應急測繪產品，包括應急地圖、應急測繪數據、應急服務平臺等內容，為黨中央國務院有關領導、國家應急管理部門、各專業應急部門進一步分析研判受災情況，科學調度救援力量提供應急測繪服務保障。

1.4 應急測繪成果快速共享環節

通過應急測繪資源共享節點，綜合利用有線、無線網絡傳輸手段，構建覆蓋全國、涵蓋應急測繪各個環節的應急測繪資源數據共享網絡。一方面能夠統籌利用省區應急測繪資源和各部門獲取的現場多源信息，建立國家應急測繪資源數據庫，為國家應急測繪保障提供一體化、集成化、標準化的數據基礎；另一方面建立共享交換平臺，為面向黨中央國務院和應急管理部門的快速、高效、暢通的應急測繪服務保障。

2 應急測繪數據流程分析

根據所利用的應急測繪數據情況，可將應急測繪服務類型分為以下幾種：基于已有應急測繪資源的保障服務、基于應急現場衛星影像的測繪保障服務、基于應急現場航空遙感影像的測繪保障服務、基于應急前線地面勘測的保障服務等。國家應急測繪響應根據突發事件的類型和等級，選擇利用上述一種或多種服務類型，及時開展應急測繪保障服務工作。上述4種應急測繪服務類型的數據流程如圖2所示。

2.1 基于應急測繪資源共享的保障服務數據流程

利用應急測繪資源共享的國家應急基礎底圖數據庫、省區應測繪數據、部門現場遙感資源、在線政務/公眾平臺等，在接到應急測繪指令后，立即開展三方面的應急測繪服務保障工作。一是開通應急測繪成果提供綠色通道；二是進行應急決策測繪地理信息成果生產；三是在應急測繪政務和公眾平臺中加載應急測繪數據、更新成果服務。把收集、生產制作的各類專題圖、數據成果，以及應急測繪資源目錄數據緊急加載在政務應急測繪平臺中，及時向各有關部門詳細告知測繪地理信息部門現有的應急測繪成果數據情況。

2.2 現場衛星影像獲取及保障服務數據流程

衛星遙感影像是應急測繪的重要數據成果之一。對于需要利用遙感衛星技術手段進行突發事件現場信息及時采集的應急測繪工作，在接到應急測繪指令后，一方面及時進行國產衛星影像獲取編程，調整衛星姿態，快速采集突發事件區域的衛星影像；另一方面及時聯系國外商業衛星資源，進行緊急編程，最大限度地獲取現場的各類衛星影像資源。其主要開展四方面工作：一是快速處理制作影像速報圖；二是快速生產應急測繪數據產品；三是制作災情提取分析產品；四是生產應急重建規劃數據產品。

2.3 現場航空影像獲取及保障服務數據流程

航空攝影是獲取應急現場全面、翔實信息的最重要技術與手段，對于重大突發事件，幾乎全部都需要現場的高分辨率航空影像資料，以便快速得到現場真實、詳細的破壞情況。主要包括以下幾個數據處理環節：一是突發事件區域航空攝影；二是在國家航空應急測繪基地進行無人機影像的快速處理；三是進行應急指揮救援用途的應急測繪成果生產；四是進行應急地理信息提取與分析；五是進行全方位應急保障服務；六是對應急測繪成果進行建庫管理與成果安全備份。

2.4 應急前線地面勘測保障服務數據流程

對于需要提供現場應急測繪保障的突發事件，國家應急測繪保障分隊在接到指令后，迅速集結相關隊員，在檢查、測試完裝備，并準備好現場的已有應急測繪成果后，第一時間開赴應急前線，為應急前線指揮部和前線救援力量提供現場地面勘測保障服務。其主要開展三方面的工作：一是快速組織現場勘察測量與服務保障工作；二是緊急恢復突發事件區域的大地基準服務；三是保障分隊應急測繪資源共享。

3 應急測繪總體架構設計

根據應急測繪業務流程分析，可以將國家應急測繪保障能力建設項目的主要建設內容劃分為4部分：國家航空應急測繪能力建設、國家應急測繪保障分隊能力建設、國家應急測繪中心能力建設和國家應急測繪資源共享能力建設。其總體架構如圖3所示。

3.1 國家航空應急測繪能力建設

由中航時固定翼無人機航空應急測繪系統、短航時固定翼無人機航空應急測繪系統和無人直升機航空應急測繪系統組成，重點解決對突發事件現場信息不能快速、全面、動態獲取的問題，提高突發事件現場影像的快速獲取能力和機動獲取能力。有人機航空應急測繪系統充分利用軍地各部門現有資源，不再建設。

3.2 國家應急測繪保障分隊能力建設

由應急勘測多功能工作方艙、應急勘測生活保障車、分隊應急數據資源存儲管理系統組成，重點解決國家應急測繪前線勘測裝備的標準化、集成化、高效化問題，提高應急測繪隊伍的綜合保障能力和快速保障能力。常規測量儀器設備利用已有資源，不再建設。

3.3 國家應急測繪中心能力建設

由應急測繪快速處理、應急地圖快速制印、應急測繪快速服務、應急測繪存儲支撐、應急測繪調度等系統組成，重點解決為黨中央、國務院、各應急管理和救援部門提供應急測繪保障服務能力不強、手段單一的問題，提高應急測繪數據快速處理、高效管理及多元化服務的能力。

3.4 國家應急測繪資源共享能力建設

由國家應急基礎底圖數據庫系統、應急測繪資源數據共享平臺及應急測繪數據快速傳輸網絡等組成，重點解決目前國家應急測繪資源數據共享不暢、不快、重復的問題，提高各應急測繪資源共享節點的實時在線共享能力和按需共享能力。

4 應急測繪系統接口設計

根據上述總體架構，國家應急測繪保障能力建設項目各系統之間的流程如圖4所示。

(1) 應急測繪調度系統作為應急測繪的中樞，向其他系統下達應急測繪指令，并接收應急測繪任務完成情況的反饋。同時，應急測繪調度系統接收共享平臺的底圖數據、航空應急測繪系統的實時視頻數據、應急前線現場勘測系統的急需影像數據等，并與前線開展視頻會商。

(2) 應急測繪數據快速傳輸網絡是應急測繪能力組成的聯系紐帶，為其他系統提供支撐環境。

(3) 應急測繪存儲支撐系統為應急測繪快速處理系統、應急地圖快速制印系統、應急測繪快速服務系統、國家應急測繪資源數據共享平臺提供備份和存儲環境。

(4) 有人機航空應急測繪系統、中航時固定翼無人機航空應急測繪系統、短航時固定翼無人機系統和無人直升機航空應急測繪系統作為現場信息獲取的主要來源手段，在應急測繪調度系統的指令下，利用國家應急測繪數據快速傳輸網絡傳輸影像和成果數據至國家應急測繪資源數據共享平臺和應急測繪調度系統。

(5) 應急前線現場勘測系統接收應急測繪調度系統的指令和應急預案，獲取現場地面信息，并接收無人直升機傳輸的航空遙感影像和成果數據，基于保障分隊應急數據資源存儲管理系統的預裝數據對現場勘測信息進行處理與存儲，利用國家應急測繪數據快速傳輸網絡將現場獲取的數據反饋至國家應急測繪資源數據共享平臺，利用國家應急通信網絡將現場視頻圖片車輛人員信息、急需影像數據傳輸給應急測繪調度系統，同時，通過國家應急通信網絡實現與應急測繪調度系統的在線視頻會商。

(6) 保障分隊應急數據資源存儲管理系統用于存儲保障區域的基礎測繪數據和基礎底圖數據，為應急前線現場勘測系統提供底圖支撐；同時為前線現場勘測數據提供存儲支撐；此外還可以作為省區應急測繪資源節點，接入國家應急測繪資源數據共享平臺。

(7) 應急測繪快速處理系統根據應急測繪調度系統的指令，一方面從已有的ZY-3衛星影像數據庫、基礎地理信息庫、地理國情信息庫等數據庫中獲取災前衛星影像數據和基礎地理信息數據，另一方面通過國家應急測繪資源數據共享平臺獲取有人機航空應急測繪系統、中航時和短航時固定翼無人機航空應急測繪系統、無人直升機航空應急測繪系統得到的現場應急影像和應急前線現場勘測系統采集的數據，并傳輸到系統內進行處理，完成應急測繪成果生產后，再通過網絡提供給國家應急測繪資源數據共享平臺，為應急測繪快速服務和快速制印系統提供應急成果數據。

(8) 應急測繪快速服務系統根據應急測繪調度系統的指令，利用國家應急測繪數據快速傳輸網絡，通過國家應急測繪資源數據共享平臺獲取應急測繪成果數據和服務，對外提供在線應急測繪地理信息服務。

(9) 應急地圖快速制印系統根據應急測繪調度系統的指令，接收國家應急測繪資源數據共享平臺提供的應急測繪本底數據、現場影像信息，通過處理生成應急測繪專題圖，直接提供云打印地圖服務或通過國家應急測繪資源數據共享平臺對外提供電子地圖服務。

(10) 國家應急測繪資源數據共享平臺負責系統內部和外部的數據共享和交換，對應急測繪本底數據、現場應急測繪數據、系統生產成果等進行集成管理，管理的數據對象包括有人機航空應急測繪系統、中航時和短航時固定翼無人機航空應急測繪系統、無人直升機航空應急測繪系統獲取的航空應急測繪原始影像，應急測繪快速處理系統和快速制印系統處理得到的服務不同應急階段的測繪成果，地理信息提取與分析成果，應急前線現場勘測系統采集和處理的成果等。并根據應急測繪調度系統的指令，將上述應急測繪成果向國務院應急辦、災情評估管理部門、其他部委應急部門等提供成果分發服務。

(11) 國家應急測繪基礎底圖數據庫系統存儲應急電子地圖、應急專題數據等內容，并根據應急測繪調度系統的指令，通過共享平臺為應急地圖快速制印系統、應急測繪快速服務系統提供底圖數據。

5 結 語

當前，國家應急測繪保障能力建設項目的主體內容已基本完成采購工作。根據上述設計內容，項目建成后，預計將形成起飛后4 h可抵達我國80%陸地及沿海重點區域的現場影像獲取能力，以及2 h提供應急分析指揮用圖、12 h提供第一批現場應急測繪成果、7×24 h不間斷在線應急測繪服務的處理與分發服務能力，實現突發事件“第一時間”現場信息快速獲取、分析、處理與高效服務，將應急測繪保障的整體響應效率提高3～4倍。

應急測繪工作是一項系統性工程，責任重大，任務艱巨，社會關注度高。國家應急測繪保障能力建設項目的實施對于提升應急測繪裝備的整體水平意義重大。然而，從全面構建先進的現代應急測繪保障體系角度而言，還需要進一步加強頂層設計，研究面向新型裝備的應急測繪基本技術流程，完善數據獲取、處理、共享與服務的相關技術標準和規范，推進應急測繪機制和人才隊伍建設。