信息化技術在自然災害風險普查中的應用研究 以麗水市小流域為例

宋俊鋒

自然災害一直是人類關注并極力探索解決的問題，威脅著人類的正常生存環(huán)境和社會發(fā)展。伴隨著氣候變遷、環(huán)境變化，小流域自然災害多發(fā)、頻發(fā)，經濟社會危害也更為顯著。如何減少因小流域自然災害造成的經濟和社會問題，成為地方政府自然災害治理領域關注的重點，因此本研究以麗水市為例，通過應急預案可視化與快速制圖的技術保障，探索小流域災前預案制定和災后指揮調度評估與救援技術保障的實現(xiàn)。

近年來，全球自然災害呈現(xiàn)多發(fā)、頻發(fā)、重發(fā)的態(tài)勢，造成的直接經濟損失也很嚴重。據(jù)應急管理部的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，2021年我國各種自然災害共造成1.07億人次受災，因災死亡失蹤867人，倒塌房屋16.2萬間，直接經濟損失3340.2億元。小流域自然災害特別容易受到氣候影響時有發(fā)生，造成的人員傷亡和經濟損失不可估量。鑒于此，本研究選取小流域分布廣、小流域山洪災害發(fā)生頻繁的麗水地區(qū)為研究對象，探討應急預案可視化與快速制圖對小流域自然災害治理的運用。

一、問題的提出

自然災害是威脅人類生存與發(fā)展的主要因素，社會各界一直關注自然災害的研究與實踐，并進行了各種有益探索。1972年3月成立的聯(lián)合國救災協(xié)調專員辦事處，對動員和協(xié)調緊急救災、促進對自然災害的研究、防治、控制和預報等方面發(fā)揮了重要的作用，加強了國際社會在災害情況下的集體反應。1923年，美國在社會科學研究理事會支持下設立的“美國自然災害及其社會科學研究”課題，研究編撰了美國的洪水、颶風、地震等主要自然災害目錄，對美國歷史上自然災害造成的社會經濟影響進行了匯總，是學界回應自然災害治理的實踐行動。文獻調研發(fā)現(xiàn)，目前國內外對自然災害的研究已經納入了現(xiàn)代科技手段和元素，對自然災害的形成、特征、分類以及防治等相關問題的研究開始朝著準確估測災害等級、弄清時空分布的目標探索，推動了災害制圖技術等現(xiàn)代技術在中小流域災害中的探索運用。

聯(lián)合國減災科技委員會的調查顯示，中國屬于自然災害嚴重的國家之一，各種類型的自然災害經常會發(fā)生。而對山區(qū)而言，小流域災害又是常見的自然災害。宮清華結合廣東或華南地區(qū)對小流域災害進行了系統(tǒng)研究，不僅在將小流域分成若干個坡溝系統(tǒng)的基礎上，將山地災害的危險性進行了分區(qū)，劃分為高、較高、中和低危險區(qū)，并結合GIS技術，構建了適合廣東省小流域的滑坡災害預測模型，同時對該模型進行了驗證。

二、研究點概況

麗水市位于浙江省西南浙閩兩省結合部，屬于典型的山區(qū)。地貌以眾山廣布、峽谷眾多、狹長的山間盆地為基本特征。氣候情況屬中亞熱帶季風氣候，年平均氣溫17.8℃，年平均降水量1568.4毫米。麗水全域共有973條小流域，其中有集雨面積20km2以上的小流域河流189條、2026個重點防治村、4724個一般防治村。全市約有三分之一的農村居民居住在山區(qū)小流域中上游地區(qū)，影響的范圍廣、村落多、人口多。小流域洪災不僅對生命安全和經濟造成威脅和危害，也成為困擾麗水農村農民共同富裕的最大障礙。如2006年桑美臺風造成慶元縣38人死亡；2015年蓮都區(qū)里東村山體滑坡，死亡38人；2016年的遂昌縣蘇村山體滑坡，死亡26人；2020年臺風黑格比造成縉云白竹村洪災，死亡3人。

三、小流域自然災害治理的技術路徑

在小流域自然災害中，災后往往面臨惡劣的自然環(huán)境，如何在第一時間繪制出災區(qū)地表全要素、全方位、無死角的三維實景地圖，為救援指揮環(huán)節(jié)提供空間數(shù)據(jù)支撐，實現(xiàn)應急預案可視化就至關重要。而達到這種理想的狀態(tài)的前提是，一方面要掌握自然災害發(fā)生的原因、呈現(xiàn)的狀態(tài)、覆蓋的范圍，以及受災的人員情況等一手資料；另一方面要明確獲取災區(qū)通往非災區(qū)的通道分布和數(shù)量情況，還包括有可能再次發(fā)生災害的位置。而無人機傾斜攝影模型因其具備環(huán)境要求低、收集數(shù)據(jù)精準且快速等特征，很好地滿足了這種應急救災的需求。

1.應急制圖數(shù)據(jù)的采集與處理

發(fā)生自然災害的地區(qū)一般都有特殊的地理環(huán)境和地貌，不僅人員的疏散難度大，信息收集的準確性與及時性也差。災害發(fā)生后，如果天氣環(huán)境良好，可以用衛(wèi)星和載人飛機等傳統(tǒng)技術進行信息收集，如果天氣環(huán)境惡劣，無人機模型可以快速收集到清晰、準確的一手資料，能讓救災決策和管理人員迅速作出工作布局，并能在實施搶救的過程中實現(xiàn)最大效益，如減少經濟損失、保障人員安全等。2015年蓮都區(qū)里東村山體滑坡時，天氣持續(xù)降雨；2020年臺風黑格比造成縉云白竹洪災時，災區(qū)斷電、斷網(wǎng)、斷路（救援道路被淹）。在這種惡劣的環(huán)境下，救援工作的正常開展是很困難的。而無人機自帶的儲備電源以及靈活的機動性彌補了災后惡劣環(huán)境帶來的影響。與此同時，還可以在災后的環(huán)境下較好的完成數(shù)據(jù)二三維采集工作。數(shù)據(jù)采集后需要一系列的處理流程：首先是圖像的去霧、去噪處理；其次是處理好圖像幾何變形的技術問題，以解決不同鏡頭下采集的重疊交集圖像的拼接；第三，在構建三維空間模型的過程中，由圖像重疊、拼接或重組產生的幾何誤差校正，正射校正是需要解決的重要問題，以此保障三維可視化輸出結果與實時的環(huán)境信息一致；最后運用自動化處理流程與機制，實現(xiàn)成果自動發(fā)布到網(wǎng)絡平臺的功能。

既然是相對復雜的災區(qū)環(huán)境，傳統(tǒng)文本式預案效果的發(fā)揮顯然不足以支撐實際需要，那么就意味著要在無人機設備選型和數(shù)據(jù)采集的實踐中做好規(guī)劃。首先，要對市場上主流的無人機設備進行調查，考察續(xù)航能力、防風防雨等級、鏡頭參數(shù)以及操控距離等。其次，要根據(jù)不同災害類型，災害等級與地形地貌，設計不同的應急制圖數(shù)據(jù)采集方案，并在合適的時候對方案進行實戰(zhàn)檢驗，根據(jù)反饋情況對方案進行優(yōu)化。第三，要在實景模型與多源數(shù)據(jù)融合技術上攻關，實現(xiàn)多源數(shù)據(jù)的管理，支持數(shù)字化動態(tài)預案的在線編輯，以適時應對新情況。

2.現(xiàn)實數(shù)據(jù)基礎上的應急快速制圖

災后的應急快速制圖與傳統(tǒng)的先調查收集信息，再分析信息籌備具體實施計劃的工作流程不一樣。應急制圖保障任務一般都是臨時性、突發(fā)性、特殊性和緊急性的，需要提供實時、快速、有效、科學的測繪，能保障災害發(fā)生中的信息采集和災后救援的決策支持。而三維可視化應急預案可以很好地解決這一問題。三維可視化應急預案是基于應急資源信息開展具體工作，注重的是各部門職責范圍的描述和職責的有序履行，對預案的執(zhí)行過程進行可視化制作。當二、三維應急處置空間環(huán)境及場景信息是明確的，又有清晰的組織結構和邏輯關系明確的崗位責任，甚至包括時間事件的演變關系，就可以對直觀的處置細節(jié)進行可視化描述，不僅可以推演、容易傳播、方便理解，還可以直接用于模擬演練，甚至可以開發(fā)二三維實景空間數(shù)據(jù)與多源數(shù)據(jù)融合功能，在三維實景地圖的基礎上直觀的表達應急預案。

四、小流域自然災害治理的意義

1.提升綜合防治能力，降低自然災害經濟損失

地質災害形勢嚴峻是不容回避的現(xiàn)實問題。通過應急預案可視化與快速制圖，一方面可以進一步完善自然災害防御體系，提高綜合防治能力；另一方面，有助于推動精準有效防御措施的實施，大幅減免自然災害造成的人員傷亡，減少公共基礎設施損失、城鄉(xiāng)居民財產損失、城鄉(xiāng)企事業(yè)財產損失等直接經濟損失以及其他巨額間接經濟損失。

2.落實數(shù)字化轉型，提升公共服務和突發(fā)事件應對效能

構建小流域自然災害應急預案可視化，建設災前三維數(shù)字化檔案，災后快速制圖，首先有利于實現(xiàn)自然災害防治工作跨部門、區(qū)域和系統(tǒng)的協(xié)同在線辦理。其次是可以促進相關區(qū)域自然資源系統(tǒng)“最多跑一次”深化改革和業(yè)務數(shù)字化轉型，全面提升各級政府管理部門公共服務效率和能力，增強突發(fā)性事件應對能力。另外，能有效打通自然資源數(shù)據(jù)共享開放通道，為構建區(qū)域內自然災害信息云數(shù)據(jù)庫提供基礎。