省級應急測繪數據快速處理系統研究
——以遼寧省為例

徐漢超

（沈陽市勘察測繪研究院有限公司，遼寧 沈陽 110004）

當前世界范圍內的防災減災形勢嚴峻，災害對于人類和經濟、社會發展的影響不斷加劇。在全球氣候變化背景下，隨著經濟和城市化的加速發展，我國遭受各種災害威脅的形勢也日益嚴峻[1]。據不完全統計，多年來，災害每年所造成的經濟損失可占同年我國國家財政總收入的六分之一。遼寧省作為一個自然災害多發省份，地質災害、氣象災害、海洋災害、農業災害和林業災害都比較頻繁，尤其近年來洪澇災害更有頻發趨勢，不僅威脅人民群眾生命財產安全，還給全省帶來巨大經濟損失。據統計，遼寧省在建國后40年中，僅水災累計造成13324人死亡，累計倒塌房屋80.8萬間，累計受災農作物面積581.17萬公頃。

突發事件的空間位置對提升應急處置工作的科學化、精準化有著十分重要的意義，因此，政府部門在應急管理工作過程中對事發點的空間信息產生了強烈的需求[2]。在2008年汶川地震等災害應急管理中，應急測繪保障體現出了前所未有的重要性與迫切性[3]。應急測繪保障服務指“各級測繪行政主管部門為國家應對突發事件提供的測繪保障活動”，是突發事件應急準備與處置、災情評估、災后恢復重建中的地理信息服務和測繪保障的核心與基礎。經過多年的持續建設，我國應急測繪保障體系在數據快速采集與處理、信息服務等關鍵技術上已取得長足進步[4]。例如，河北、四川等省份已經建立了各具特色的省級應急測繪保障體系[5]。國家應急測繪保障能力建設項目遼寧單項工程已開展建設，但其中的應急數據處理系統沿用基礎測繪產品質量控制體系設置，工序流程較長，自動化程度低，不支持多模式的應急測繪工作，處理數據速度和處理靈活性遠遠不能滿足應急工作的需要，制約了應急保障能力的有效發揮。為此，開展應急數據快速處理系統研究與建設，以期在第一時間通過相應的幾何糾正、高程地理信息提取、融合勻光勻色、集成分析提取等處理和分析，形成直觀、清晰、專業的應急測繪產品，全面提升遼寧省應急測繪保障能力。

一、系統組成

應急數據快速處理系統的數據主要包括各類傳感器獲取的影像數據，不同傳感器數據的處理能力和流程差異較大，結合應急測繪服務保障的需要，應急數據快速處理系統由航空遙感影像應急處理子系統、傾斜攝影應急處理子系統、衛星遙感影像應急處理子系統、應急地理信息提取子系統和地理信息空間分析子系統組成。

1.航空遙感影像應急處理子系統

具備處理常規不同幅面畫幅數碼面陣航空影像數據和視頻數據的能力，按需及時提供不同應急救援階段的應急測繪產品，包括快速拼接影像、數字正射影像、數字高程模型等應急成果，支持應急模式不同階段快速生產流程。

航空遙感影像應急處理子系統相對于常規航空遙感影像獲取與處理，具備快速處理與精細處理兩種功能，其中與常規航空遙感影像處理不同的是，為了加快快速處理過程，同時滿足相應的測量精度要求，首次提出了免像控低空遙感技術，采用RTK與PPK相結合，提供高精度POS數據，在對測區不做像控的條件下，使其輸出數字正射影像也能滿足精度要求，支持應急數據生產。

2.傾斜攝影應急處理子系統

具備處理傾斜攝影獲取的航空影像數據的能力，利用計算機多視幾何理論，能夠進行傾斜攝影空三加密、影像快速糾正和拼接、三維模型提取等。

傾斜攝影應急處理子系統相對于常規傾斜影像獲取與處理，提出了利用計算機多視幾何理論，共線條件方程不再按泰勒級數展開，所有計算均按代數幾何的方法直接矩陣進行，沒有線性化處理過程，可以輸出測區的三維模型，豐富應急測繪數據產品。

3.衛星遙感影像應急處理子系統

具備處理各種傳感器衛星遙感影像處理的能力，按需及時提供不同應急救援階段的應急測繪產品。

衛星遙感影像應急處理子系統相對于常規衛星遙感影像獲取與處理，采用了云服務平臺系統，具備海量數據接收管理和查詢功能，并且基于PCI-GXL的批量數據處理功能，達到了快速響應，并保證高精度、高效率、高質量的衛星遙感影像應用于應急測繪保障。

4.應急地理信息提取子系統

基于遙感數據和災情地區基礎地理信息成果，通過提供多用戶協同提取、半自動輔助提取、變化監測等多種手段，具有快速確定受災區域位置、范圍、各類地物受影響或損毀情況的能力。

應急地理信息提取子系統可通過監督分類或非監督分類等方法，采用全自動或半自動提取方式，雖然提取算法與方式上與常規地理信息提取基本一致，但是應急地理信息提取子系統更專注于快速確定受災區位置、范圍以及各類地物受影響情況，能夠及時反饋受災區相關地理信息，給減災救災提供地理信息保障服務。

5.地理信息空間分析子系統

采用空間統計與空間分析相結合的手段，針對不同類型災害開展應急測繪地理信息統計分析工作，為各類用戶及時提供應急測繪地理信息空間統計報表、空間分析報告等。

地理信息空間分析子系統可采用形態分析、覆蓋分析、鄰域分析、連接分析等技術手段，以區域化變量為基礎，借助變異函數，研究具有空間相關性的不同類型災害的空間位置與屬性特征，為減災救災及時提供應急測繪地理信息空間統計報表、空間分析報告等。

二、系統流程

1.應急數據快速（急速）處理階段

主要滿足各專業應急救援機構開展應急準備和應急決策對各種現場影像快速處理的需要。災后現場影像等數據獲取后，完成獲取影像快速拼接，生產災區的災情現場影像圖，根據實際需要，生產災區的應急數字正射影像和應急數字高程模型或應急數字地表模型數據，生產災區的大范圍立體影像數據。

2.應急數據精細處理階段

利用各種參考信息或少量的人機交互作業，生產精度更高的災區影像、數字高程模型和三維實景影像產品，主要滿足應急救援和災情評估階段的需要。如增加少量的控制信息或利用嚴格的空三加密處理，提高數字正射影像和數字高程模型數據的幾何精度和成果質量。

3.應急地理信息提取階段

通過災前災后影像對比、矢量與現勢影像對比等分析，結合部分半自動、自動化工具，提取災區損毀情況及災害體、次生災害的位置、范圍及分布情況。在此基礎上，基于統計方法和空間分析模型，對災害地理信息變化狀況進行統計，分析各類地物受影響情況及其空間分布特征，形成圖、表、報告形式的災情統計分析成果。

三、數據處理流程

為了更好提供應急測繪服務，使得應急測繪數據既能滿足急速處理要求，又能達到精細處理質量，我們引入瑞士的Pix4D軟件（圖1）。

以航空遙感影像應急處理子系統為例，介紹應急數據處理流程。

1.新建工程

新建工程，選擇工程的種類、工程名稱、工程存放路徑（圖2）。在添加照片前需要核對照片數目與POS數目，添加照片時可以不需要添加每組影像的前兩張照片（前兩張照片是飛機剛起飛時拍攝的照片，照片模糊）。

添加照片后，添加POS數據，投影信息可根據數據要求進行轉換。設置影像屬性，設置POS數據坐標系，默認是WGS84（經緯度）坐標。設置POS數據文件，點從文件選擇POS文件。設置相機文件。通常軟件能夠自動識別影像相機模型。確認各項設置后，完成工程的建立（圖3）。

2.數據快速處理

快速處理出來的結果精度比較低，所以快速處理的速度會快很多。因此快速處理建議在飛行現場進行，發現問題方便及時處理。如果快速處理失敗了，那么后續的操作也可能出現相同結果。

初步處理和快速檢測選上，其他不選，點開始，等待軟件運行完，可以查看快速處理得到的成果（一張的影像拼圖），檢查快速處理質量報告（圖4）。

3.輸出成果

在前面添加控制點過程中，如果初步處理已經運行了（使用方法2以及方法3選項添加控制點），那么這里就不需要再次運行了。軟件可以輸出多種應急測繪成果，XYZ是空間坐標文件、LAS是LiDAR點云文件、LAZ是LAS壓縮文件。

四、結語

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，這是國內外應急體系建設的實踐共識。本文提出依托應急數據交換中心，率先形成應急數據快速獲取及處理能力，通過五個子系統，制作滿足不同應急階段需求多類型應急測繪成果，彌補省內設備支持數據源有限、功能單一、應急測繪數據處理快速反應能力不強等不足。在應急測繪數據精細處理關鍵技術中，提出添加控制信息的三種方案，并分別對三種方案的精度與效率進行對比分析，解決應急測繪數據精細處理過程中效率不高難題，為拓展應急測繪數據在多領域應用提供支撐。