基于組件式軟件技術(shù)的地質(zhì)災(zāi)害遙感監(jiān)測指揮系統(tǒng)建設(shè)

□王躍軍

（山西省遙感中心，山西 太原 030001）

基于組件式軟件技術(shù)的地質(zhì)災(zāi)害遙感監(jiān)測指揮系統(tǒng)建設(shè)

□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(tǒng)(GIS)、全球定位系統(tǒng)(GPS)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的應(yīng)用以及防災(zāi)減災(zāi)高技術(shù)成果轉(zhuǎn)化和綜合集成，建立國家綜合減災(zāi)和風(fēng)險(xiǎn)管理信息共享平臺(tái)，完善國家和地方災(zāi)情監(jiān)測預(yù)警、評估、應(yīng)急救助體系?！币虼?，以“3S”技術(shù)為基礎(chǔ)的測繪保障工作在面向自然災(zāi)害和突發(fā)事件的應(yīng)急工作中具有了非常重要的作用。

地質(zhì)災(zāi)害；遙感監(jiān)測；組件式開發(fā)

1.系統(tǒng)研建的目的和意義

地質(zhì)災(zāi)害遙感監(jiān)測指揮系統(tǒng)的建設(shè)，是“山西省突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害遙感監(jiān)測指揮系統(tǒng)項(xiàng)目”建設(shè)的內(nèi)容之一，“山西省突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害遙感監(jiān)測指揮系統(tǒng)項(xiàng)目”是一項(xiàng)集突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急監(jiān)測車平臺(tái)建設(shè)、衛(wèi)星通信系統(tǒng)中心站建設(shè)、重點(diǎn)區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)遙感監(jiān)測、數(shù)據(jù)庫建設(shè)、地質(zhì)災(zāi)害遙感監(jiān)測指揮系統(tǒng)軟件研建于一體的地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急遙感監(jiān)測指揮系統(tǒng)。該項(xiàng)目綜合運(yùn)用航空航天遙感、衛(wèi)星通信、地理信息系統(tǒng)等高新技術(shù)手段，通過無人機(jī)遙感數(shù)據(jù)快速獲取、現(xiàn)場數(shù)據(jù)快速處理、數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸和服務(wù)的一體化應(yīng)急測繪系統(tǒng)建設(shè)，項(xiàng)目的建成為全省突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的遙感監(jiān)測和應(yīng)急救災(zāi)輔助決策提供機(jī)動(dòng)靈活、快速響應(yīng)的應(yīng)急測繪保障，為有效降低地質(zhì)災(zāi)害對人民生命財(cái)產(chǎn)造成的損失，維護(hù)社會(huì)穩(wěn)定，確保國民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展發(fā)揮重要的作用，為山西省走出資源型地區(qū)轉(zhuǎn)型跨越發(fā)展新路提供堅(jiān)實(shí)的測繪地理信息保障。

地質(zhì)災(zāi)害遙感監(jiān)測指揮系統(tǒng)的研建，能夠保障“山西省突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害遙感監(jiān)測指揮系統(tǒng)”的高效運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)對突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測信息的快速集成、成果發(fā)布與共享，并結(jié)合三維立體顯示系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測數(shù)據(jù)的基本統(tǒng)計(jì)、綜合查詢、GIS分析及成果輸出，能夠?yàn)閲敛块T對突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的危害分析與評估、應(yīng)急決策提供系統(tǒng)支撐。

2.開發(fā)技術(shù)路線

對于一個(gè)以GIS技術(shù)為核心的軟件系統(tǒng)開發(fā)來說，選擇一個(gè)合理的開發(fā)方式及開發(fā)平臺(tái)非常重要。本系統(tǒng)基于組件技術(shù)進(jìn)行開發(fā)。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是，既可以充分利用GIS工具軟件對空間數(shù)據(jù)庫的管理、分析功能，又可以利用其他可視化開發(fā)語言具有的高效、方便等編程優(yōu)點(diǎn)，集二者之所長，不僅能大大提高應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)效率，而且使用可視化軟件開發(fā)工具開發(fā)出來的應(yīng)用程序具有更好的外觀效果，更強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫功能，而且可靠性好、易于移植、便于維護(hù)。尤其是使用OCX技術(shù)利用GIS功能組件進(jìn)行集成開發(fā)，更能表現(xiàn)出這些優(yōu)勢。

3.組件化開發(fā)平臺(tái)

地質(zhì)災(zāi)害遙感監(jiān)測指揮系統(tǒng)解決了多源、多尺度影像數(shù)據(jù)的融合技術(shù)，柵格數(shù)據(jù)和矢量數(shù)據(jù)金字塔組織、管理和調(diào)用技術(shù)，基于全球構(gòu)架的多源、多尺度、多類型數(shù)據(jù)庫建庫技術(shù)，系統(tǒng)的模塊化設(shè)計(jì)技術(shù)，基于網(wǎng)絡(luò)的三維地理信息服務(wù)技術(shù)，構(gòu)建了基于影像特征的三維地理信息服務(wù)技術(shù)體系，實(shí)現(xiàn)了基于網(wǎng)絡(luò)的全球高分辨率影像和地形高速漫游。

3.1 平臺(tái)構(gòu)成

山西省地質(zhì)災(zāi)害遙感監(jiān)測指揮系統(tǒng)是基于組件化的三維可視化平臺(tái)TopWorld研發(fā)的地理信息服務(wù)系統(tǒng)。如圖3-1所示。

圖3-1 山西省突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害遙感監(jiān)測指揮系統(tǒng)

數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)—山西省地質(zhì)災(zāi)害遙感監(jiān)測指揮系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的多版本管理和發(fā)布工具，將全省各尺度的柵格、矢量數(shù)據(jù)建庫管理。如圖3-2所示。

圖3-2 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)

空間數(shù)據(jù)發(fā)布軟件系統(tǒng)—地質(zhì)災(zāi)害遙感監(jiān)測指揮系統(tǒng)中數(shù)據(jù)發(fā)布的配置與管理工具，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)集的聚合、發(fā)布和共享。如圖3-3所示。

圖3-3 空間數(shù)據(jù)發(fā)布系統(tǒng)

3.2 組件開發(fā)

凡是在軟件開發(fā)中用到了軟件的復(fù)用，被復(fù)用的部分都可以稱為組件。組件開發(fā)的方式可以增強(qiáng)系統(tǒng)擴(kuò)展性，在系統(tǒng)發(fā)布后可在不必重新編譯系統(tǒng)的前提下按需對系統(tǒng)功能進(jìn)行擴(kuò)充；易維護(hù)及復(fù)用性，組件通常為獨(dú)立的功能模塊易于管理與維護(hù)，并在多個(gè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)中重用；底耦合，方便部署、開發(fā)、遷。開始示意圖如表3-1所示。

表3-1 組件開發(fā)示意圖

4.系統(tǒng)功能與實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)軟件開發(fā)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(guān)系——根據(jù)軟件功能設(shè)計(jì)劃分最小的模塊——分工開發(fā)每一個(gè)模塊——模塊集成——形成基礎(chǔ)GIS軟件平臺(tái)——建立“本系統(tǒng)”，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(gè)模塊，每個(gè)模塊完成一個(gè)子功能，把這些模塊集合起來組成一個(gè)整體，可以完成指定的功能，滿足系統(tǒng)的要求。

“山西省突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害遙感監(jiān)測指揮系統(tǒng)”軟件主要包括“真三維立體顯示模塊”、“應(yīng)急航攝任務(wù)規(guī)劃模塊”、“應(yīng)急數(shù)據(jù)處理模塊”、“地質(zhì)災(zāi)害空間分析功能模塊”、“應(yīng)急遠(yuǎn)程監(jiān)控與監(jiān)測模塊”等功能模塊，具體功能設(shè)計(jì)如圖4-1所示：

圖4-1 山西省突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害遙感監(jiān)測指揮系統(tǒng)

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(diǎn)

開發(fā)真三維3D立體顯示模塊，利用立體轉(zhuǎn)換技術(shù)，采用立體效果最佳的主動(dòng)（頻閃）立體方式。其具有能夠使三維軟件實(shí)現(xiàn)可動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)的立體顯示；不依賴開發(fā)者所使用的三維引擎；不局限于DirectX、OpenGL等特點(diǎn)。

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(zhì)災(zāi)害遙感監(jiān)測指揮系統(tǒng)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)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(zhuǎn)等操作。如圖4-3所示。

圖4-3 3D立體可視化效果

4.2 應(yīng)急航攝任務(wù)規(guī)劃模塊

基于7×24小時(shí)地質(zhì)災(zāi)害遙感監(jiān)測指揮系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)航攝任務(wù)的精確規(guī)劃設(shè)計(jì)及三維顯示。

1） 模塊特點(diǎn)

該模塊具有以下特點(diǎn)：可加載DEM數(shù)據(jù)和影像數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)精度航線設(shè)計(jì)。重疊度、航攝方向、傳感器參數(shù)等參數(shù)的設(shè)定。航攝分區(qū)基準(zhǔn)面的自動(dòng)計(jì)算。分區(qū)航線的自動(dòng)敷設(shè)。航攝分區(qū)報(bào)告輸出和導(dǎo)航坐標(biāo)文件（*.doc）的輸出。航攝飛行的曝光點(diǎn)坐標(biāo)輸出。

2） 基本流程

◆確定航攝范圍

突發(fā)事件發(fā)生時(shí)，依據(jù)地名、坐標(biāo)、圖幅號等多種條件快速定位三維空間位置，根據(jù)指定的多邊形，從數(shù)據(jù)庫中提取指定分辨率影像和DEM數(shù)據(jù)，輸出格式.Tiff、.img。如圖4-4所示。

圖4-4 地質(zhì)災(zāi)害遙感監(jiān)測指揮系統(tǒng)影像、DEM提取

◆設(shè)定傳感器參數(shù)

圖4-5 傳感器參數(shù)設(shè)定界面

◆確定航攝參數(shù)

圖4-6 航攝參數(shù)確定界面

◆航線自動(dòng)敷設(shè)

圖4-7 航線自動(dòng)敷設(shè)

◆設(shè)計(jì)結(jié)果導(dǎo)出

圖4-8 設(shè)計(jì)結(jié)果導(dǎo)出界面

◆規(guī)劃設(shè)計(jì)三維顯示

支持導(dǎo)入航攝任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)規(guī)劃好的航線文件（shp格式），通過三維地形，檢查設(shè)計(jì)航線飛行高度的安全性。如圖4-9所示。

圖4-9 規(guī)劃航線三維顯示

此外規(guī)劃航線可直接導(dǎo)入無人機(jī)地面站，上傳到飛控，進(jìn)行航空攝影。

4.3 應(yīng)急數(shù)據(jù)處理模塊

模塊功能如下：

◆無人機(jī)地面站實(shí)際曝光點(diǎn)展點(diǎn)，輔助航片快速處理；如圖4-10所示。

◆支持應(yīng)急條件下，從應(yīng)急數(shù)據(jù)庫提取同名點(diǎn)坐標(biāo)信息，作為應(yīng)急控制點(diǎn)，輔助航片快速處理；如圖4-11所示。

圖4-10 曝光點(diǎn)三維展點(diǎn)

圖4-11 應(yīng)急控制點(diǎn)選取界面

◆支持應(yīng)急條件下，無坐標(biāo)圖片、掃描件等的配準(zhǔn)及加載；如圖4-12所示。

圖4-12 圖件配準(zhǔn)及加載界面

◆支持應(yīng)急遙感影像快速處理系統(tǒng)生成的影像和DEM進(jìn)行目標(biāo)投影轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)與當(dāng)前系統(tǒng)坐標(biāo)統(tǒng)一；如圖4-13所示。

圖4-13 投影轉(zhuǎn)換界面

◆支持有坐標(biāo)的柵格數(shù)據(jù)的加載，快速加載紙質(zhì)掃描圖、影像、矢量和標(biāo)注信息，實(shí)現(xiàn)多源數(shù)據(jù)對比分析。如圖4-14所示。

圖4-14 多源數(shù)據(jù)對比分析界面

圖4-15 空間分析功能模塊

4.4 地質(zhì)災(zāi)害空間分析功能模塊

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

◆應(yīng)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(dòng)態(tài)標(biāo)注，屬性信息動(dòng)態(tài)查詢。如災(zāi)害點(diǎn)數(shù)據(jù)的標(biāo)注與查詢。

4.5 應(yīng)急遠(yuǎn)程監(jiān)控與監(jiān)測模塊

◆通過衛(wèi)星通信手段實(shí)現(xiàn)無人機(jī)軌跡與姿態(tài)、視頻影像實(shí)時(shí)監(jiān)控，輔助決策者快速掌握現(xiàn)場災(zāi)情，制定準(zhǔn)確的應(yīng)急響應(yīng)方案；如圖4-17所示。

圖4-17 遠(yuǎn)程監(jiān)控界面

◆集成GPS模塊通信接口，實(shí)時(shí)接收和顯示車輛行進(jìn)位置，利用3G網(wǎng)絡(luò)傳回監(jiān)測中心，為領(lǐng)導(dǎo)指揮調(diào)度提供決策依據(jù)。如圖4-18所示。

◆遙感動(dòng)態(tài)監(jiān)測功能，利用不同時(shí)期的無人機(jī)遙感影像對地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測，通過影像間的對比分析，獲取突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害前后的變化情況，確定地質(zhì)災(zāi)害的類型、受災(zāi)范圍、受災(zāi)程度等信息。

圖4-18車輛定位界面

5.結(jié)束語

該系統(tǒng)按照C/S結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，基于主流三維地理信息系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)而研建的。它既能服務(wù)無人機(jī)應(yīng)急監(jiān)測任務(wù)規(guī)劃，使任務(wù)設(shè)計(jì)更加合理高效，又服務(wù)于災(zāi)情評估，使數(shù)據(jù)分析更加直觀、準(zhǔn)確，為國土部門對地質(zhì)災(zāi)害的危害分析與評估、應(yīng)急搶險(xiǎn)調(diào)度、應(yīng)急決策提供系統(tǒng)科學(xué)的支撐。

【1】韓鵬.地理信息系統(tǒng)開發(fā)-ArcObjects[M].武漢大學(xué)出版社.2005.

【2】黃鐵青，張琦娟.自然災(zāi)害遙感監(jiān)測的研究與應(yīng)用[J].遙感技術(shù)與應(yīng)用，1998，(3):66-71.

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【4】謝慧芬.遙感技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測和治理中的應(yīng)用[J].測繪與空間地理信息，2011，34（3）：242-243.

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P237

B

2095-7319（2015）02-0037-11

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