基于空間信息的中國-東盟防災(zāi)減災(zāi)應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)構(gòu)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(zāi)減災(zāi)應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)構(gòu)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(zhàn)略為我國推廣基于空間技術(shù)防災(zāi)減災(zāi)信息化系統(tǒng)帶來了歷史性機(jī)遇

“一帶一路”構(gòu)想，寄托著多層次的區(qū)域合作愿景，展現(xiàn)了中國發(fā)展區(qū)域共贏合作的新理念、新藍(lán)圖、新途徑和新模式。放眼全球，空間信息早已成為經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會發(fā)展的戰(zhàn)略性資源，隨著“一帶一路”戰(zhàn)略的實(shí)施，空間信息應(yīng)用作為提升區(qū)域信息化服務(wù)水平的重要手段，也迎來了歷史性發(fā)展機(jī)遇。

1.“一帶一路”熱點(diǎn)區(qū)域亟需建設(shè)防災(zāi)減災(zāi)信息化系統(tǒng)

“一帶一路”戰(zhàn)略實(shí)施區(qū)域地域?qū)拸V、地形地貌環(huán)境復(fù)雜、氣候多變，其中東南亞、南亞是全球自然災(zāi)害最頻繁，損失最為嚴(yán)重的地區(qū)之一。近年來，“一帶一路”沿線國家在防災(zāi)減災(zāi)信息化系統(tǒng)建設(shè)和能力方面做出了大量努力，但是防災(zāi)減災(zāi)信息化支撐能力嚴(yán)重不足仍然是本地區(qū)非傳統(tǒng)安全領(lǐng)域面臨的主要威脅之一。

南亞地區(qū)地形條件較為復(fù)雜，以巴基斯坦為例，地處喜馬拉雅地震帶上，地震頻發(fā)，并常年受南亞熱帶季風(fēng)影響，降水不均，易發(fā)生干旱或洪澇災(zāi)害。受全球氣候異常影響，干旱、高溫、大風(fēng)或極端低溫凍害等異常天氣增多，導(dǎo)致全球森林火災(zāi)頻繁發(fā)生，中蒙、中緬、中俄邊境發(fā)生森林火災(zāi)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(zāi)害頻發(fā)，非洲雖然是一片人口適中、資源豐富、自然災(zāi)害較少的大陸，但是由于基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)落后，許多非洲國家正不斷遭受干旱、洪水、火災(zāi)、傳染病等災(zāi)害的侵襲，對當(dāng)?shù)厝嗣裆睢⒊鞘谢A(chǔ)設(shè)施、資源利用及經(jīng)濟(jì)和國家發(fā)展等都產(chǎn)生了不利影響。東盟地區(qū)自然災(zāi)害頻發(fā)，地震、洪水、臺風(fēng)等自然災(zāi)害對區(qū)域各國的安全和發(fā)展造成了嚴(yán)重的威脅。

2.利用空間技術(shù)支撐防災(zāi)減災(zāi)已成為國際主流發(fā)展趨勢

隨著航天技術(shù)的發(fā)展和多學(xué)科的交叉融合，利用遙感、地理信息系統(tǒng)和衛(wèi)星通信、導(dǎo)航定位等空間信息技術(shù)進(jìn)行重大自然災(zāi)害的監(jiān)測、預(yù)警和應(yīng)急救援，及時制定防災(zāi)減災(zāi)措施，可以有效地減輕災(zāi)害對人類的生命、財產(chǎn)造成的損失。

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

3.我國在利用空間信息支撐防災(zāi)減災(zāi)方面已取得豐富經(jīng)驗(yàn)

我國在航天領(lǐng)域已經(jīng)取得了舉世矚目的成就，成功發(fā)射了氣象、資源、海洋、環(huán)境減災(zāi)、通信、導(dǎo)航等系列衛(wèi)星，并通過洪澇、氣象、農(nóng)業(yè)等災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)對臺風(fēng)、暴雨、洪澇、旱災(zāi)、森林與草原火災(zāi)、雪災(zāi)、冰凌、赤潮、地震、沙塵暴以及典型地區(qū)的病蟲害、滑坡、泥石流等災(zāi)害的監(jiān)測能力。

我國目前應(yīng)用空間技術(shù)進(jìn)行防災(zāi)減災(zāi)業(yè)務(wù)體系的建設(shè)已有一定基礎(chǔ)。水利部、氣象局、農(nóng)業(yè)部、林業(yè)部等根據(jù)各自實(shí)際需要，建立的洪澇災(zāi)害、氣象災(zāi)害、農(nóng)業(yè)災(zāi)害等監(jiān)測系統(tǒng)，基本形成了對臺風(fēng)、暴雨、洪澇、旱災(zāi)、森林與草原火災(zāi)、雪災(zāi)、冰凌、赤潮、地震、沙塵暴以及典型區(qū)的蟲害、滑坡、泥石流等災(zāi)害的監(jiān)測能力。我國對于洪澇災(zāi)害監(jiān)測的技術(shù)方法已比較成熟，監(jiān)測評估運(yùn)行系統(tǒng)已經(jīng)在一些行業(yè)單位及科研機(jī)構(gòu)建立，并形成了以星載平臺和機(jī)載SAR平臺相結(jié)合的立體監(jiān)測體系。在1998年長江、嫩江和松花江流域的特大洪澇災(zāi)害中，國家遙感中心組織國內(nèi)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(jié)合的手段，運(yùn)用6顆衛(wèi)星數(shù)據(jù)，出動3套航空遙感系統(tǒng)對災(zāi)情進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測，獲取的大量信息對災(zāi)情的實(shí)時監(jiān)測和災(zāi)害損失評估發(fā)揮了巨大的輔助決策支持作用。對于沙塵暴、干旱、雪災(zāi)等氣象災(zāi)害的預(yù)警和監(jiān)測的業(yè)務(wù)運(yùn)行系統(tǒng)已基本建立；對于森林火災(zāi)遙感監(jiān)測系統(tǒng)也已建立；2008年5月12日汶川特大地震發(fā)生后，國家減災(zāi)中心綜合利用國內(nèi)外23顆衛(wèi)星的數(shù)據(jù)（其中國內(nèi)5顆，國外18顆，共計1000多景的遙感影像數(shù)據(jù)），進(jìn)行了相關(guān)的災(zāi)區(qū)情況遙感監(jiān)測以及遙感應(yīng)急快速評估工作，對災(zāi)區(qū)的農(nóng)田受損、房屋倒塌、交通線損壞等情況進(jìn)行評估。

我國的無人機(jī)技術(shù)已成功應(yīng)用于“4·25”尼泊爾地震西藏災(zāi)區(qū)、汶川地震和青海玉樹地震等特大自然災(zāi)害的救災(zāi)和搜救工作中，在災(zāi)害損失評估、科學(xué)合理救援、國際防災(zāi)減災(zāi)合作等方面提供了強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)支撐，增強(qiáng)了國家綜合防災(zāi)減災(zāi)能力。

4.東盟地區(qū)建設(shè)防災(zāi)減災(zāi)信息化系統(tǒng)具有良好的內(nèi)外部條件

東盟位于“海上絲綢之路”路線上，是“一帶一路”戰(zhàn)略的重要戰(zhàn)略支點(diǎn)，近年來該地區(qū)氣候多變，極端天氣頻繁，長時間受特大暴雨，季節(jié)性水資源短缺等影響，導(dǎo)致局部地區(qū)洪澇、臺風(fēng)和旱災(zāi)頻繁發(fā)生。近年來，中國和東盟不斷深化在防災(zāi)減災(zāi)領(lǐng)域的合作，雙方在10+1框架內(nèi)召開了一系列防災(zāi)減災(zāi)國際會議、研討會并開展了應(yīng)急演練，將防災(zāi)減災(zāi)作為中國東盟海上合作基金的一項(xiàng)重要內(nèi)容。習(xí)近平主席和李克強(qiáng)總理等國家領(lǐng)導(dǎo)人在東亞領(lǐng)導(dǎo)人系列會議和博鰲亞洲論壇上，就防災(zāi)減災(zāi)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(jìn)亞洲海洋合作機(jī)制建設(shè)，促進(jìn)環(huán)境保護(hù)和災(zāi)害管理等各領(lǐng)域合作。

5.提升全球熱點(diǎn)地區(qū)應(yīng)急響應(yīng)能力助力大國外交

東盟地區(qū)是世界范圍內(nèi)災(zāi)害頻發(fā)的熱點(diǎn)地區(qū)，也是中國-中南半島經(jīng)濟(jì)走廊的重點(diǎn)地區(qū)，在東盟地區(qū)建立防災(zāi)減災(zāi)系統(tǒng)，共同抵御各類自然災(zāi)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(wěn)定促進(jìn)區(qū)域發(fā)展、繁榮。各國應(yīng)發(fā)揮山水相連的地緣優(yōu)勢，加強(qiáng)合作，配合亞太空間合作組織（APSCO）的統(tǒng)一戰(zhàn)略布局，結(jié)合AHA-Center的業(yè)務(wù)需求，突出發(fā)展主題，深化務(wù)實(shí)合作。

與東盟地區(qū)開展空間技術(shù)應(yīng)用合作能牽引我國高新技術(shù)出口，深化中國企業(yè)與東盟各國的務(wù)實(shí)合作。借助國家“一帶一路”戰(zhàn)略發(fā)展，與東盟國家在內(nèi)河和沿海環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域展開合作，立足當(dāng)今世界前沿技術(shù)，從遙感衛(wèi)星應(yīng)用、通信衛(wèi)星應(yīng)用和地理信息系統(tǒng)領(lǐng)域出發(fā)，可助推由地面應(yīng)用牽引出宇航產(chǎn)品整星出口的國際市場開拓模式，最終實(shí)現(xiàn)我國與東盟各國從地面段衛(wèi)星應(yīng)用到空間段衛(wèi)星研制全方位的戰(zhàn)略合作。

此外，東盟地區(qū)河流豐富，生態(tài)環(huán)境復(fù)雜，我國也亟需監(jiān)測和掌握重點(diǎn)針對區(qū)域的植被覆蓋、水體污染、森林開采、生物多樣性，開展生態(tài)環(huán)境質(zhì)量及其演變研究，建立和完善區(qū)域生態(tài)模型，平衡流域生態(tài)環(huán)境，避免土壤流失、土地退化、生物多樣性喪失和溫室效應(yīng)等嚴(yán)峻的環(huán)境變化問題。通過與該地區(qū)合作，獲取地區(qū)資源環(huán)境、生態(tài)及遙感方面的科學(xué)數(shù)據(jù)，提升我國空間技術(shù)實(shí)用能力，并為我國開展全球氣候變化、生態(tài)保護(hù)、產(chǎn)業(yè)政策制定等研究，提供不可多得的基礎(chǔ)資料。

二、基于空間信息的中國-東盟防災(zāi)減災(zāi)信息化系統(tǒng)構(gòu)想

1.利用遙感手段，實(shí)現(xiàn)災(zāi)害監(jiān)測與評估信息服務(wù)

通過集成GIS技術(shù)、空間數(shù)據(jù)管理技術(shù)、電子地圖技術(shù)、空間分析技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)，基于多源數(shù)據(jù)開展災(zāi)情預(yù)評估、災(zāi)情評估和災(zāi)情研判，并提供應(yīng)急指揮調(diào)度服務(wù)。

災(zāi)害監(jiān)測預(yù)評估方面：系統(tǒng)可根據(jù)不同災(zāi)害時空分異規(guī)律，在對地觀測數(shù)據(jù)，以減災(zāi)運(yùn)行管理平臺和災(zāi)害多維可視化等為基礎(chǔ)，開發(fā)功能完備、靈活易用的災(zāi)害監(jiān)測、災(zāi)情預(yù)評估工具，建立適應(yīng)于災(zāi)害管理的災(zāi)害系統(tǒng)模擬仿真模型，實(shí)現(xiàn)對災(zāi)害系統(tǒng)時空變化模擬和多維多尺度可視化，對不同災(zāi)害/災(zāi)害鏈場景進(jìn)行模擬仿真，具備滿足以遙感數(shù)據(jù)為主的主要自然災(zāi)害監(jiān)測、災(zāi)情預(yù)評估能力，為災(zāi)情評估、災(zāi)情研判等提供輸入。

災(zāi)情評估服務(wù)方面：可采用以C/S客戶端為主的業(yè)務(wù)化作業(yè)模式，基于災(zāi)害目標(biāo)分類體系和目標(biāo)特征庫構(gòu)建技術(shù)、災(zāi)害目標(biāo)智能識別與變化檢測信息提取技術(shù)，在人機(jī)交互的操作下，實(shí)現(xiàn)災(zāi)害范圍的快速評估，房屋、道路、電力線塔、農(nóng)作物等災(zāi)害目標(biāo)的精確實(shí)物量評估，并結(jié)合地面調(diào)研的受災(zāi)數(shù)據(jù)，對地震、滑坡泥石流、洪澇、雪災(zāi)等災(zāi)種進(jìn)行綜合評估。

災(zāi)情研判服務(wù)方面：通過支持異地協(xié)同（包括多國間跨國協(xié)同的方式）的專家研判平臺進(jìn)行多用戶任務(wù)分割、任務(wù)調(diào)度和沖突解決，利用計算方法對研判區(qū)域的受災(zāi)情況進(jìn)行定量的綜合評估；通過協(xié)同標(biāo)繪與專家決策方法對研判區(qū)域的受災(zāi)程度進(jìn)行定性的專家研判，實(shí)現(xiàn)多用戶實(shí)時異步地圖標(biāo)繪、地圖編輯和文件傳輸，無縫的交換、協(xié)調(diào)和同步研判意見，實(shí)現(xiàn)標(biāo)繪信息交流和感知。

災(zāi)害多維可視化服務(wù)方面：基于基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)及遙感數(shù)據(jù)，并結(jié)合各種災(zāi)害的孕災(zāi)環(huán)境、致災(zāi)因子、承災(zāi)體以及災(zāi)情數(shù)據(jù)向各級用戶提供災(zāi)情信息可視化服務(wù)以及會商決策環(huán)境、數(shù)據(jù)智能管理、高級產(chǎn)品生成、災(zāi)害三維環(huán)境重構(gòu)、不同層級用戶產(chǎn)品定制等功能。

信息共享與服務(wù)方面：以門戶平臺為依托，將信息查詢檢索、產(chǎn)品展示與分發(fā)、產(chǎn)品訂閱、用戶需求匯集等功能以門戶服務(wù)組件的形式進(jìn)行集成展現(xiàn)，提供給用戶可視化的交互操作界面，為國家級用戶、地區(qū)級用戶、現(xiàn)場用戶以及社會公眾提供及時的災(zāi)害綜合信息、災(zāi)害數(shù)據(jù)資料、專家分析材料、預(yù)報預(yù)警等信息。圖 1為 2015年緬甸馬圭省洪澇災(zāi)區(qū)遙感監(jiān)測圖。

圖 1 2015年緬甸馬圭省洪澇災(zāi)區(qū)遙感監(jiān)測圖（URL: http://www.jianzai.gov.cn/）

2.基于衛(wèi)星通信，實(shí)現(xiàn)應(yīng)急通信服務(wù)

基于衛(wèi)星通信技術(shù)，搭建起一條可在極惡劣環(huán)境下有效使用的通信鏈路，實(shí)現(xiàn)災(zāi)情和指揮調(diào)度相關(guān)視頻、音頻、數(shù)據(jù)穩(wěn)定、可靠的傳輸。應(yīng)急通信系統(tǒng)可包括應(yīng)急通信主站，遠(yuǎn)端站（動中通、靜中通和便攜站），其中主站可設(shè)在各國首都。

主站是應(yīng)急通信系統(tǒng)的關(guān)鍵所在，既是系統(tǒng)的業(yè)務(wù)中心也是控制中心。主站需與本地業(yè)務(wù)運(yùn)營系統(tǒng)（如PSTN，Internet等）連接，作為業(yè)務(wù)中心。在主站內(nèi)還需要網(wǎng)絡(luò)控制中心，負(fù)責(zé)對全網(wǎng)進(jìn)行監(jiān)測、管理、控制和維護(hù)。

動中通是依托機(jī)動性、通過性、可靠性高的越野車建設(shè)的可移動狀態(tài)下的應(yīng)急通信系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)突發(fā)應(yīng)急狀態(tài)下的通信、數(shù)據(jù)采集、傳輸、現(xiàn)場辦公等應(yīng)急通信保障功能?？刹捎眯菭罹W(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，端站與主站進(jìn)行單跳通信，并可以經(jīng)過位于主站的地面交換路由設(shè)備實(shí)現(xiàn)與靜中通和便攜站的數(shù)據(jù)交互，實(shí)現(xiàn)應(yīng)急通信系統(tǒng)內(nèi)雙向交互式業(yè)務(wù)的傳輸。

靜中通是依托機(jī)動性、通過性、可靠性高的廂式車建設(shè)的應(yīng)急通信系統(tǒng)。在汽車到達(dá)現(xiàn)場后，能夠快速展開、快速開通靜中通天線，保證衛(wèi)星通信天線精確對準(zhǔn)衛(wèi)星。該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)突發(fā)應(yīng)急狀態(tài)下的通信、數(shù)據(jù)采集、傳輸、現(xiàn)場辦公等應(yīng)急通信保障功能。便攜站分系統(tǒng)是可攜帶、可快速搭建的應(yīng)急通信系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)應(yīng)急通信系統(tǒng)內(nèi)雙向交互式業(yè)務(wù)的傳輸。圖 2是老撾應(yīng)急通信指揮系統(tǒng)。

圖2 老撾應(yīng)急通信指揮系統(tǒng)

3.利用無人機(jī)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)災(zāi)害應(yīng)急監(jiān)測服務(wù)

在洪澇、地震、山體滑坡、重大污染物泄漏等緊急情況發(fā)生時，使用無人機(jī)搭載可見光攝像機(jī)、紅外熱像儀等載荷飛入事發(fā)現(xiàn)場，近距離監(jiān)測、搜救，使地面站工作人員能夠?qū)崟r監(jiān)視災(zāi)害現(xiàn)場，將顯著提升政府防災(zāi)減災(zāi)部門應(yīng)對洪澇、泥石流、農(nóng)業(yè)病蟲害、重大危險品泄漏等災(zāi)害的監(jiān)測和應(yīng)急反應(yīng)能力。系統(tǒng)為適應(yīng)東盟地區(qū)防災(zāi)減災(zāi)的需要，其主要部分（無人機(jī)平臺、任務(wù)載荷和地面測控站）中設(shè)備的電子產(chǎn)品部分要進(jìn)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(qū)應(yīng)用可靠性的需要。

無人機(jī)平臺方面：無人機(jī)平臺根據(jù)東南亞地區(qū)防災(zāi)減災(zāi)的應(yīng)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(jī)直升機(jī)等，其中固定翼無人機(jī)用于對東南亞災(zāi)區(qū)的航空攝影測量等工作，用于快速出圖供指揮部掌握災(zāi)情；便攜式多旋翼無人機(jī)能夠幫助救災(zāi)人員搜救，在受災(zāi)地區(qū)原地起飛，通過增加空中視角有利于地面人員及時發(fā)現(xiàn)被困群眾并采取相應(yīng)措施；無人直升機(jī)主要能夠完成受災(zāi)地區(qū)的視頻采集，并實(shí)時回傳至地面，讓地面指揮人員掌握其救災(zāi)實(shí)時進(jìn)展。

任務(wù)載荷方面：系統(tǒng)的任務(wù)載荷為充分適應(yīng)救災(zāi)監(jiān)測的需要，包括可見光相機(jī)、可見光攝像機(jī)、紅外相機(jī)、紅外攝像機(jī)等，可實(shí)現(xiàn)受災(zāi)地區(qū)的任務(wù)目標(biāo)的圖像、視頻的采集、被困人員搜救等工作，未來可根據(jù)用戶的進(jìn)一步需求，增加激光雷達(dá)、SAR等載荷，進(jìn)行災(zāi)區(qū)地形地貌測繪，拓展無人機(jī)系統(tǒng)功能。

地面站方面：作為無人機(jī)系統(tǒng)的指揮中心，通過軟硬件等設(shè)備的配合對無人機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行任務(wù)規(guī)劃、控制無人機(jī)起降，實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)的工作狀態(tài)、發(fā)出系統(tǒng)的各種控制指令，并完成飛行過程相關(guān)數(shù)據(jù)的存儲，在無人機(jī)飛行作業(yè)完成后，對遙感圖像、視頻等數(shù)據(jù)進(jìn)行后期處理，形成數(shù)據(jù)產(chǎn)品。圖 3為無人機(jī)應(yīng)急監(jiān)測圖像。

圖 3 無人機(jī)應(yīng)急監(jiān)測圖像

三、結(jié)束語

以防災(zāi)減災(zāi)為抓手，在國家“一帶一路”戰(zhàn)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(zāi)減災(zāi)信息化系統(tǒng)，切實(shí)滿足沿線國家共同抵御自然災(zāi)害現(xiàn)實(shí)需求，共同維護(hù)中國與東盟國家之間共同利益。通過加強(qiáng)我國與東盟各國合作與互信，營造良好的區(qū)域政治環(huán)境，樹立我國負(fù)責(zé)任的大國形象，爭取世界輿論支持，表達(dá)沿線國家共同心愿：繼承傳統(tǒng)、保護(hù)環(huán)境，謀求和平合作、友誼與發(fā)展。在集中體現(xiàn)我國綜合國力和更加長遠(yuǎn)的國家軟實(shí)力的同時，項(xiàng)目還將廣泛帶動空間信息等高科技領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)發(fā)展，服務(wù)國家“一帶一路”戰(zhàn)略整體布局。