遼寧省洪澇災情智能化定災技術(shù)研究

高 丹

(遼寧省防汛抗旱指揮部辦公室，沈陽 110003)

洪澇災害是威脅人民生命財產(chǎn)安全的主要自然災害之一。獨特的自然地理條件和不斷變化的氣候環(huán)境，決定了遼寧省是一個洪澇災害頻發(fā)的省份。東西部地區(qū)極易因降雨引發(fā)山洪泥石流，中部地區(qū)容易發(fā)生內(nèi)澇，沿海地區(qū)經(jīng)常受臺風影響發(fā)生洪澇災害。近年來，隨著全球氣候變暖和環(huán)境變化，遼寧省極端性天氣事件發(fā)生頻次加劇，洪澇災害呈現(xiàn)了多發(fā)、突發(fā)的態(tài)勢。

1 研究目的與意義

洪澇定災是防汛工作的重要組成部分，是各級政府及時了解掌握災情、實施災害緊急救助、保障災民生活的重要基礎(chǔ)性工作，直接關(guān)系到防汛工作的成敗，同時也為研究洪澇災害發(fā)生規(guī)律和經(jīng)濟建設(shè)決策提供依據(jù)。近年來，遼寧省始終堅持把洪澇災情統(tǒng)計工作作為及時有效處置災害的關(guān)鍵環(huán)節(jié)來抓，在洪澇災情統(tǒng)計工作的制度化、規(guī)范化和現(xiàn)代化等方面取得了較大進展，同時依托防洪工程及非工程措施防災減災作用的有效發(fā)揮，顯著提高了全省防洪減災經(jīng)濟效益，減少了受災人口和糧食損失。然而，通過對多年洪澇災情定災工作的梳理，發(fā)現(xiàn)還存在如下主要問題：①在全局尺度上，災情初定和復核的技術(shù)手段落后，報送洪澇災情很難滿足報送速度快、數(shù)據(jù)準確無誤的要求；②在局部尺度上，對場次洪澇災害的監(jiān)測評估能力較低，難以滿足智能化定災的要求。

面對現(xiàn)有技術(shù)手段難以滿足定災工作要求的現(xiàn)狀，有必要開展智能化定災技術(shù)研究，將智能化技術(shù)應(yīng)用于災情初定、復核、災害監(jiān)測評估等關(guān)鍵環(huán)節(jié)，解決定災工作中速度慢、準確率低等關(guān)鍵問題，全面提升全省及各市洪澇災情智能化定災能力與水平，意義十分重大。

2 研究的主要內(nèi)容與技術(shù)路線

圍繞智能化定災技術(shù)，重點開展了三個方面的研究，主要研究內(nèi)容及技術(shù)路線如下。

2.1 洪澇災情初定系統(tǒng)研究

洪澇災情初定工作是洪澇災情統(tǒng)計工作走向制度化、規(guī)范化的基礎(chǔ)。按照災情核實工作“屬地負責，部門核災，統(tǒng)一發(fā)布”的原則，遼寧省進一步加強領(lǐng)導，落實責任和有效措施，建立災情通報工作制度，完善報災核災工作機制，全力做好汛期防汛信息報送工作，堅決杜絕信息倒流、報送無序、過多過亂、搶報謊報瞞報等問題的發(fā)生，確保重要洪澇災情信息的準確性和權(quán)威性。

洪澇災情統(tǒng)計指標內(nèi)容廣泛，包括受災人口、倒塌房屋、農(nóng)作物牲畜、各行業(yè)損失等。研究按照“統(tǒng)籌分類，行業(yè)核實”的原則，利用圖表結(jié)合統(tǒng)計法、時間序列對比分析等方法，明確了洪澇災情報送范圍與內(nèi)容，制定了報送制度。在縱向上形成了省、市、縣、鄉(xiāng)四級聯(lián)動的組織方式，將網(wǎng)絡(luò)報送功能進行了進一步延伸；橫向上實現(xiàn)了各級防災成員單位(如民政、農(nóng)委、交通、電力等各行業(yè)部門)對洪澇災情的統(tǒng)計和核報，提出了災情報送工作的具體要求與做法，建立災情核實長效機制，為初步評估洪澇災害、防汛搶險、救災決策提供科學依據(jù)。

2.2 洪澇災情復核智能化系統(tǒng)研發(fā)

洪澇災情統(tǒng)計涉及部門多，信息范圍廣，常存在信息多源性、時效性、準確性和隨機性等問題，一直是減災工作的難點，因此有必要將信息化技術(shù)應(yīng)用于洪澇災情統(tǒng)計工作中。利用數(shù)據(jù)庫、制圖、3S、計算機等先進技術(shù)，以收集并審核通過的行業(yè)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、洪澇災情數(shù)據(jù)以及為洪澇災情統(tǒng)計提供服務(wù)的其他相關(guān)數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)源，建立歷史洪澇災情數(shù)據(jù)庫、基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)庫、水利工程數(shù)據(jù)庫、土地利用數(shù)據(jù)庫、空間數(shù)據(jù)庫、多媒體數(shù)據(jù)庫及元數(shù)據(jù)庫，形成全要素、長序列的洪澇災情指標分析數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)7大類數(shù)據(jù)有效管理。

以此數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，利用地圖制圖、地圖配圖、地圖發(fā)布等技術(shù)，建立包括河流、湖泊、水庫工程、水閘工程等水利專題數(shù)據(jù)以及省、市、縣、鄉(xiāng)政府駐地、高速、機場等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)兩大類共41個要素、12級比例尺的遼寧省“水利一張圖”，此圖采用的技術(shù)為融合緩存，即一次性把地圖所有圖層按照預設(shè)的比例尺全部切片，采用此技術(shù)能夠極大提高地圖瀏覽速度，增加系統(tǒng)友好性，實現(xiàn)水利要素與洪澇災情指標的集中展示。

遼寧省洪澇災害指標分析復核系統(tǒng)采用了多層體系架構(gòu)，邏輯結(jié)構(gòu)清晰，便于功能的擴展。平臺以標準規(guī)范體系和安全體系作為基礎(chǔ)支撐，由基礎(chǔ)環(huán)境層、數(shù)據(jù)資源層、應(yīng)用支撐層、應(yīng)用系統(tǒng)層4個層次構(gòu)成，分為數(shù)據(jù)審核、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)查詢、評估分析、系統(tǒng)管理4個模塊。以災情數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)庫、遼寧省“水利一張圖”為底圖，共同組合成為遼寧省洪澇災情指標分析復核系統(tǒng)的數(shù)據(jù)資源層，利用Java 語言，spring MVC框架等技術(shù)，實現(xiàn)了洪澇災情數(shù)據(jù)導入、審核、入庫、評估等過程智能化，實現(xiàn)了任意暴雨點在任意半徑內(nèi)的受災情況評估，開拓了災情數(shù)據(jù)由人工復核向智能化復核方式的轉(zhuǎn)變，為更加及時、準確地報送災情數(shù)據(jù)提供了有效依據(jù)。為省、市、縣三級用戶提供了傳統(tǒng)災情統(tǒng)計無法完成的信息處理復核過程。

2.3 洪澇災害智能化監(jiān)測評估技術(shù)研究

洪澇災害監(jiān)測評估是制定減災策略、開展災后評估的重要基礎(chǔ)性工作。目前，遼寧省在洪澇災害監(jiān)測評估領(lǐng)域中開展了諸多工作，例如利用水文站以“點”的形式監(jiān)測洪澇災情相關(guān)的各種因素、利用遠程視頻系統(tǒng)遙測洪災發(fā)生地小范圍的災情等，但區(qū)域尺度上對洪澇災害監(jiān)測評估尚有不足之處。

本研究首先采用高分一號衛(wèi)星WFV數(shù)據(jù)作為水體遙感提取的主要數(shù)據(jù)源，將數(shù)據(jù)進行輻射定標、大氣校正、影像配準、質(zhì)量檢驗、幾何校正等預處理。使用歸一化水體指數(shù)[NDWI=(Green-NIR)/(Green+NIR)](NDWI為歸一化水體指數(shù)，Green為綠波段數(shù)據(jù)，NIR為近紅外波段數(shù)據(jù))進行波段運算，求取每個對象的水體指數(shù)單波段影像文件，通過水體指數(shù)可以增強水體與其他地物的反差，便于水體信息提取。然后利用緩沖區(qū)矢量對幾何校正后的影像進行裁剪，提取單個水體的研究區(qū)域，逐個統(tǒng)計單一研究區(qū)域內(nèi)像元值的最小值和最大值，在0- 255值域內(nèi)定義相應(yīng)對象的水體指數(shù)直方圖，并對直方圖曲線進行平滑處理，以此減弱噪聲的影響。最后通過從整體上分析單個對象的水體指數(shù)直方圖分布特征，以及峰值在直方圖上相對位置分布來確定不同情形下閾值自動尋找方法，完成相應(yīng)對象水體范圍的提取。

遼寧省河流眾多，類型多樣。受氣候條件、地形地貌、土壤、水質(zhì)、水污染等多種因素的影響，水體的光譜特性呈現(xiàn)出不同的表現(xiàn)形式。收集和積累各種典型地物光譜數(shù)據(jù)信息歷來是遙感基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究中不可缺少的一個重要環(huán)節(jié)，研究和分析地物波普特性是發(fā)展遙感信息處理新方法、提高遙感分類識別水平的一個重要步驟。本研究利用TM多光譜影像提供的豐富波譜信息，通過加載河流數(shù)據(jù)，提取了水體的波普曲線，利用SQL SERVER數(shù)據(jù)庫，將每條河流涉及的地物類型、波普曲線、數(shù)值等信息分類，依次入庫，建立了全省50km2以上河流(共計845條)的水體波普庫。該項技術(shù)成功應(yīng)用于基于TM影像、高清航片、無人機影像的2010、2013年“8.16”、2017年“8.03”三次典型洪澇災害的監(jiān)測與評估。研究成果解決了水體遙感反演中閾值固定、針對性差等問題，極大地提高了遙感反演的自適應(yīng)性與精度，提升了應(yīng)對洪澇災害的響應(yīng)速度與應(yīng)變能力，為全省應(yīng)對異常氣候條件下的洪澇災害監(jiān)測評估提供了技術(shù)支撐。

洪澇災情智能化定災技術(shù)研究技術(shù)路線圖如圖1所示。

圖1 洪澇災情智能化定災技術(shù)研究技術(shù)路線圖

3 研究成果

通過對洪澇災情智能化定災技術(shù)研究，建立了全要素、長序列的洪澇災情指標分析數(shù)據(jù)庫，繪制了遼寧省“水利一張圖”，研發(fā)了洪澇災情指標分析復核系統(tǒng)，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)導入、審核、入庫、評估等智能化操作過程；提出了基于歸一化差異水體指數(shù)的直方圖閾值自動分割技術(shù)，全面掌握了省內(nèi)水利光譜信息，實現(xiàn)了全省范圍內(nèi)水體信息在二維尺度的精準反演。極大地豐富、完善、填補了災情初定、復核、監(jiān)測評估等方式方法，為相關(guān)項目的開展提供了技術(shù)支撐，推動了減災策略向科學化、信息化、健康化轉(zhuǎn)變。

(1)研究建立了洪澇災情報送和復核的長效機制，為防汛減災部門及時有效地報送災情信息提供了科學依據(jù)，使災情報送工作有據(jù)可依，為科學評估洪澇災害、防汛搶險、救災決策提供科學依據(jù)。

(2)研究研發(fā)的洪澇災情指標分析復核系統(tǒng)，改變了傳統(tǒng)的工作模式，解決了人工復合數(shù)據(jù)不可避免的問題，最大程度地降低了工作量，極大地提高了工作效率，提升了工作質(zhì)量，為報災、核災提供了新的思維理念與技術(shù)手段，為及時、準確、科學、合理地復核災情信息提供了有效工具。

(3)研究有效地提升了防汛減災部門應(yīng)對洪澇災害的區(qū)域響應(yīng)能力，為跟蹤災情發(fā)展動態(tài)、制定減災策略、客觀評估災后損失等提供技術(shù)支撐，極大程度地減少了人員傷亡和財產(chǎn)損失，經(jīng)濟、社會效益顯著。

4 結(jié)語

洪澇災情智能化定災技術(shù)研究創(chuàng)造性地提出一系列實用、先進的關(guān)鍵技術(shù)，解決了災情復核手段落后、效率低下、正確率不高等技術(shù)難題，面對發(fā)生頻率較高、分布范圍較廣、后果較為嚴重的洪澇災害，能夠?qū)嶋H指導抗災對策的制定，具有較好的應(yīng)用推廣價值。同時，隨著生產(chǎn)力水平提高、科技進步、社會發(fā)展等外力推動，防汛減災工作對于洪澇災情智能化定災技術(shù)研究成果的需求也在與日俱增，因此，需要建立一整套可持續(xù)發(fā)展的更新與維護機制，以保證成果在今后的應(yīng)用中持續(xù)發(fā)揮重要作用，促進全省洪澇災情智能化定災工作長足發(fā)展。