基于自然資源云的地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警平臺設(shè)計

編者按：本文在充分調(diào)研地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警需求的基礎(chǔ)上，基于云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)和人工智能技術(shù)，設(shè)計了基于自然資源云的地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警平臺，以更高的數(shù)據(jù)可靠性、更好的系統(tǒng)兼容性、更加有效的預(yù)警模型為目標(biāo)，為政府相關(guān)部門科學(xué)決策、高效有序的地質(zhì)災(zāi)害防治，提供一套示范性解決方案。

地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警應(yīng)按照“大統(tǒng)籌、大數(shù)據(jù)、大融合、大服務(wù)”總體思路，需要充分運用云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等新一代信息技術(shù)，集成整合地質(zhì)災(zāi)害三維信息平臺和應(yīng)急處置系統(tǒng)，建成更加先進、實用、高效的“地災(zāi)監(jiān)測預(yù)警平臺”，全面實現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害防治數(shù)據(jù)、監(jiān)測預(yù)警、指揮調(diào)度等。

總體架構(gòu)設(shè)計

平臺架構(gòu)遵循模塊化、組件化的設(shè)計思想，消除當(dāng)前地質(zhì)災(zāi)害防治各個業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫邊界，構(gòu)建統(tǒng)一的數(shù)據(jù)邏輯關(guān)系。省地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警平臺從邏輯架構(gòu)上可分為：基礎(chǔ)環(huán)境層、數(shù)據(jù)資源層、應(yīng)用服務(wù)層、用戶對象層、標(biāo)準(zhǔn)體系及安全體系。

圖1 地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警平臺總體架構(gòu)圖

平臺總體架構(gòu)如圖1 所示。

平臺充分集成和應(yīng)用分布式、云計算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，以“自然資源云”為平臺底座，實現(xiàn)全省地質(zhì)災(zāi)害信息縱橫聯(lián)通和深度融合。

核心子系統(tǒng)設(shè)計

1.地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)匯聚子系統(tǒng)

數(shù)據(jù)匯聚子系統(tǒng)是基于分布式信息資源管理模式和統(tǒng)一的信息資源目錄，對分布式、多比例尺、異構(gòu)性、海量的地質(zhì)災(zāi)害隱患點數(shù)據(jù)、監(jiān)測預(yù)警、指揮調(diào)度和項目管理等信息進行整合與綜合管理，實現(xiàn)空間地質(zhì)災(zāi)害防治專題數(shù)據(jù)的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一服務(wù)。

（1）數(shù)據(jù)采集對象

①全省重要地質(zhì)災(zāi)害隱患點

利用無人機正射航測系統(tǒng)實施1：2000 影像外業(yè)數(shù)據(jù)采集；利用無人機傾斜攝影測量系統(tǒng)，對人口聚集度高、安全隱患大的街道/集鎮(zhèn)相關(guān)的典型地災(zāi)隱患點實施無人機傾斜影像外業(yè)數(shù)據(jù)采集，并完成全省1:2000 高精度正射影像圖的制作和地質(zhì)災(zāi)害隱患點實景三維模型制作。

②三維建筑模型

根據(jù) DSM 確定的建筑物體塊構(gòu)模而成，模型的表層以高分辨率攝影斜視紋理或者地面拍攝照片表現(xiàn)；建筑物三維體塊模型全面完整，體量要求與1:2000 地形圖對應(yīng)，其平面精度中誤差不超過1:2000 地形圖；模型高度應(yīng)與建筑實際高度保持一致的比例，建筑物模型高度誤差不超過10%。

③三維地形景觀

利用影像數(shù)據(jù)、地形數(shù)據(jù)結(jié)合構(gòu)建三維地形景觀，對高精度正射影像、實景三維模型、全景圖像和視頻等多源數(shù)據(jù)融合加載，實現(xiàn)高精度三維數(shù)據(jù)的空間展示與分析，使用戶通過信息系統(tǒng)查看該地區(qū)的二/三維結(jié)合、靜態(tài)/動態(tài)結(jié)合的空間信息與屬性信息。

（2）數(shù)據(jù)采集工作流程

①像控點測量

根據(jù)高分辨率影像和踏勘結(jié)果，內(nèi)業(yè)組織討論像控點的數(shù)量和圖上分布位置，攜帶相關(guān)設(shè)備，在野外進行像控點布設(shè)；完成布設(shè)后，使用移動站RTK 進行測量。布設(shè)和測量可以同時進行；完成以上工作后，整理相關(guān)文檔和資料。

②航空攝影

根據(jù)測圖精度要求、航測區(qū)域特征，對航向重疊率，旁向重疊率，飛行具體區(qū)域等進行設(shè)計，選擇適合航測區(qū)域天氣特征，進行外業(yè)航攝實施，并對于相片的旋偏等重要指標(biāo)進行現(xiàn)場核查，確定數(shù)據(jù)的有效性、完整性。

③內(nèi)業(yè)成圖

在現(xiàn)場初步整理和檢查的基礎(chǔ)上，對于航攝相片進行預(yù)處理校正。利用后處理軟件CC、PIX4FD 等進行空三加密，對于生產(chǎn)的DSM 模型或TIFF 數(shù)據(jù)，利用EPS 軟件及CASS 軟件進行二維或者三維矢量化。

④外業(yè)調(diào)繪及補測

對于航測區(qū)域的地塊屬性進行調(diào)查，相關(guān)地物進行調(diào)繪。針對航測情況，設(shè)計可能需要補測，同時對于內(nèi)業(yè)結(jié)果和外業(yè)成果進行整理、修改。

2.地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)

數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)需考慮與業(yè)務(wù)系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交互，與應(yīng)急、消防、氣象、水利等部門的業(yè)務(wù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和交換，并可分層級擴展在市級單位部署下級平臺，或是通過互聯(lián)方式與市級平臺進行對接，整合形成全省范圍的地質(zhì)災(zāi)害共享大數(shù)據(jù)。

（1）統(tǒng)一基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

通過前置庫方式對接全國地質(zhì)災(zāi)害信息平臺，共享全省地質(zhì)災(zāi)害隱患點基本信息、全景影像以及預(yù)警信息；通過WebService 服務(wù)的方式共享省氣象局、水文局雨量數(shù)據(jù)信息；采用數(shù)據(jù)推送方式，將地質(zhì)災(zāi)害防治相關(guān)統(tǒng)計信息推送至省自然資源綜合統(tǒng)計與決策支持系統(tǒng)共享，將地質(zhì)災(zāi)害防治項目等監(jiān)管信息推送至省自然資源綜合監(jiān)管與監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)共享，將地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警信息通過省政務(wù)數(shù)據(jù)共享交換服務(wù)平臺與安徽省應(yīng)急管理信息系統(tǒng)共享交換數(shù)據(jù)。

（2）動態(tài)消息交互

采用動態(tài)消息交互機制，為海量數(shù)據(jù)隊列推送給應(yīng)用程序提供信息發(fā)送和接收的數(shù)據(jù)總線，消息被接收之前都可安全保存。實現(xiàn)移動APP 與后臺無線網(wǎng)絡(luò)通訊，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)信號出現(xiàn)抖動時，消息交互機制能夠支持斷點推送。網(wǎng)絡(luò)信號差時，消息保持在隊列中，信號正常后，消息立即推送到移動APP。

3.地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警子系統(tǒng)

監(jiān)測預(yù)警子系統(tǒng)系統(tǒng)根據(jù)我省地質(zhì)災(zāi)害防治新需求，實時接入氣象實況雨量、雷達圖、云圖、氣象預(yù)報雨量等數(shù)據(jù)信息，動態(tài)的對雨量數(shù)據(jù)進行監(jiān)測管理，動態(tài)推送預(yù)警及預(yù)報信息，提高地質(zhì)災(zāi)害氣象風(fēng)險預(yù)警的準(zhǔn)確性。同時，能夠?qū)崿F(xiàn)一鍵式地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)警并基于預(yù)警結(jié)果進行綜合分析，提高氣象預(yù)警信息服務(wù)能力。

（1）一鍵式預(yù)警

實現(xiàn)對地質(zhì)災(zāi)害氣象風(fēng)險預(yù)警信息的一鍵式快速發(fā)布及共享，能夠通過短信、網(wǎng)頁、微信等多種途徑實現(xiàn)實時預(yù)警結(jié)果信息的推送，及時發(fā)布預(yù)警信息，提高信息處理效率。

（2）預(yù)警綜合分析

基于地質(zhì)災(zāi)害氣象風(fēng)險預(yù)警結(jié)果疊加地質(zhì)災(zāi)害隱患點等相關(guān)信息，能夠?qū)崿F(xiàn)對災(zāi)害點及行政區(qū)信息的統(tǒng)計和綜合分析，為地質(zhì)災(zāi)害防治決策提供信息服務(wù)支撐。

（3）地質(zhì)災(zāi)害防治“一張圖”

集成地質(zhì)災(zāi)害防治相關(guān)隱患點信息，以地質(zhì)災(zāi)害基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)為依托，分層疊加不同比例尺基礎(chǔ)地理、基礎(chǔ)地質(zhì)、災(zāi)害地質(zhì)等信息，在三維環(huán)境下實現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害巡查、應(yīng)急調(diào)查專題業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、集成地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)分區(qū)圖、地質(zhì)災(zāi)害危險分區(qū)圖、地質(zhì)災(zāi)害規(guī)劃分區(qū)圖等相關(guān)的基礎(chǔ)信息、專業(yè)屬性信息和空間信息的一體化管理和信息服務(wù)，為相關(guān)人員提供全面、立體、形象的地質(zhì)災(zāi)害防治信息的展示媒介。

（4）災(zāi)情綜合分析

通過移動端APP 采集災(zāi)害現(xiàn)場信息傳送至WEB 端，便于第一時間內(nèi)掌握災(zāi)害現(xiàn)場情況，為地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急指揮提供決策支持。實現(xiàn)災(zāi)情上報信息管理，包括災(zāi)情基本信息和災(zāi)情現(xiàn)場信息，其中災(zāi)情基本信息包括災(zāi)害類型、災(zāi)害名稱、經(jīng)緯度、區(qū)域位置（市、縣、鄉(xiāng)鎮(zhèn)、村）等；災(zāi)情現(xiàn)場信息包括災(zāi)情上報說明、傷亡情況、房屋損壞情況、險情現(xiàn)場照片等。

（5）匯水分析及可視化

利用地質(zhì)災(zāi)害高精度三維空間數(shù)據(jù),構(gòu)建面向可視化與匯水分析統(tǒng)一表達地質(zhì)災(zāi)害隱患點三維模型,開展匯水要素約束下的山洪匯水分析，滿足三維模型可視化與可分析的雙重需求。

總結(jié)

本文基于省自然資源云，以地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)匯聚子系統(tǒng)、地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)、地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警子系統(tǒng)為主要建設(shè)內(nèi)容，設(shè)計了地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警平臺，為全省地質(zhì)災(zāi)害防治業(yè)務(wù)應(yīng)用提供統(tǒng)一基礎(chǔ)設(shè)施、數(shù)據(jù)資源及共性服務(wù)，實現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害防治信息化建設(shè)的高效、集約。

下一步，在平臺推廣的過程中，需進一步解決應(yīng)用系統(tǒng)分散、獨立等問題，統(tǒng)籌調(diào)查評價、監(jiān)測預(yù)警、調(diào)度指揮、項目管理等地質(zhì)災(zāi)害防治業(yè)務(wù)體系，形成工作閉環(huán)，為地質(zhì)災(zāi)害防治科學(xué)決策提供更加高效地支撐。