国家应急测绘保障能力建设项目总体技术设计

赵 勇，武 昊，王中祥，朱 杰

(国家基础地理信息中心，北京 100830)

我国是一个自然灾害多发的国家，自然灾害的发生给人们生命、财产安全造成了极大威胁，影响社会经济发展[1]。科学救灾，测绘先行[2]。应急测绘是为各类突发公共事件提供地理信息和现代测绘技术的基础支撑，也是国家突发事件应急体系和综合防灾减灾工作体系的重要组成部分[3]。在以往的应急测绘保障工作中，测绘地理信息在突发事件应急处置和防灾减灾中具有不可或缺的重要作用，成为了解灾情、指挥决策、抢险救灾、应对突发事件的科学工具和基础数据[4-5]。通过及时启动测绘应急保障预案，开展地理信息的已有资料提供、测制更新、统计分析和分发服务工作，达到及时了解地表覆盖、生态环境等方面的变化情况和预测预警信息的目的，是国内外应急测绘保障的实践共识。

在应急测绘技术方面，之前受限于技术水平和灾害环境的影响，研究者主要利用已有的近期测绘地理信息开展灾害地图制作和统计分析工作，但无法反映灾害的实况信息。随着遥感技术的发展，研究者逐渐趋向于获取灾害前后的各种影像分析灾害信息[6-8]。如文献[6]针对欧洲国家，利用遥感技术研究滑坡灾害进行了综述；文献[8]阐述了利用光学影像服务于尼泊尔地震中滑坡灾害监测的经验，指出基于卫星的应急测绘的1个挑战是选择合适时间的影像数据，并且在快速获取数据后应加强政府、科学家和救援小组等组织之间的对话，以最大限度地发挥数据的作用。实际上，卫星有固定的回访周期，难以保障应急测绘的实时调度。因此，许多研究者尝试整合利用志愿者地理信息、无人机、Web服务等多种技术支援救灾[9-15]。如在海地地震中，除了利用常规测绘手段外，文献[9]利用互联网中的志愿者实时标注绘制道路受阻点、待救援点等信息；文献[10]设计了一种基于传感器网络(站点数据和遥感数据)和Web服务的水文灾害近实时监测方法；文献[11]利用无人机监测地震后的次生地质灾害。在应急测绘保障能力建设方面，美国建立了联邦政府、州、市三级应急灾害管理部门。如在应对2018年飓风“迈克尔”时，联邦应急管理局协同美国国家海洋和大气局、美国地质调查局、美国林业局、美国军方等多个部门，利用全球降水测量数据、遥感影像、SAR等信息动态监测飓风演变情况，制作灾害地图和洪水地图[16]。日本成立了1个由政府和社会组织共同参与的应急管理组织小组，以满足国家和地方防灾救灾的需要[17]。

目前我国应急测绘保障工作仍存在许多薄弱环节，主要表现在：组织调度不够灵活畅通，数据获取、处理不够及时有力，设备装备不够先进高效，测绘应急保障的总体水平还有较大的提升空间。就目前而言，建立由多卫星联合导航、灾情信息航天航空测绘、地面车载应急测绘指挥与勘测、应急测绘服务与应用系统及网络化协同支撑环境等先进技术综合应用，贯穿“获取、处理、分析、服务”全过程“天空地”一体的测绘应急技术装备，是国内外提升应急测绘保障能力的主要途径。因此，为进一步提升应急测绘装备水平，全面构建反应快速、协调有序、资源整合、保障有力的全国应急测绘保障能力，国家应急测绘保障能力建设项目于2016年获得国家发展改革委立项批复，项目建设周期为2017—2019年。其主要任务是：在充分利用各部门已有应急测绘装备的基础上，重点加强航空应急测绘、应急现场勘测、影像快速处理、多源数据集成、应急快速服务、应急地图快速制印、应急测绘调度、应急数据传输、应急测绘资源共享等方面的装备建设。

1 应急测绘业务流程分析

围绕突发事件处置对应急测绘成果的需求，应急测绘业务流程可划分为4个环节，分别为现场快速航空应急测绘环节、应急测绘快速处理环节、应急测绘成果快速共享环节、应急前线快速保障服务环节。应急测绘的总体业务流程如图1所示。

1.1 现场快速航空应急测绘环节

实施对突发事件现场的快速航空应急测绘，第一时间获取灾情真实信息，是国家应急测绘首要核心任务。其主要工作是：统筹利用国内已建设的航空应急测绘能力，针对不同突发事件类型，采用适宜的航空遥感技术，快速实施现场信息获取，保障突发事件影响区域的现场图像第一时间快速获取，为突发事件快速处置、科学开展灾情评估、有效实施应急救援提供应急测绘保障。考虑突发事件天气、地形、区域大小等因素，现场快速航空应急测绘需要具备全天时、高效率的获取能力。

1.2 前线快速保障服务环节

重大突发事件发生后，根据国家应急响应，需要立即派遣国家应急测绘保障分队开赴应急现场，为前线应急指挥部、前线救援力量提供应急测绘保障，包括前线地面信息采集和次生衍生灾害监测工作，快速处理制作重点区域大比例尺地形图数据、次生灾害监测数据等灾情信息数据及应急专题图纸质图件等应急测绘产品，保障前线应急指挥、生命线抢修抢通、工程抢险救援、人员搜救、人员安置建等工作的顺利开展。

1.3 应急测绘数据快速处理环节

通过现场航空应急测绘获取的大量原始影像资料，必须经过测绘技术处理后才能被各应急部门使用。受应急突发事件处置时效的要求，应急测绘快速处理需要尽可能缩短处理时间。因此，应测绘快速处理需要建立集成化的高效处理能力，快速生产出不同应急阶段所需要的应急测绘产品，包括应急地图、应急测绘数据、应急服务平台等内容，为党中央国务院有关领导、国家应急管理部门、各专业应急部门进一步分析研判受灾情况，科学调度救援力量提供应急测绘服务保障。

1.4 应急测绘成果快速共享环节

通过应急测绘资源共享节点，综合利用有线、无线网络传输手段，构建覆盖全国、涵盖应急测绘各个环节的应急测绘资源数据共享网络。一方面能够统筹利用省区应急测绘资源和各部门获取的现场多源信息，建立国家应急测绘资源数据库，为国家应急测绘保障提供一体化、集成化、标准化的数据基础；另一方面建立共享交换平台，为面向党中央国务院和应急管理部门的快速、高效、畅通的应急测绘服务保障。

2 应急测绘数据流程分析

根据所利用的应急测绘数据情况，可将应急测绘服务类型分为以下几种：基于已有应急测绘资源的保障服务、基于应急现场卫星影像的测绘保障服务、基于应急现场航空遥感影像的测绘保障服务、基于应急前线地面勘测的保障服务等。国家应急测绘响应根据突发事件的类型和等级，选择利用上述一种或多种服务类型，及时开展应急测绘保障服务工作。上述4种应急测绘服务类型的数据流程如图2所示。

2.1 基于应急测绘资源共享的保障服务数据流程

利用应急测绘资源共享的国家应急基础底图数据库、省区应测绘数据、部门现场遥感资源、在线政务/公众平台等，在接到应急测绘指令后，立即开展三方面的应急测绘服务保障工作。一是开通应急测绘成果提供绿色通道；二是进行应急决策测绘地理信息成果生产；三是在应急测绘政务和公众平台中加载应急测绘数据、更新成果服务。把收集、生产制作的各类专题图、数据成果，以及应急测绘资源目录数据紧急加载在政务应急测绘平台中，及时向各有关部门详细告知测绘地理信息部门现有的应急测绘成果数据情况。

2.2 现场卫星影像获取及保障服务数据流程

卫星遥感影像是应急测绘的重要数据成果之一。对于需要利用遥感卫星技术手段进行突发事件现场信息及时采集的应急测绘工作，在接到应急测绘指令后，一方面及时进行国产卫星影像获取编程，调整卫星姿态，快速采集突发事件区域的卫星影像；另一方面及时联系国外商业卫星资源，进行紧急编程，最大限度地获取现场的各类卫星影像资源。其主要开展四方面工作：一是快速处理制作影像速报图；二是快速生产应急测绘数据产品；三是制作灾情提取分析产品；四是生产应急重建规划数据产品。

2.3 现场航空影像获取及保障服务数据流程

航空摄影是获取应急现场全面、翔实信息的最重要技术与手段，对于重大突发事件，几乎全部都需要现场的高分辨率航空影像资料，以便快速得到现场真实、详细的破坏情况。主要包括以下几个数据处理环节：一是突发事件区域航空摄影；二是在国家航空应急测绘基地进行无人机影像的快速处理；三是进行应急指挥救援用途的应急测绘成果生产；四是进行应急地理信息提取与分析；五是进行全方位应急保障服务；六是对应急测绘成果进行建库管理与成果安全备份。

2.4 应急前线地面勘测保障服务数据流程

对于需要提供现场应急测绘保障的突发事件，国家应急测绘保障分队在接到指令后，迅速集结相关队员，在检查、测试完装备，并准备好现场的已有应急测绘成果后，第一时间开赴应急前线，为应急前线指挥部和前线救援力量提供现场地面勘测保障服务。其主要开展三方面的工作：一是快速组织现场勘察测量与服务保障工作；二是紧急恢复突发事件区域的大地基准服务；三是保障分队应急测绘资源共享。

3 应急测绘总体架构设计

根据应急测绘业务流程分析，可以将国家应急测绘保障能力建设项目的主要建设内容划分为4部分：国家航空应急测绘能力建设、国家应急测绘保障分队能力建设、国家应急测绘中心能力建设和国家应急测绘资源共享能力建设。其总体架构如图3所示。

3.1 国家航空应急测绘能力建设

由中航时固定翼无人机航空应急测绘系统、短航时固定翼无人机航空应急测绘系统和无人直升机航空应急测绘系统组成，重点解决对突发事件现场信息不能快速、全面、动态获取的问题，提高突发事件现场影像的快速获取能力和机动获取能力。有人机航空应急测绘系统充分利用军地各部门现有资源，不再建设。

3.2 国家应急测绘保障分队能力建设

由应急勘测多功能工作方舱、应急勘测生活保障车、分队应急数据资源存储管理系统组成，重点解决国家应急测绘前线勘测装备的标准化、集成化、高效化问题，提高应急测绘队伍的综合保障能力和快速保障能力。常规测量仪器设备利用已有资源，不再建设。

3.3 国家应急测绘中心能力建设

由应急测绘快速处理、应急地图快速制印、应急测绘快速服务、应急测绘存储支撑、应急测绘调度等系统组成，重点解决为党中央、国务院、各应急管理和救援部门提供应急测绘保障服务能力不强、手段单一的问题，提高应急测绘数据快速处理、高效管理及多元化服务的能力。

3.4 国家应急测绘资源共享能力建设

由国家应急基础底图数据库系统、应急测绘资源数据共享平台及应急测绘数据快速传输网络等组成，重点解决目前国家应急测绘资源数据共享不畅、不快、重复的问题，提高各应急测绘资源共享节点的实时在线共享能力和按需共享能力。

4 应急测绘系统接口设计

根据上述总体架构，国家应急测绘保障能力建设项目各系统之间的流程如图4所示。

(1) 应急测绘调度系统作为应急测绘的中枢，向其他系统下达应急测绘指令，并接收应急测绘任务完成情况的反馈。同时，应急测绘调度系统接收共享平台的底图数据、航空应急测绘系统的实时视频数据、应急前线现场勘测系统的急需影像数据等，并与前线开展视频会商。

(2) 应急测绘数据快速传输网络是应急测绘能力组成的联系纽带，为其他系统提供支撑环境。

(3) 应急测绘存储支撑系统为应急测绘快速处理系统、应急地图快速制印系统、应急测绘快速服务系统、国家应急测绘资源数据共享平台提供备份和存储环境。

(4) 有人机航空应急测绘系统、中航时固定翼无人机航空应急测绘系统、短航时固定翼无人机系统和无人直升机航空应急测绘系统作为现场信息获取的主要来源手段，在应急测绘调度系统的指令下，利用国家应急测绘数据快速传输网络传输影像和成果数据至国家应急测绘资源数据共享平台和应急测绘调度系统。

(5) 应急前线现场勘测系统接收应急测绘调度系统的指令和应急预案，获取现场地面信息，并接收无人直升机传输的航空遥感影像和成果数据，基于保障分队应急数据资源存储管理系统的预装数据对现场勘测信息进行处理与存储，利用国家应急测绘数据快速传输网络将现场获取的数据反馈至国家应急测绘资源数据共享平台，利用国家应急通信网络将现场视频图片车辆人员信息、急需影像数据传输给应急测绘调度系统，同时，通过国家应急通信网络实现与应急测绘调度系统的在线视频会商。

(6) 保障分队应急数据资源存储管理系统用于存储保障区域的基础测绘数据和基础底图数据，为应急前线现场勘测系统提供底图支撑；同时为前线现场勘测数据提供存储支撑；此外还可以作为省区应急测绘资源节点，接入国家应急测绘资源数据共享平台。

(7) 应急测绘快速处理系统根据应急测绘调度系统的指令，一方面从已有的ZY-3卫星影像数据库、基础地理信息库、地理国情信息库等数据库中获取灾前卫星影像数据和基础地理信息数据，另一方面通过国家应急测绘资源数据共享平台获取有人机航空应急测绘系统、中航时和短航时固定翼无人机航空应急测绘系统、无人直升机航空应急测绘系统得到的现场应急影像和应急前线现场勘测系统采集的数据，并传输到系统内进行处理，完成应急测绘成果生产后，再通过网络提供给国家应急测绘资源数据共享平台，为应急测绘快速服务和快速制印系统提供应急成果数据。

(8) 应急测绘快速服务系统根据应急测绘调度系统的指令，利用国家应急测绘数据快速传输网络，通过国家应急测绘资源数据共享平台获取应急测绘成果数据和服务，对外提供在线应急测绘地理信息服务。

(9) 应急地图快速制印系统根据应急测绘调度系统的指令，接收国家应急测绘资源数据共享平台提供的应急测绘本底数据、现场影像信息，通过处理生成应急测绘专题图，直接提供云打印地图服务或通过国家应急测绘资源数据共享平台对外提供电子地图服务。

(10) 国家应急测绘资源数据共享平台负责系统内部和外部的数据共享和交换，对应急测绘本底数据、现场应急测绘数据、系统生产成果等进行集成管理，管理的数据对象包括有人机航空应急测绘系统、中航时和短航时固定翼无人机航空应急测绘系统、无人直升机航空应急测绘系统获取的航空应急测绘原始影像，应急测绘快速处理系统和快速制印系统处理得到的服务不同应急阶段的测绘成果，地理信息提取与分析成果，应急前线现场勘测系统采集和处理的成果等。并根据应急测绘调度系统的指令，将上述应急测绘成果向国务院应急办、灾情评估管理部门、其他部委应急部门等提供成果分发服务。

(11) 国家应急测绘基础底图数据库系统存储应急电子地图、应急专题数据等内容，并根据应急测绘调度系统的指令，通过共享平台为应急地图快速制印系统、应急测绘快速服务系统提供底图数据。

5 结 语

当前，国家应急测绘保障能力建设项目的主体内容已基本完成采购工作。根据上述设计内容，项目建成后，预计将形成起飞后4 h可抵达我国80%陆地及沿海重点区域的现场影像获取能力，以及2 h提供应急分析指挥用图、12 h提供第一批现场应急测绘成果、7×24 h不间断在线应急测绘服务的处理与分发服务能力，实现突发事件“第一时间”现场信息快速获取、分析、处理与高效服务，将应急测绘保障的整体响应效率提高3～4倍。

应急测绘工作是一项系统性工程，责任重大，任务艰巨，社会关注度高。国家应急测绘保障能力建设项目的实施对于提升应急测绘装备的整体水平意义重大。然而，从全面构建先进的现代应急测绘保障体系角度而言，还需要进一步加强顶层设计，研究面向新型装备的应急测绘基本技术流程，完善数据获取、处理、共享与服务的相关技术标准和规范，推进应急测绘机制和人才队伍建设。