国家应急测绘前线勘测系统设计与建设

毕 凯，王中祥，武 昊，朱 杰，张蓉晖

(国家基础地理信息中心，北京 100830)

前线勘测是应急测绘工作的重要组成部分，是获取第一手灾情信息的重要手段。汶川地震以来，国家高度重视应急测绘前线勘测工作，《国家突发事件应急体系建设“十二五”规划》中就明确要求建设一支专业的前线应急测绘保障国家队，队伍装备配备达标率85%以上，在接到特别重大突发事件处置指令后8 h可达到现场，具备72 h野外生活保障能力。

对比规划要求，当前的国家级应急测绘前线勘测能力还存在着明显短板[1-6]：一是勘测设备老旧、功能单一、性能低，缺乏快速获取滑坡体三维信息和地下空间设施测量等工作的高性能、专业化的外业测量技术装备；二是集成化程度低，且机动性能差，尽管已经具备了一些数据获取、数据处理、图件输出和数据传输的能力，但各类型设备零散，缺乏整体化、一站式、可随时机动的应急测绘前线勘测技术装备和生活保障装备；三是任务覆盖面窄，仅能覆盖某一地区，缺乏能覆盖全国的应急测绘前线勘测队伍。因此，现阶段急需专业性强、集成化程度高、机动性好的国家级应急测绘前线勘测技术装备，建设国家级应急测绘前线勘测装备队伍，满足应急测绘前线勘测的工作需要。

本文针对当前应急测绘前线勘测的实际问题，围绕应急测绘前线勘测的任务需求，设计了一套国家应急测绘前线勘测系统，介绍了该系统的总体技术设计和工作流程设计，总结了其主要成果及技术指标，形成了一套可覆盖全国范围、满足多种突发事件应急测绘，并涵盖勘测数据获取—数据处理—成果传输—现场制图输出—现场服务—现场生活保障等应急测绘全流程的一站式、一体化的应急测绘前线勘测技术装备，为构建国家级应急测绘保障体系奠定了基础。

1 任务需求分析

在地震、山体崩塌、滑坡、泥石流、洪涝、矿山事故、环境污染、生态破坏等特别重大、重大突发事件发生，或收到一级、二级突发事件警报信息、宣布进入预警期后，国家应急测绘保障领导小组发出Ⅰ级响应指令，统筹管理及调度相关人员携带设备赴突发事件现场，实施前线勘测保障服务[7-8]。其主要开展3个方面的工作：

(1) 提供空间定位基准及位置服务保障，紧急恢复突发事件区域的大地基准服务，及时进行临时基准站建设，保障各类救援力量所使用的测绘与导航装备能得到高精度的定位成果。

(2) 快速高效开展应急前线现场信息采集与测量。根据应急前线指挥部门、救援部门的各种需要，利用应急测绘装备，快速实施重点地段的三维数据采集、局部大比例尺地形图测绘、危险体(源)监测、地下测量、轻小型无人机航摄等，及时获取得到应急前线重点地区、重点地段的各类现状信息。形成视频、影像、激光点云、GNSS观测数据等成果，快速在应急前线进行数据处理，及时形成能够满足前线应急指挥、救援、基础设施抢通等工作需要的各类应急测绘数据、报告、图件等。

(3) 在抢险救援、道路抢通、灾情评估、人员安置、重建规划等各个应急响应时段内，为前线指挥部、各类救援力量提供及时、准确的地理信息服务，包括基于影像特征的地理空间信息应急服务、各类图纸图件的快速打印输出等。同时搭建快速网络传输通道，将获取的重要前线应急测绘成果，以及不能够在应急前线完成的应急测绘原始数据，通过有线、无线、离线手段传输至国家应急测绘中心，通过国家应急测绘处理平台、服务平台开展有关数据处理与服务工作，并及时接受国家应急测绘指挥中心下达的应急测绘任务或进行远程会商等。

2 总体技术设计

按照规范性、可靠性、先进性、可扩展性、先进行、实用性等原则，从系统功能设计着手，优化应急测绘前线勘测工作流程，确定系统组成，分析与应急测绘其他环节和系统的接口关系，完成国家应急测绘前线勘测系统的总体设计。

2.1 系统功能设计

根据应急测绘前线勘测的任务需求，应急测绘前线勘测系统需具备运载、现场信息采集与测量、前线数据处理、应急地理信息服务、数据传输、图纸图件输出和远程会商的功能。具体见表1。

表1 国家应急测绘前线勘测系统功能

2.2 工作流程设计

应急测绘前线勘测工作以为国家应急前线指挥部、国家应急前线救援力量提供应急测绘保障与服务为目标，形成分工合理、流程畅通的前线勘测工作流。根据系统总体功能和实际作业需要，设计了应急测绘前线勘测的工作流程，具体如图1所示。

(1) 接收应急指令做好出发前准备，包括人员集结、设备检查、车辆检查和应急基础数据准备，按照保障区域将灾区应急基础数据提取至应急勘测多功能工作方舱中。完成准备工作后，应急测绘前线勘测系统开赴现场。

(2) 到达现场，根据应急前线指挥部和国家应急测绘中心的指令开展应急测绘前线勘测工作，并通过视频系统及时汇报沟通应急状况，接收新的应急指令。

(3) 根据灾种的不同和受灾程度，开展应急基准恢复、地形测量与工程测量、形变监测、三维信息采集与测量、小面积航空灾情信息采集与测量、地下设施测量等工作。同时向国家应急前线指挥部、国家应急前线各专业救援力量提供在线、离线的应急地理信息服务。

(4) 利用数据处理设备，结合灾前数据成果，对现场获取的数据就地处理，形成应急测绘数据产品、专题图产品等应急前线测绘保障成果及灾情专题分析报告，以在线提供或离线数据拷贝的形式提供给国家应急前线指挥部、国家应急前线各专业救援力量使用。

(5) 提取急需的应急勘测原始数据、成果数据、重要数据，以及现场视频、图片和勘测人员、车辆状态信息，通过卫星通信传输至国家应急前线指挥部、国家应急前线各专业救援力量和国家应急测绘中心应急指挥调度系统，并与国家应急测绘中心应急指挥调度系统、国家应急前线指挥部等保持视频会商、进展通报和重要信息采集上报。

(6) 将应急测绘数据产品、专题图产品等应急前线测绘保障成果及灾情专题分析报告现场打印为图纸，提供给国家应急前线指挥部及国家应急前线各专业救援力量使用。

(7) 应急测绘前线勘测任务完成后，将前线应急服务过程中存储的灾区应急前线现场勘测成果整理入库至保障分队应急资源数据存储管理系统， 由该系统通过电子政务内网与国家应急测绘资源共享平台保持日常数据的更新维护。

2.3 系统组成与接口设计

依据应急测绘前线勘测的工作内容、成果类型等的需求，设计了一套国家应急测绘前线勘测系统，该系统由一台前线勘测多功能工作方舱和一台前线勘测生活保障车组成。按照系统总体功能设计要求，将应急勘测多功能工作方舱细化成7个分系统[9]，具体组成如图2所示。

考虑应急测绘前线勘测系统与国家应急测绘中心、机动至前线的国家航空应急测绘系统、省级应急测绘中心、国家应急前线指挥部、国家应急前线救援力量的数据流转，设计了系统间接口[10]，接口设计如图3所示。

3 分系统技术设计

3.1 运载平台

主要承担国家应急测绘保障分队前线勘测设备的运载任务，为开展应急测绘前线勘测数据处理、传输、会商等提供工作环境保障。运载平台的选型重点考虑安全性、越野性、稳定性和小型化等因素，选择各方面性能均突出的德国MAN二类底盘进行改装。开展温控子系统、供电子系统、通风照明子系统、安全监控子系统选型与改装，形成满足应急测绘要求的可靠的应急测绘前线勘测运载平台。

3.2 前线勘测设备

包括常规测绘使用的GNSS、单兵图传、全站仪、水准仪、轻小型无人机等利旧设备，以及超战仪、长测程三维激光扫描仪、短测程三维激光扫描仪、探地雷达、远程微变监测系统(地基InSAR)等专业化、高精度前线勘测设备[11]，设备组成如图4所示。

3.3 前线数据处理

包括无人机影像处理、点云数据处理，其他勘测数据处理软件，以及加固型高性能图形处理工作站、加固型服务器、加固型磁盘阵列、万兆以太网交换机等处理硬件。

3.4 前线数据传输

包括车载静中通卫星通信设备和通信保障设备两部分[12]。经过卫星参数、车载站天馈、主站天馈、天线晴天链路余量、信息带宽、转发器带宽等计算卫星链路，1.2 m车载天线，功放功率25 W能满足语音业务最大可达64 Kbps/路、数据业务最大可达8192 Kbps/路、视频业务最大可达2048 Kbps/路的实时通信能力。

卫星电话、短波通信设备、4G网络接入设备、超短波集群通信设备和语音综合管理平台等通信保障设备可确保在各种环境下实现远程实时通信。语音综合管理应用如图5所示。

3.5 应急地理信息服务

主要为一套基于影像特征的地理空间信息应急服务软硬件管理保障区域范围基础地理空间数据。以7×24 h应急地理信息数据库为支撑，以三维立体方式直观浏览地形地貌，显示地理空间位置、各级道路的通达情况，以及河流、水库的分布；通过基于三维系统的空间查询，从多比例尺度掌握各类应急资源的空间分布及其救灾人力、物资储备状况，为灾前预警分析、灾中紧急救助应急勘测调度、灾情评估、灾后重建提供辅助决策支持[13-15]。

3.6 现场图纸图件输出

包含应急基础数据快速制印软件和B0幅面绘图仪[16]。利用软件处理出图所需的电子数据，利用制图输出设备打印输出各类型图纸、图表、灾情影像镶嵌图、灾情专题影像图等电子数据成果。

3.7 远程视频会商

包括视频采集、显示、音视频切换、录音录像和集中控制等设备，主要用于应急勘测前线与国家应急测绘中心、前线应急指挥部、其他部门应急指挥系统(平台)进行视频会商。

3.8 野外生活保障

集成通信、应急电源供应、宿营、饮食、盥洗等功能的生活保障车，适应高海拔、高低温等环境，能够在第一时间赶赴应急现场，保障10人72 h的野外生活需要。

3.9 集成设计

重点考虑音视频信号、射频信号、控制信号、数据信号的流转，各分系统间的信号流与数据流设计如图6所示。

(1) 前线数据传输：静中通卫星天线与卫星调制解调器通过射频口连接，调制解调器通过网口连接路由交换设备，接入局域网，实现视频会商、现场视频、图片等数据的调制解调。语音管理平台将多种语音方式集成在1个语音通信平台上，通过网口、PSTN口等与超短波车载台、短波电台、VOIP语音网关、电话机、4G网络接入终端连接。

(2) 远程视频会商：通过网口、视频口与前线数据传输设备连接，实现视频信号传输。音视频切换设备通过HDMI、BNC等音视频口连接车内视频会商摄像机、车顶前后高清摄像机、视频会议终端、单兵接收机、调音台，接入车内音视频信号，通过HDMI接口连接多联显示器实现视频切换显示，通过HDMI、BNC接口连接视频会议终端和音视频编解码器，实现会商视频、现场视频输出。

(3) 应急地理信息服务：服务平台部署前线应急基础数据库管理软件，通过网口接入车内局域网，发送应急基础数据，接收应急勘测原始数据、应急勘测处理成果。

(4) 现场图纸图件输出：通过网口接入车内局域网，实现应急基础数据、应急勘测处理成果图打印出图。

(5) 前线数据处理：高性能图形处理工作站部署无人机、点云等数据处理软件，通过U口、SATA口读取外部应急勘测数据，实现数据交换。数据管理服务器通过HBA口与磁盘阵列连接，通过网口连接车内局域网，实现数据交换，完成应急基础数据、应急勘测专题成果存储。

4 主要成果及技术指标设计

国家级应急测绘前线勘测系统能按照应急救援的不同阶段提供不同的成果，与现有能力相比，系统形成的成果更加丰富，性能指标有较大提升。

(1) 响应速度：2 h内可完成前线应急数据准备、设备准备、人员集结；在通达条件允许的情况下，通过自身装备能力，必要时借助外部力量，8 h可到达现场。

(2) 前线现场勘测与数据处理能力：具备应急基准恢复、地形测量、形变监测、三维信息采集与专题制图、小面积航空灾情信息采集与测量、地下设施测量的能力。支持地震、地质灾害、气象、洪涝、森林大火等多种突发事件。每套系统可支持10人以上专业测绘队伍同步开展各项应急测绘工作。

a. 4 h内搭建完成应急流动基准站系统，并提供24 h不间断CORS服务，服务保障面积不小于1000 km2；15 d内搭建完成应急临时基准站系统，20 d内提供服务，服务保障面积不小于10 000 km2。

b. 1 h可完成30 km2的重点区域灾情航空遥感影像，影像分辨率0.05～0.3 m。

c. 3 h可完成1 km2灾害区域点云数据采集，3 h内完成点云数据处理并输出初步成果，包括生成等高线、计算土石方量、生成各种剖面图和三维模型等。

d. 48 h内提供满足道路、水利、电力、通信设施等各种抢险工程所需的距离、高度、宽度、面积、范围等工程测量数据，以及满足现场救援要求的重点局部大比例尺地形图。

e. 可连续72 h作业，对高危地质灾害隐患点形变趋势进行实时高精度的监测；可同时连续对4个目标进行形变监测。

f. 3～7 d内提供满足临时安置工程建设，道路、通信等重要基础设施紧急恢复，次生灾害防治与普查、疫情防治等的需要局部区域1∶500—1∶1000比例尺地形图、影像图、专题图、各类工程施工测量图等。

g. 2～3个月内提供满足重建规划需求1∶500—1∶2000比例尺重建规划图、三维实景影像、三维可视化影像地图等。

(3) 前线应急地理信息服务能力：构建全国范围的应急三维地理信息数据库，包括遥感影像、数字高程模型、地名、行政境界、路网水系等基础地理信息框架，满足7×24 h连续长时间无故障的高效运行。

(4) 前线数据传输能力：卫星实时通信的语音业务最大可达64 Kbps/路、数据业务最大可达8192 Kbps/路、视频业务最大可达2048 Kbps/路。

(5) 前线图纸图件保障能力：打印图件幅面不小于112 cm，制图输出效率达到50 m2/h。

(6) 远程视频会商能力：可在全国范围内视频会商，视频图像清晰稳定、声音清晰。

(7) 野外生活保障能力：10人72 h野外运输、炊事、净水、盥洗、淋浴、宿营和野外安全监控等自我生活保障。

5 建设数量与布局

系统优先考虑已有测绘技术装备、应急测绘保障人员配置和应急测绘保障经验等情况，首要保证应急测绘保障工作覆盖全国陆地国土范围；其次，保证能在第一时间达到现场开展突发事件应急前线勘测任务。因此，布局设计时以自然资源部直属测绘地理信息局为依托，组建3支国家级应急测绘保障分队，从保障区域、人员储备、分布式布局等方面出发，在3支国家应急测绘保障分队之下设立了若干支应急测绘保障小队，以提高极端情况下突发事件“第一时间”现场信息快速获取、分析、处理、服务和共享能力。每支国家级应急测绘保障分队按照二级应急响应的级别构建相关硬软件装备，负责一定范围内应急前线勘察测绘相关工作。当发生一级应急响应时，调动一切资源，统筹协调，共同完成应急测绘响应。各分队和小队的依托单位、装备数量、保障区域覆盖范围等见表2。

表2 应急测绘前线勘测系统建设数量与布局

6 结 语

本文以满足8 h抵达现场、72 h自我保障的能力为目标，首次设计并初步建设了可覆盖全国的一站式、一体化的国家级应急测绘前线勘测生产生活保障装备，填补了国家级应急测绘前线勘测技术装备的空白。

从应急测绘前线勘测实际工作需求出发，采用超战仪、长短测程三维激光扫描仪、探地雷达、地基InSAR等设备，可为当前急需的地下设施勘测、城市高精度勘测、灾害体高精度远程形变监测等应急测绘前线勘测工作提供专业化、智能化、高精度的设备保障。

下一步将重点开展设备的集成度研究，使作业队伍与装备尽快形成合力；通过应急演练，进一步完善应急测绘前线勘测的工艺流程、作业标准和技术指标体系，有效指导应急测绘前线勘测的各项工作，以应对实战。