基于空天地一体化的自然灾害综合风险智能 研判管理平台

唐 尧王立娟，潘冬冬，罗玉婷

（1. 四川省安全科学技术研究院，成都 610045； 2. 四川省应急管理厅风险监测与减灾处，成都 610045； 3. 四川省地震与地质灾害应急技术保障中心，成都 610045； 4. 四川安信科创科技有限公司，成都 610045）

0 引言

我国是世界上自然灾害频发的国家之一，灾害种类多，分布地域广，发生频率高，造成损失大。应有效提升全社会抵御自然灾害的综合风险防范能力，形成支撑自然灾害风险管理的全要素数据资源体系[1-2]。风险本质上是多维的，自然灾害风险包括灾害造成的潜在损失与发生可能性（不确定性）两个含义，其较全面的定义是在特定评价时段和空间范围内，未来灾害造成的潜在损失及其发生的可能性，即损失的概率分布[3-4]。2020年5 月，国务院办公厅发布《关于开展第一次全国自然灾害综合风险普查的通知》，正式开展第一次全国自然灾害综合风险普查。通过普查摸清全国自然灾害风险隐患底数，查明重点地区抗灾能力，客观认识全国自然灾害综合风险水平，为中央和地方各级人民政府有效开展自然灾害防治工作提供权威的灾害风险信息和科学决策依据。

四川省是我国自然灾害影响严重的省份之一，域内自然灾害灾多、灾重、灾频。2019—2021 年，相继发生“6·17”长宁6.0 级地震、“8·14”甘洛县高位山体垮塌、“3·28”木里森林火 灾、“3·30”西昌森林火灾、“8·18”乐山暴雨洪涝等自然灾害[2-3]，灾害引发灾害链效应，致使灾害综合风险防范难度增大，防灾减灾救灾任务骤增。近年来，有关学者对灾害风险防范开展了相关研究并取得了较多成果，但多数成果限于静态的风险研判，较多依靠专家经验。本文利用遥感卫星（天）、无人机（空）及地表观 测（地）等一体化技术手段，通过构建空天地一体化自然灾害综合风险智能研判管理平台，采用自然灾害（单灾种）致灾因子深度分析、自然灾害单灾种风险评价模型构建、自然灾害综合风险评价分析、省级自然灾害综合风险评价与区划等关键技术，实现计算机辅助智能分析综合风险，在实际工作中取得了较好的应用效果。研究成果对于有效开展自然灾害风险防控、提升灾害风险早期识别能力、逐步实现灾害治理向综合风险治理转变具有重要意义。

1 设计思路

在总结自然灾害风险评价与区划研究的基础上，创新性提出空天地一体化的自然灾害综合风险评价方法，从致灾因子、孕灾环境及承灾体入手，综合考虑灾害致灾因子危险性、承灾体暴露性、承灾体脆弱性与防灾减灾能力，旨在通过分析气象降雨、地震、地质灾害、洪涝、冰川、森林火灾等致灾因子的危险性，构建动态的自然灾害综合风险评价模型[3，5-6]，用于四川省自然灾害风险区划，为省级自然灾害风险评价提供有效途径。本文的综合风险研判平台总体基于.NET 框架设计，采用SQL Server 数据库，以分布式架构为开发体系，整体研发与建设分为三个步骤，采用以软硬件基础环境建设为基础[2，7]，以空间信息挖掘、信息调用和对外位置支撑服务关键技术研发和多源空间信息数据中心建设为核心，以支撑系统应用和服务建设为根本的整体规划部署。平台技术路线如图1 所示。

图1 平台技术路线

平台本着实用性、稳定性、安全性的开发原则，对大量同类系统进行调查研究[3，6，8]，分析项目实际的功能需求。在安全方面，结合SQL 数据库的安全管理和平台的安全策略设计，提供了较强的安全保障[7]。拟建成一套风险成果研判展示室，灾害风险研判者、决策者、管理者等可以从空天地层面全方位了解综合风险的诱灾、致灾、孕灾、承灾的全过程，提升综合风险研判和成果管理水平。

2 关键技术方法

基于灾害风险理论，从致灾因子危险性、承灾体脆弱性及防灾减灾能力方面选取评价指标，运用层次分析法和专家打分确定指标权重，采 用“风险性=致灾因子危险性×承灾体脆弱性/减灾能力”构建综合风险评价模型[7，9]，对各个指标进行等级划分并赋值，计算综合风险值。选取合理的综合风险值区间进行综合风险等级划分，绘制自然灾害风险综合评估系列图件。

2.1 自然灾害（单灾种）致灾因子深度分析

结合自然灾害空间分布规律特征[3，6，10]，选取暴雨灾害、洪涝灾害、地质灾害、冰冻灾害、地震灾害、森林火灾等主要灾种，基于自然灾害风险理论，分析各灾种致灾因子危险性，包括地形地貌、地质环境、自然因素及人文因素等方面，为各灾种风险评价模型积累基础信息。

2.2 自然灾害单灾种风险评价模型构建

从单灾种灾害成灾机理出发[6，11]，借鉴已有的灾害风险评价研究成果与经验并选取适当的指标，结合灾种空间分布规律特征，从致灾因子危险性、承灾体暴露性、承灾体脆弱性与防灾减灾能力4 个方面选取评价指标，包括但不限于易发性、诱发因素频率或强度、土地利用类型、人口、经济、应灾能力（专业救援队伍分布、应急避难场所、救灾物资储备库）、恢复力等指标，利用综合加权评价法，构建单灾种风险评价指标体系，建立数学模型，获取单灾种风险评价信息。

2.3 自然灾害综合风险评价分析

基于四川省地质灾害、洪涝灾害与地震灾害等主要自然灾害单灾种风险评价结果，结合省级与市州级减灾救灾能力（多灾种综合救援力量）布局及分析结果，构建多灾种自然灾害综合风险评价模型，开展灾害综合风险评价分析。

2.4 省级自然灾害综合风险评价与区划

基于自然灾害风险评价模型，计算四川省自然灾害易发性、致灾因子危险性、承灾体暴露性、承灾体脆弱性、防灾减灾能力及综合评价结果，依据最优分割法确定阈值[6，12]，遵循“区内相同，区际相异”原则，将综合风险评价结果连成区，实现省级自然灾害风险分区划分。结合单位时间段气象降雨资料，开展月份或单（双）周自然灾害综合风险预警，区划成果服务应急资源调度与防灾减灾力量部署。

3 平台总体设计

根据空天地一体化自然灾害综合风险智能研判管理平台建设目标，完成平台的总体架构设计与功能设计，明确平台结构与系统功能，为各系统详细设计、实施方案制定和系统集成与运行提供总体框架，形成总体设计书。平台总体架构从灾害研判和会商环境支撑、防灾减灾救灾体系和管理两个维度出发，具体由基础支撑层、数据资源层和支撑平台层三部分构成。为保证平台安全有效地运行，需要进行安全体系和安全保障以及计算机网络和办公系统建设，总体架构如图2所示。

支撑平台为风险智能研判管理平台主体，包括由自然灾害技术规范、风险智能研判应用与服务支撑、灾害风险区划信息交换与系统安全构成的基础服务内容以及风险分析空间信息数据中心、共享交换及定制服务等。在自然灾害技术规范方面，空间信息系统的建设目标是面向多个自然灾害领域搭建统一的空间信息管理存储云平台，考虑到多个灾种和专业的复杂性，必须制定相应的规范，保证系统的顺利建设与运行[5，13]。在风险分析空间信息数据中心方面，数据来源于天空地一体化综合监测与现场信息采集系统数据及现有业务系统同步数据。

风险智能研判应用与服务支撑实现风险研判数据资源管理，并为上层应用系统建设提供各类支撑服务、功能模块、开发组件、数据访问接口、安全管理策略、应用协调和约束等，方便业务应用系统搭建。

同时，对相关的业务服务进行整合封装，提供面向移动应用的服务包和面向Web 页面的业务包，提供面向用户的风险信息产品定制服务。灾害风险区划信息交换利用空间数据抽取、转换与加载工具在线访问、批量抓取数据，实现数据清洗、整合、格式转换、字段映射、比对上图。可对各种常见的空间及属性数据进行数据格式转换，添加各种处理过程，并且转换过程可自动、定时运行。直接使用工具对相同网段的数据进行数据整合。如涉及跨网段的数据访问，则需要借助边界接入平台，实现跨网数据交换；建设运行维护管理系统，实现空间信息系统运行和维护的统一管理。为各类系统用户提供集中的决策功能和数据权限管理，对各业务应用子系统进行集中管理，为系统运行提供统一的认证服务及日志设计等。

图2 平台总体架构

数据资源层包括基础地理、专题空间信息、行业基础信息、专家、遥感信息、社会经济、应急预案及案例等专题数据库，提供可靠的空间数据库和业务数据库存储，包括各类数据在数据库中的存储内容、组织方式和存储机制。支撑环境主要涵盖各类专业支撑软件、显示控制类的前端环境及应急通信、视频、地面监测、无人机等基础支撑板块等。

4 平台建设与服务功能

4.1 数据采集与处理

实时收集与上传移动端、PC 端的风险数据，提高数据采集的可靠性与可用性；实现风险诱灾、孕灾、致灾、成灾要素信息空间坐标空天地多种手段定位，地图展示及风险研判图层管理，要素信息投影坐标系统转换，采集信息的保存、编辑和管理等功能。支持平台所需的各类文档、表格、照片、矢量地图、遥感影像及三维激光扫描等数据在同一坐标系叠加显示。支持专题图、分析报表及评估文档的打印与输出。针对不同类型、不同来源的高分遥感影像、无人机航片、基础地理信息及生态环境参数等数据，按照不同的风险研判用户需求，开展影像预处理、参数计算、定量反演、多源融合及相关性分析等操作，获得风险感知或研判分析结果，为风险决策者提供重要理论参考。

4.2 查询分析与管理

综合查询以图层为基础，按照查找目标和范围查找救援人员、灾害多发区、重点监控目标等信息，将所需的业务数据放入电子地图，提供一种综合性的GIS 查询与分析。数据管理主要管理风险研判管理平台数据，包括数据库的服务器名称、登录账户、用户密码、备份数据库、故障恢复等常见操作功能[4]。重点实现综合风险感知的多源数据在数据库中的检索、查阅、导入等功能，包括自然灾害单灾种因子及综合致灾因子的风险研判评价模型管理与研判产品管理等相关 功能。

4.3 专题应用

该功能主要侧重研判平台既有单灾种致灾因子危险性、承灾体暴露性、减灾能力分布及综合风险分布等综合分析阶段专题研判成果与平台的集成关系，主要集成气象降雨、风向风速、湿度及现有承灾体、减灾能力等方面的综合应用。涉及风险成果插值工具，比例尺、指北针、格网、图例等图面修饰要素与相关统计图表工具等成果辅助展示工具。

4.4 研判综合保障

研判综合保障包括研判管理平台建设及运行过程在法律、通信、运输及专业计算支撑等方面的保障。综合风险研判结果涉及的应用部门（市州与区县级减灾部门）均被纳入平台，整合信息资源，实现多层级联动协同、联合保障。

4.5 用户管理与设置

用户管理涉及各级平台用户的浏览设置、权限管理、用户信息编辑修改等操作，依据登录权限限制用户的使用功能与操作。还需兼顾平台用户信息的安全性、可恢复性以及不同等级用户的操作限制性。对平台界面、操作提示、保存路径等参数进行设置，其默认参数可通过文件形式保存于系统目录，必要时可编辑、修改、替换、保存及调用。

5 平台运行实现

本文以四川省某月份自然灾害综合风险为示范，简述平台运行实现的部分功能。平台通过空天地一体化数据获取手段，获取气象降雨、风向、风速、湿度、土地利用类型、人口经济、应灾能力、恢复力、救援力量与物质分布等风险研判基础数据，并采用人工交互式校正方法，对自然灾害基础数据进行修正，建立灾害综合风险评价基础数据库。重点选取洪涝灾害、地质灾害、干旱灾害、地震灾害、冰川灾害、森林火灾等高危灾种，分析主要致灾因子，采用自然灾害风险理论，分析各灾种致灾因子危险性，采用多源空间灾害风险评估方法与GIS 分析计算，构建灾害综合风险评价指标体系和数学评价模型。从综合风险的致灾因子危险性、承灾体脆弱性、防灾减灾能力方面计算综合风险指数，形成高、较高、中、低四级的自然灾害风险分析等专题图。高风险区域主要分布在四川中部及东北部等区域，川西地区综合风险相对较低，研判结果为各级防灾减灾与应急部门提供重要决策支撑。

6 结论

采用空天地一体化的灾害基础数据采集模式，以自然灾害综合风险分析需求为切入点，开展自然灾害综合风险智能研判管理平台研发与应用，集灾种数据采集、风险研判、趋势分析、辅助决策等模块功能为一体，承担四川自然灾害综合风险研判与趋势预判分析，实现风险研判智能化、风险分析流程信息化、研判成果科学化。平台的建成与应用对提高灾害预判与防灾减灾能力具有重要意义。