重大自然灾害应急监测与评估应用示范系统的设计与实现_汤童

第26卷，第3期2014年09月

doi：10．6046/gtzyyg．2014．03．29

国土资源遥感

Vol．26，No．3Sep．，2014

ＲEMOTESENSINGFOＲLAND＆ＲESOUＲCES

J］．国土资源遥感，2014，26范一大，杨思全，等．重大自然灾害应急监测与评估应用示范系统的设计与实现［引用格式：汤童，

（3）：175－181．（TangT，FanYD，YangSQ，etal．Designandrealizationoftheapplicationdemonstrationsystemofemergencymoni-toringandevaluationofmajornaturaldisasters［J］．ＲemoteSensingforLandandＲesources，2014，26（3）：175－181．）

重大自然灾害应急监测与评估应用

示范系统的设计与实现

汤童，范一大，杨思全，王磊，王平

（民政部国家减灾中心，民政部卫星减灾应用中心，民政部减灾和应急工程重点实验室，北京100124）

结合组件式GIS集成开发技术，基于JAVA和摘要：根据重大自然灾害应急监测与评估流程及应用示范功能需求，

Microsoft．NET开发环境，GDAL开源框架，以Geobeans地图服务为基础，整合了ArcEngine平台，采用Postgres数据库设计并开发了重大自然灾害应急监测与评估应用示范系统。该系统实现了数据库分系统，数据处理与交换共享服务平台和计算机业务支撑平台，以及遥感减灾应用产品服务能力示范分系统、遥感灾害监测应用示范分系统、风险评估预警应用示范分系统、遥感灾情评估应用示范分系统、灾害应急保障应用示范分系统、天地一体化信息采集应用示范分系统等6个示范分系统的建设，并且完成了中央到示范省的部署和应用示范。实现了最大限度的信息和软、硬件资源共享，有效降低了卫星数据应用的门槛，提高了以环境减灾卫星为代表的国产卫星数据在减灾、交通等行业领域中的应用水平和利用率。

关键词：GIS；遥感；自然灾害；应急监测与评估；应用示范系统中图法分类号：P208

文献标志码：A

文章编号：1001－070X（2014）03－0175－07

0引言

随着全球气候变暖和环境进一步恶化，极端天气事件和巨灾不断发生，我国面临的灾害形势异常

2008年低温雨雪严峻。2007年淮河流域性大洪水、

2009年康定泥石流和昭通冰冻灾害和汶川大地震、

2010年玉树地震和舟曲特大山洪泥石山体滑坡、

2011年盈江地震、2012年岷县特大冰雹山洪泥流、

2013年镇雄山体滑坡以及洱源地震和芦山地石流、震，都给当地群众的生命财产和生产生活造成了巨

［1－5］

。随着卫星传感器技术、大的损失航空航天技

术和数据通讯技术的不断发展，空间技术在我国防灾减灾领域的应用已显示出巨大的潜力。我国现有的卫星遥感系统已经在重大自然灾害的灾害预警、监测、辅助决策、评估和重建等过程中发挥了巨大的作用。汶川大地震发生后，国家减灾中心紧急调用国内遥感数据获取机制和国际“减灾宪章”机制，累计获取1277幅遥感影像数据，及时开展数据处理和分析，对灾害损失情况进行监测和评估，为灾区紧急

［6］

救援提供了决策支持。2009年针对澳大利亚维

国家减灾中心紧急制定环境减多利亚州特大火灾，

B星的观测计划，灾A，持续获取了多景光学、红外

影像，开展火点动态监测和火情趋势分析，有效地帮

［7］

助了澳方有关部门的救援行动。

由于我国地域辽阔，地区经济差异巨大，但是，

各省市相关部门的卫星遥感应用水平存在着行业间的差别、部门间的不平衡以及国家与地方应用的差距。地方省市示范单位减灾救灾工作仍多采用人工现场核查方式，少有研究应用卫星减灾技术，人力投入高、决策效率低，距离国家灾害应急管理工作的实际需求仍有较大的差距。因此，为提升示范单位空间技术减灾救灾业务能力，本文重点围绕提高自主卫星数据在重大自然灾害的监测与评估中“用的少”的问题，通过信息集成，减少所谓的“空间信息

，孤岛”满足综合应用需求；针对减少遥感数据“用不好”现象，加速遥感数据到信息的转化，通过对基于遥感数据的业务化产品的示范性、流程化生产，发挥其应有的作用；解决应用链条不健全，大众化、产业化基于遥感的灾害监测与评估技术的“不够用”现象，以期为地方救灾管理决策提供技术支持。

1

1．1

系统设计目标和原则

系统设计目标

以我国国产卫星数据为主要数据源，开展面向

收稿日期：2013－07－15；修订日期：2013－08－26

“灾害应急综合管理与应用系统”（编号：2012AA121305）。基金项目：国家863计划

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重点部门、重点灾害频发区域的卫星遥感减灾应用“天地一体化、示范，初步形成信息共享、上下贯通、规范标准”的应用示范网络，为空间技术减灾应用提供可推广的业务支撑平台、应用支撑平台。1．2

系统设计原则

1）严格遵循有关标准与规范。系统应符合现有的国家标准和行业规范。基础空间数据库建设应遵循和执行国家的统一标准和规范，数据分层、分类与编码、精度、符号等标准尽可能参照已有的标准。

2）科学性、适度超前性与可操作性相结合。系统建设应采用国内外先进的、稳定的软硬件技术和产品，包括先进的、开放的体系结构、计算机网络技术和设备以及系统管理技术等，在可操作性的前提下，要尽可能采用目前最为先进的技术，并在设施建设、设备配备方面适度超前，保持技术先进性。

3）开放性、可扩展性与安全性相结合。系统建设应采用标准的、可扩展的、模块化的软硬件体系结构，保证数据具有良好的安全性，保证网络系统和数据的安全运行，并留足接口，方便跨部门、跨行业、跨数据共享和信息交换，形成易于移植的开放性系统，同时，可根据需要进行扩展。

4）整合资源、节约资金与提高效率相结合。作为业务化运行系统，应具备较高的自动化程度，资源调配、系统部署方便灵活。要充分利用现有的监测技术和基础设施，统一标准、建立规范、统筹规划、协调安排，使各部门、各地方在系统建设过程中有章可循、有据可依，避免不必要的重复建设，充分利用现有的软件系统、硬件设备、数据和网络等资源，节约

资金，提高建设效率。

5）长远规划与循序渐进相结合。系统建设应“长远规划，坚持分布实施，循序渐进”的原则，根据各省减灾救灾相关部门各单位工作实际、业务需求、人员情况、信息化程度分阶段推进，选择技术基础相对较好、应用需求迫切的地区和单位进行试点。

6）优先使用国产品牌。系统建设应广泛采用国内品牌的产品和技术，在保证性能和质量的前提下，降低建设成本，逐步提高系统的整体国产化率，支持民族产业的发展。

2

2．1

系统设计

总体架构设计

系统应建立国家自然灾害监测与评估业务标

准、规范，在信息安全管理制度环境下，充分利用现有的减灾卫星应用系统工程基础设施、空间信息资源基础设施，遵循统一的技术标准和业务规范体系，建立结构合理、功能完善、管理规范、灵活实用的基础支撑体系。

针对国产卫星数据，根据示范系统业务应用的需要，将整个系统划分为数据库分系统，数据处理与交换共享服务平台、计算机业务支撑平台等2个平台，以及遥感减灾应用产品服务能力示范分系统、遥感灾害监测应用示范分系统、风险评估预警应用示范分系统、遥感灾情评估应用示范分系统、灾害应急保障应用示范分系统、天地一体化信息采集应用示范分系统等6个示范分系统，如图1所示

。

图1

Fig．1

应用示范系统整体组成

Compositionofapplicationdemonstrationsystem

以面向灾害应用本系统采用国家、省两级部署，的数据处理与交换共享服务平台建设为基础，搭建横向覆盖行业、部门，纵向贯通地方、现场，横纵结合的示范网络。该平台一方面实现国家级、省级的数据交换，另一方面实现不同类型的减灾应用产品的

共享与发布。同时，通过关键技术的集成应用和6个典型应用示范的开发为行业部门、地方的卫星遥感应用提供高效、稳定、可靠的数据产品服务和技术支持。总体建设框架如图2所示。

第3期汤童，等：

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图2

Fig．2应用示范系统总体架构Architecturediagramofapplicationdemonstrationsystem

本系统的1个作为一个大型的信息技术系统，

6个示范分系统以数据处理与交换共享服务平台、

及数据库分系统之间、各示范分系统内部的子系统之间都存在复杂的信息交换。同时，不同示范分系

．统可能是运行于不同的开发平台（如JavaEE，

NET）和不同的软件技术架构（B/S，C/S）的异构系统。

为了使各示范分系统组成一个统一的整体，形

成风格一致、上下贯通、左右衔接、数据可共享、结构可扩展的有机整体，对整个系统的界面设计、数据流转、系统整合实现统一设计与规划。

2．2业务系统架构设计

本系统通过跟踪灾害的全过程，为防灾、备灾、救灾提供一系列决策支持。天地一体化信息采集应用示范分系统获取灾害现场实时信息，经过处理后为遥感灾害监测应用示范分系统和灾害应急保障应用示范分系统提供数据支持；遥感灾害监测应用示范分系统从数据库分系统和数据处理与交换共享服务平台获取数据及产品，提供灾害发生前后的连续动态监测，为风险评估预警应用示范分系统和灾情评估应用示范分系统提供数据产品支持；风险评估预警应用示范分系统将评估预警结果提供给灾情评估应用示范分系统，灾害形势稳定后为全面制定灾害救助方案提供科学依据；最后，通过遥感减灾应用产品服务能力示范分系统提供的产品服务体系，完成最终产品的制作。具体业务流程如图3所示

。2．3Fig．3图3应用示范系统业务流程demonstrationsystemOperatingworkflowofapplication技术实现架构设计［8］本系统采参照减灾卫星应用系统架构设计，用层次化结构进行设计，实现数据、业务、应用及服务间的松散耦合，采用浏览器端/服务器应用的结构，严格遵循支撑层、数据层、应用层和交互层的4

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层体系结构，灵活运行服务器/客户机/浏览器的工作模式，提供了在浏览器和客户端软件上实现数据统一管理、服务集成等应用。技术架构如图4所示

。

子系统组成。

2）风险评估预警应用示范分系统。根据灾害案例数据、基础地理信息数据库、社会经济数据、遥感等数据，对灾害风险进行分析评估，生成灾害风险评估图，并依托数据处理与交换共享服务平台进行灾情预警信息的发布。本系统由灾害风险分析子系统和灾情预警子系统组成。

3）遥感灾情评估应用示范分系统。利用减灾卫星及其他相关观测数据，实现对人口、农作物、交通线、房屋受灾情况的评估，完成各种灾害损失统计的功能，最终形成支撑灾情影响评估应用的各类灾害信息产品，为减灾应用产品服务提供产品支持。本系统由人口受灾统计子系统、农作物受灾统计子系统、房屋倒损统计子系统、交通线损毁统计子系统组成。

4）天地一体化信息采集应用示范分系统。采

图4Fig．4

应用示范系统技术总体架构demonstrationsystem

Technicalframeworkofapplication

用分布式设计架构，分为国家级应用示范系统和省级示范区应用示范系统。前者主要面向国家级需求，面向重大自然灾害应急监测与评估示范系统体系内的海量数据、信息开展协调、调度，进行天地一体化信息采集应用示范；后者重点解决省级应用示范区内应急情况的天地一体化信息采集应用示范。本系统包括现场信息获取与处理子系统和现场信息综合管理子系统。

5）灾害应急保障应用示范分系统。通过集成实时的遥感资料、卫星导航系统，建设一整套为灾害应急救灾抢险提供保障功能的适应化系统，对灾区应急保障进行分析评估，结合交通应急数据以及空间信息产品，为灾害管理过程提供初步的决策支持服务，并根据动态实时信息，为减灾救灾业务指挥调度的空间化、知识化、智能化奠定基础，实现保障灾害应急救灾道路的可达性、灵活性和可控性的目的，为救灾线路的选择、救灾物资调度方案的确定提供支持，保障灾害应急管理和救助能够顺利实施。本系统由应急保障信息管理子系统、物资调配方案制作子系统和灾民疏散方案制作子系统组成。6）遥感减灾应用产品服务能力示范分系统。针对国家、省级数据共享和产品服务需求，为不同级别、不同需求用户提供减灾应用数据产品与信息的编辑与制作、产品集成整理加工等功能，并实现产品模板制作与管理、产品制作与管理以及产品的输出打印等功能。通过统一的制作模板和业务流程，将产品以图形、图像、专题图件、表格、文字报告、多媒体等多种形式表示，实现信息产品以在线、邮件等多种方式提供给最终用户。本系统由遥感减灾应用产品服务子系统组成。

1）支撑层。提供对应用示范系统的软硬件支撑，由计算机业务支撑平台构成，为系统提供网络传输、安全防护、海量存储、桌面计算、输入输出以及操作系统、应用支撑软件等基础平台服务功能。2）数据层。由数据库分系统组成，负责对示范分系统所有的数据资源进行统一的管理。

3）应用层。负责系统的产品生产和服务，由6个示范分系统组成。

4）交互层。提供遥感数据处理服务和系统与外部系统和用户之间实现信息交互与服务，由数据处理与交换共享服务平台构成。

3

3．1

系统实现与关键技术

系统功能实现

1）遥感灾害监测应用示范分系统。基于环境

减灾卫星等国产民用卫星遥感数据以及天地一体化采集数据，利用多种信息提取算法，快速获取各种孕灾环境特征参数，实现承灾体目标特征信息提取和灾害影响范围的快速提取。同时，综合灾害特征参数、灾情信息和基础地理等多种辅助信息，实现对灾害现场信息的及时监测、提取、分析，对各灾种采用不同的分析方法开展进一步的信息处理，得到灾害影响范围及其统计产品等，为灾害风险评估预警应用示范、遥感灾情评估应用示范和灾害应急保障应用示范提供基础信息。本系统由灾害特征信息识别子系统、灾害影响范围监测子系统和受灾范围统计

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7）数据库分系统。完成对系统相关数据资源进

行统一存储和管理、检索与提取、统计分析以及数据库分系统配置与维护管理等。本系统包括数据管理子系统、数据查询检索子系统和数据库维护子系统。8）数据处理与交换共享服务平台。分为国家级、省级两级部署，实现多源、多级光学、雷达数据的专用处理，多源海量数据的共性处理，多源异构信息

的综合集成、显示和分析，保证应急时灾害数据交换

的透明、便捷和安全。同时，提供遥感数据标准化生产的能力，重点针对国产卫星数据产品的批量化、标准化生产加工。平台由门户子系统、数据共享交换子系统、灾情信息综合分析子系统、灾害信息标绘子系统、遥感数据处理子系统组成。系统实现界面见图5

。

（a）向导式业务流程界面（b）

洪涝淹没范围提取结果

（c）PDA

采集终端主界面

（d）物资调度路线自动分析结果（e）数据预览界面

图5Fig．5

系统实现界面Systeminterfaces

3．2关键技术与解决方案

3．2．1数据交换关键技术与解决方案

交换共享服务平台在与其他系统的接口设计上“高内聚、实现了低耦合”的设计思想，数据库管理系统同其他系统的数据接口主要采用消息及Web-Service服务的方式实现，具体交互采用xml文件及数据文件。

在数据库系统的设计上采用先进、成熟可靠的开发技术与产品，以有效保障业务系统运行的稳定、可靠性，针对不同的数据类型和数据应用特点，数据

库系统以关系数据库分系统Postgres作为支撑数据

库，在空间数据管理上采用文件系统进行存储管理；对环境减灾卫星数据、各级图像产品、减灾应用产品及其他相关数据进行统一的访问管理。数据库服务器与文件存储区通过SAN交互机联通，其他客户端

LAN连接或者FTP的方式获取分别采用SAN连接、文件数据。

在国家级、省级示范区形成独立自主的数据管

理格局，实现包括遥感数据、基础地理数据、灾情数据以及收集的灾害现场数据在内的多源异构海量数