基于空间信息的中国-东盟防灾减灾应用系统建设构想

·文|航天恒星科技有限公司 郭伟 李宝明 方舟

基于空间信息的中国-东盟防灾减灾应用系统建设构想

·文|航天恒星科技有限公司 郭伟 李宝明 方舟

一、“一带一路”战略为我国推广基于空间技术防灾减灾信息化系统带来了历史性机遇

“一带一路”构想，寄托着多层次的区域合作愿景，展现了中国发展区域共赢合作的新理念、新蓝图、新途径和新模式。放眼全球，空间信息早已成为经济建设和社会发展的战略性资源，随着“一带一路”战略的实施，空间信息应用作为提升区域信息化服务水平的重要手段，也迎来了历史性发展机遇。

1.“一带一路”热点区域亟需建设防灾减灾信息化系统

“一带一路”战略实施区域地域宽广、地形地貌环境复杂、气候多变，其中东南亚、南亚是全球自然灾害最频繁，损失最为严重的地区之一。近年来，“一带一路”沿线国家在防灾减灾信息化系统建设和能力方面做出了大量努力，但是防灾减灾信息化支撑能力严重不足仍然是本地区非传统安全领域面临的主要威胁之一。

南亚地区地形条件较为复杂，以巴基斯坦为例，地处喜马拉雅地震带上，地震频发，并常年受南亚热带季风影响，降水不均，易发生干旱或洪涝灾害。受全球气候异常影响，干旱、高温、大风或极端低温冻害等异常天气增多，导致全球森林火灾频繁发生，中蒙、中缅、中俄边境发生森林火灾的危险性也将越来越大。相较于东亚的人口稠密，资源匮乏，自然灾害频发，非洲虽然是一片人口适中、资源丰富、自然灾害较少的大陆，但是由于基础设施建设落后，许多非洲国家正不断遭受干旱、洪水、火灾、传染病等灾害的侵袭，对当地人民生活、城市基础设施、资源利用及经济和国家发展等都产生了不利影响。东盟地区自然灾害频发，地震、洪水、台风等自然灾害对区域各国的安全和发展造成了严重的威胁。

2.利用空间技术支撑防灾减灾已成为国际主流发展趋势

随着航天技术的发展和多学科的交叉融合，利用遥感、地理信息系统和卫星通信、导航定位等空间信息技术进行重大自然灾害的监测、预警和应急救援，及时制定防灾减灾措施，可以有效地减轻灾害对人类的生命、财产造成的损失。

以卫星遥感为例，国外专用减灾卫星包括专门用于多种灾害监测的灾害监测星座和用于地震预测的地震电磁卫星。其中，最具代表性的是“灾害监测星座”（DMC），该星座是一个通过各个国家拥有卫星来进行国际合作的系统，组成星座后具有时间分辨率高、监测范围大、响应速度快等特点，广泛应用于各种减灾过程和洪灾、飓风和火灾等灾害监测和灾害分布图制。除专用减灾卫星外，还有一系列的对地观测卫星系统也是防灾减灾的主要力量。

3.我国在利用空间信息支撑防灾减灾方面已取得丰富经验

我国在航天领域已经取得了举世瞩目的成就，成功发射了气象、资源、海洋、环境减灾、通信、导航等系列卫星，并通过洪涝、气象、农业等灾害监测系统建设，实现对台风、暴雨、洪涝、旱灾、森林与草原火灾、雪灾、冰凌、赤潮、地震、沙尘暴以及典型地区的病虫害、滑坡、泥石流等灾害的监测能力。

我国目前应用空间技术进行防灾减灾业务体系的建设已有一定基础。水利部、气象局、农业部、林业部等根据各自实际需要，建立的洪涝灾害、气象灾害、农业灾害等监测系统，基本形成了对台风、暴雨、洪涝、旱灾、森林与草原火灾、雪灾、冰凌、赤潮、地震、沙尘暴以及典型区的虫害、滑坡、泥石流等灾害的监测能力。我国对于洪涝灾害监测的技术方法已比较成熟，监测评估运行系统已经在一些行业单位及科研机构建立，并形成了以星载平台和机载SAR平台相结合的立体监测体系。在1998年长江、嫩江和松花江流域的特大洪涝灾害中，国家遥感中心组织国内水利、气象、测绘等科研单位采用了航天遥感与航空遥感相结合的手段，运用6颗卫星数据，出动3套航空遥感系统对灾情进行动态监测，获取的大量信息对灾情的实时监测和灾害损失评估发挥了巨大的辅助决策支持作用。对于沙尘暴、干旱、雪灾等气象灾害的预警和监测的业务运行系统已基本建立；对于森林火灾遥感监测系统也已建立；2008年5月12日汶川特大地震发生后，国家减灾中心综合利用国内外23颗卫星的数据（其中国内5颗，国外18颗，共计1000多景的遥感影像数据），进行了相关的灾区情况遥感监测以及遥感应急快速评估工作，对灾区的农田受损、房屋倒塌、交通线损坏等情况进行评估。

我国的无人机技术已成功应用于“4·25”尼泊尔地震西藏灾区、汶川地震和青海玉树地震等特大自然灾害的救灾和搜救工作中，在灾害损失评估、科学合理救援、国际防灾减灾合作等方面提供了强有力的数据支撑，增强了国家综合防灾减灾能力。

4.东盟地区建设防灾减灾信息化系统具有良好的内外部条件

东盟位于“海上丝绸之路”路线上，是“一带一路”战略的重要战略支点，近年来该地区气候多变，极端天气频繁，长时间受特大暴雨，季节性水资源短缺等影响，导致局部地区洪涝、台风和旱灾频繁发生。近年来，中国和东盟不断深化在防灾减灾领域的合作，双方在10+1框架内召开了一系列防灾减灾国际会议、研讨会并开展了应急演练，将防灾减灾作为中国东盟海上合作基金的一项重要内容。习近平主席和李克强总理等国家领导人在东亚领导人系列会议和博鳌亚洲论坛上，就防灾减灾提出了一系列重要倡议，呼吁各国开展海上搜救演练、地震搜救演练等方面合作，共同推进亚洲海洋合作机制建设，促进环境保护和灾害管理等各领域合作。

5.提升全球热点地区应急响应能力助力大国外交

东盟地区是世界范围内灾害频发的热点地区，也是中国-中南半岛经济走廊的重点地区，在东盟地区建立防灾减灾系统，共同抵御各类自然灾害以及影响社会安全的事件，符合中国和东盟十国共同体利益需求，和平、稳定促进区域发展、繁荣。各国应发挥山水相连的地缘优势，加强合作，配合亚太空间合作组织（APSCO）的统一战略布局，结合AHA-Center的业务需求，突出发展主题，深化务实合作。

与东盟地区开展空间技术应用合作能牵引我国高新技术出口，深化中国企业与东盟各国的务实合作。借助国家“一带一路”战略发展，与东盟国家在内河和沿海环境保护领域展开合作，立足当今世界前沿技术，从遥感卫星应用、通信卫星应用和地理信息系统领域出发，可助推由地面应用牵引出宇航产品整星出口的国际市场开拓模式，最终实现我国与东盟各国从地面段卫星应用到空间段卫星研制全方位的战略合作。

此外，东盟地区河流丰富，生态环境复杂，我国也亟需监测和掌握重点针对区域的植被覆盖、水体污染、森林开采、生物多样性，开展生态环境质量及其演变研究，建立和完善区域生态模型，平衡流域生态环境，避免土壤流失、土地退化、生物多样性丧失和温室效应等严峻的环境变化问题。通过与该地区合作，获取地区资源环境、生态及遥感方面的科学数据，提升我国空间技术实用能力，并为我国开展全球气候变化、生态保护、产业政策制定等研究，提供不可多得的基础资料。

二、基于空间信息的中国-东盟防灾减灾信息化系统构想

1.利用遥感手段，实现灾害监测与评估信息服务

通过集成GIS技术、空间数据管理技术、电子地图技术、空间分析技术等关键技术，基于多源数据开展灾情预评估、灾情评估和灾情研判，并提供应急指挥调度服务。

灾害监测预评估方面：系统可根据不同灾害时空分异规律，在对地观测数据，以减灾运行管理平台和灾害多维可视化等为基础，开发功能完备、灵活易用的灾害监测、灾情预评估工具，建立适应于灾害管理的灾害系统模拟仿真模型，实现对灾害系统时空变化模拟和多维多尺度可视化，对不同灾害/灾害链场景进行模拟仿真，具备满足以遥感数据为主的主要自然灾害监测、灾情预评估能力，为灾情评估、灾情研判等提供输入。

灾情评估服务方面：可采用以C/S客户端为主的业务化作业模式，基于灾害目标分类体系和目标特征库构建技术、灾害目标智能识别与变化检测信息提取技术，在人机交互的操作下，实现灾害范围的快速评估，房屋、道路、电力线塔、农作物等灾害目标的精确实物量评估，并结合地面调研的受灾数据，对地震、滑坡泥石流、洪涝、雪灾等灾种进行综合评估。

灾情研判服务方面：通过支持异地协同（包括多国间跨国协同的方式）的专家研判平台进行多用户任务分割、任务调度和冲突解决，利用计算方法对研判区域的受灾情况进行定量的综合评估；通过协同标绘与专家决策方法对研判区域的受灾程度进行定性的专家研判，实现多用户实时异步地图标绘、地图编辑和文件传输，无缝的交换、协调和同步研判意见，实现标绘信息交流和感知。

灾害多维可视化服务方面：基于基础地理数据及遥感数据，并结合各种灾害的孕灾环境、致灾因子、承灾体以及灾情数据向各级用户提供灾情信息可视化服务以及会商决策环境、数据智能管理、高级产品生成、灾害三维环境重构、不同层级用户产品定制等功能。

信息共享与服务方面：以门户平台为依托，将信息查询检索、产品展示与分发、产品订阅、用户需求汇集等功能以门户服务组件的形式进行集成展现，提供给用户可视化的交互操作界面，为国家级用户、地区级用户、现场用户以及社会公众提供及时的灾害综合信息、灾害数据资料、专家分析材料、预报预警等信息。图 1为 2015年缅甸马圭省洪涝灾区遥感监测图。

图 1 2015年缅甸马圭省洪涝灾区遥感监测图（URL: http://www.jianzai.gov.cn/）

2.基于卫星通信，实现应急通信服务

基于卫星通信技术，搭建起一条可在极恶劣环境下有效使用的通信链路，实现灾情和指挥调度相关视频、音频、数据稳定、可靠的传输。应急通信系统可包括应急通信主站，远端站（动中通、静中通和便携站），其中主站可设在各国首都。

主站是应急通信系统的关键所在，既是系统的业务中心也是控制中心。主站需与本地业务运营系统（如PSTN，Internet等）连接，作为业务中心。在主站内还需要网络控制中心，负责对全网进行监测、管理、控制和维护。

动中通是依托机动性、通过性、可靠性高的越野车建设的可移动状态下的应急通信系统。该系统能够实现突发应急状态下的通信、数据采集、传输、现场办公等应急通信保障功能。可采用星状网拓扑结构，端站与主站进行单跳通信，并可以经过位于主站的地面交换路由设备实现与静中通和便携站的数据交互，实现应急通信系统内双向交互式业务的传输。

静中通是依托机动性、通过性、可靠性高的厢式车建设的应急通信系统。在汽车到达现场后，能够快速展开、快速开通静中通天线，保证卫星通信天线精确对准卫星。该系统能够实现突发应急状态下的通信、数据采集、传输、现场办公等应急通信保障功能。便携站分系统是可携带、可快速搭建的应急通信系统，实现应急通信系统内双向交互式业务的传输。图 2是老挝应急通信指挥系统。

图2 老挝应急通信指挥系统

3.利用无人机系统，实现灾害应急监测服务

在洪涝、地震、山体滑坡、重大污染物泄漏等紧急情况发生时，使用无人机搭载可见光摄像机、红外热像仪等载荷飞入事发现场，近距离监测、搜救，使地面站工作人员能够实时监视灾害现场，将显著提升政府防灾减灾部门应对洪涝、泥石流、农业病虫害、重大危险品泄漏等灾害的监测和应急反应能力。系统为适应东盟地区防灾减灾的需要，其主要部分（无人机平台、任务载荷和地面测控站）中设备的电子产品部分要进行特殊的三防处理，即防霉菌、防潮湿、防盐雾，以满足在气候潮湿地区应用可靠性的需要。

无人机平台方面：无人机平台根据东南亚地区防灾减灾的应用需求，可以选择多重平台类型，包括小型固定翼、便携式多旋翼和小型无人机直升机等，其中固定翼无人机用于对东南亚灾区的航空摄影测量等工作，用于快速出图供指挥部掌握灾情；便携式多旋翼无人机能够帮助救灾人员搜救，在受灾地区原地起飞，通过增加空中视角有利于地面人员及时发现被困群众并采取相应措施；无人直升机主要能够完成受灾地区的视频采集，并实时回传至地面，让地面指挥人员掌握其救灾实时进展。

任务载荷方面：系统的任务载荷为充分适应救灾监测的需要，包括可见光相机、可见光摄像机、红外相机、红外摄像机等，可实现受灾地区的任务目标的图像、视频的采集、被困人员搜救等工作，未来可根据用户的进一步需求，增加激光雷达、SAR等载荷，进行灾区地形地貌测绘，拓展无人机系统功能。

地面站方面：作为无人机系统的指挥中心，通过软硬件等设备的配合对无人机系统进行任务规划、控制无人机起降，实时监测系统的工作状态、发出系统的各种控制指令，并完成飞行过程相关数据的存储，在无人机飞行作业完成后，对遥感图像、视频等数据进行后期处理，形成数据产品。图 3为无人机应急监测图像。

图 3 无人机应急监测图像

三、结束语

以防灾减灾为抓手，在国家“一带一路”战略的指引下，通过与东盟国家合作开展基于空间信息的防灾减灾信息化系统，切实满足沿线国家共同抵御自然灾害现实需求，共同维护中国与东盟国家之间共同利益。通过加强我国与东盟各国合作与互信，营造良好的区域政治环境，树立我国负责任的大国形象，争取世界舆论支持，表达沿线国家共同心愿：继承传统、保护环境，谋求和平合作、友谊与发展。在集中体现我国综合国力和更加长远的国家软实力的同时，项目还将广泛带动空间信息等高科技领域产业发展，服务国家“一带一路”战略整体布局。