全景图技术在四川省洪水风险图管理系统中的应用研究

陈 曜，邓 伟

（1.四川省防汛抗旱指挥部办公室，610065，成都；2.江河瑞通科技集团有限公司，100089，北京）

全景图技术在四川省洪水风险图管理系统中的应用研究

陈 曜1，邓 伟2

（1.四川省防汛抗旱指挥部办公室，610065，成都；2.江河瑞通科技集团有限公司，100089，北京）

洪水风险图管理系统将传统纸质的风险图成果进行了数字化，但二维的电子地图难以直观地表现洪水淹没水深等要素，使其运用受到了限制。如采用三维地图，则成本又过于高昂。为解决这一问题，将全景图技术引入洪水风险图管理系统中，并在2016年汛期进行了初步运用，取得了一定效果，为洪水风险图在我国的应用和发展提供了一种新的思路。

洪水风险图；全景图；风险管理；四川

一、在洪水风险图管理系统中引用全景图技术的意义

有效地防范和应对洪水灾害是各国政府重要的公共管理职能，洪水风险图作为直接反映某一区域洪水风险信息的专题地图，也越来越受到各国政府的重视。近年，洪水风险图已广泛应用于城市规划、防洪抢险、洪水保险等多个领域。随着信息技术的发展，传统的纸质图逐渐被数字化，并逐步接入了区域暴雨、洪水历史和实时资料，最后形成洪水风险图管理系统，可以实现即时查询和分析统计等各项功能。

洪水风险图管理系统随着需求的增加其功能不断扩展，但二维电子地图在直观表达效果上总是不尽如人意，即便使用了遥感数据也不能很好地表述淹没深度的概念。使用地理信息三维模型可以很好地解决这一问题，但建模成本过于高昂，三维数据获取也极为困难，因此该技术目前尚无法在洪水风险图中应用。

全景图技术是将一组环绕上下左右拍摄的照片拼接成一幅完整的图片，使人有身临其境之感。将全景图技术应用于洪水风险图的关键节点，结合地理坐标定位测量和图形处理技术，可有效解决二维洪水风险图难以直观性表现淹没水深等问题。同时，全景图技术所具有的快速、简便、成本低等优点，使之在洪水风险图管理系统中的大量应用成为可能。

二、全景图在洪水风险图管理系统中的应用实现

全景图其实就是一组环绕360度拍摄的照片，通过软件拼接成一幅图片后，使用专门的播放器调用图片，把二维平面模拟成真实三维空间，使观看者能以现场视角全方位查看周围环境。全景图技术目前还在不断发展，获取全景图的手段也将更为多样化，更为简单。Google、百度等地图服务上均有全景图服务。

1.全景图在洪水风险图中的应用

根据相关规范要求，洪水风险图编制成果要提供洪水淹没范围、淹没水深、淹没历时、洪水流速以及到达时间等专题要素。按行业标准，制作完成的风险图，即使在图上叠加遥感图片或加入动态视频，也不能全面地对场景进行表现。静态遥感图片只能提供场景的某一角度图像，而动态视频虽然可以让用户对场景有全面的了解，但图像视角依然有限，观看方式取决于拍摄者的拍摄方式。全景图可以把二维的平面图模拟成真实的三维空间，并给用户提供各种操纵图像的功能，可以放大或缩小，并可以从各个方向移动观看场景，能达到模拟和再现场景真实环境的效果。因此，在关键位置拍摄全景图，经后期制作后，可以清晰地表现出不同洪水量级下的淹没水深，为应急避险和防汛指挥提供更为全面的决策依据。

全景图实质是单幅图片，在洪水风险图上不可能涵盖所有风险区，只能选取重要点进行拍摄。全景图图片应当选用在洪水风险范围内具有明显标志性的建筑物，且是绝对高程易于获取的场所。这是因为当前使用全景图的目的是为了直观展示洪水淹没程度，一方面地标性建筑可以直观体现风险位置，另一方面绝对高程可以通过图片编辑显示在全景图上，实现淹没水深的查看。《洪水风险图编制导则》对江河湖泊、蓄滞洪区、水库和城市洪水等4类风险图的编制提出了具体要求。针对不同洪水风险图，全景图的应用目标不同。以城市洪水风险为例，一般应选择城区内下穿隧道、城区堤防险工段和易溃区、城区桥梁等主要河道断面、引水口或排水口等防洪排涝需要重点关注的位置。只有选择合适位置进行全景图的拍摄，才能使防汛工作人员从点到面了解当前的防洪形势，对防洪决策起到作用。

2.全景图在洪水风险图管理系统的集成

全景图需要运用到数字化的洪水风险图管理系统中。传统的纸质洪水风险图一般运用于对实时性要求不高的规划和保险行业，而实时的防汛指挥则需要动态的洪水风险图。要实现洪水风险实时分析则需要对洪水风险图的编制成果进行数字化处理，通过计算机技术对成果进行统一管理和综合应用，同时接入实时暴雨洪水、地理空间和社会经济数据等信息，才可能实现。

早期的全景图拍摄和播放都依赖于具体的硬件和软件，随着技术的发展，全景图的获取和展示也越来越简单。目前，全景图的拍摄可选用一般设备和专业设备，普通的手机和平板电脑已经可以获取分辨率较高的全景图，而专业的数码相机和摄像机不仅硬件采集设备分辨率高，还有随机配送的处理软件。全景图的播放也随着浏览器的图形处理能力数量级的提高而不再需要专有播放器，因此，全景图在洪水风险图管理系统中的应用也变得简单易行。

如前所述，洪水风险图管理系统是建立在GIS系统上的，在系统中集成全景图需要三个步骤。

一是需要确定全景图拍摄位置的地理坐标，然后将地理坐标转换为洪水风险图管理GIS系统的屏幕坐标进行标注。二是建立一个全景图调用的web程序，我们采用HTML5+ javascript+CSS的方式实现，这种代码具有开源性，可以从网页端直接查看源代码，方便用户对程序进行二次修改，并添加扩展功能。三是全景图片的存放，一般全景图生成后会形成代表立方体6个面的6张图片，图片应当存放在网络服务器专门的文件夹下，可采用“ID_名称_序号”的方式进行命名，供web程序调用。

通过以上三个步骤即可实现全景图在风险图管理系统中的集成和调用。

3.全景图中淹没水深的展示

实现全景图对淹没水深的展示需要两个步骤：一是对全景图内标志性建筑进行绝对高程和相对高程测量；二是对采集的全景图进行编辑，根据测量数据实现淹没水深的标注。

对图内标志性建筑物进行绝对高程测量才能确定出淹没水深，这是因为在风险图编制中，洪水的推求一般是以黄海高程计算的，只有确定出标志性建筑物绝对高程才能与计算的淹没水深成果进行对应，这一过程需要通过三级水准点引测来实现。另一方面，图中建筑物相对高程是由获取照片的分辨率来表示的，因此必须将相对高程与照片分辨率进行比对才可以准确表达出照片的空间高度。

在拍摄了全景图，并对图片内标志性建筑物进行绝对和相对高程测量后，就可以进行图像处理工作了。将多幅连续拍摄的电子照片处理成全景图时，有多种软件可以选择，其采用的算法有交叉相关相似性度量（CC）算法、特征匹配（SIFT）算法和相似性检测（SSDA）算法等。全景图的拼接算法还在不断地发展和完善，新的软件层出不穷，如使用Pano2VR软件对采集到的图像进行处理，如图1所示。该软件可以将采集到的全景图像切割成立方体的6个面，然后再运用算法进行拼接。在拼接前，需要选取拍摄角度和效果最好的一张图片使用Adobe Photoshop软件进行处理，目的是将测量到的相对或绝对高程标注在图片上，需要注意的是所选图片的边缘不能编辑，否则会影响软件拼接成全景图时的算法衔接。

三、四川省洪水风险图管理系统中全景图的应用

国家防总2013年下达了 《全国重点地区洪水风险图编制项目实施方案（2013—2015年）》任务，四川省按照国家要求，从2014年起开始了洪水风险图编制工作。至2015年年底，共完成了成都、宜宾两市城区和孙水河、石亭江、南河等12条中小河流洪水风险图的编制任务。为了使洪水风险图编制成果更好地运用于防汛抢险指挥调度，2016年3月四川省将全景图技术大量应用于风险图管理系统，在城市洪水风险图中选择了100~ 200个点进行了全景图制作，在中小河流风险图中选择了50~80个点进行全景图制作。2016年汛期，由于全景图在洪水风险图管理系统中的应用，对四川省防汛指挥起到了积极作用。

图1 淹没高程在全景图的标注示意图

2016年7月22—25日，岷江流域的中小河流南河发生洪水，其中邛崃站23日8时20分最高水位达497.92m，超警戒水位0.02m，相应洪峰流量2 530m3/s。使用洪水风险图管理系统，预先对南河各频率主要断面的设计洪水位进行计算，并在720度全景图中进行标识。通过系统评估计算出南河上游河段淹没区可能发生在邛崃站上游两条沟渠入流河口处，中游河段淹没区可能发生在南河右岸临山村、战斗乡、民乐村附近，下游段淹没区可能发生在蒲江河入流河口处、斜江河入流河口处以及蒲江河和斜江河之间的南河河段右岸老河道处。通过全景图分析淹没区水深影响，发现预测洪水只可能淹没城区沿河景观道的部分路段，对邛崃城区影响较小，因此周围区域人员和财产不需要疏散转移，在应对上仅需加强监测和预警，不需要进行大面积的防汛动员，极大地节约了应对成本。

2016年6月22日，据四川省气象台预测，宜宾城区日降雨量为120~ 150mm，6小时降雨量为90~110mm。使用洪水风险图管理系统，初步计算了淹没范围和淹没深度，调用关键点全景图查看，预计宜宾城区几个主要内涝点在立交桥下、跨河大桥附近、十字路口、广场等地，最高积水深可达50~60 cm，对人员安全影响较小，但部分路段需要交通管制。四川省防汛办将预测成果通报给宜宾市防汛办，宜宾市对部分区域加强了交通管制。6月23日实测暴雨中，21—23时为强降雨时段，3小时降雨约70mm，日雨量为121.5mm，预测的内涝范围基本与实际一致。由于风险图的使用，宜宾市采取了及时的交通管制，使城市运行未受到大的影响。

四、结 语

将全景图技术应用到洪水风险图管理系统中，使洪水风险图具有更好的可读性，帮助非专业人员读懂风险图，洪水风险图由此有了更广阔的应用范围。而通过不同时期同一位置全景图的对比，也更便于防汛指挥决策管理，使决策更科学。另一方面，全景图技术仍在不断发展，全景遥感、全景视频等技术和智能手机的结合，可以提供更清晰、更真实、更快捷的现实场景，使洪水风险图有更为广阔的应用前景。四川省洪水风险图管理系统中的全景图应用虽然取得了一些初步的成果，但仅是初级的应用和尝试，还需要进一步研究和探索。■

[1]中华人民共和国水利部.洪水风险图编制导则[S].2010.

[2]姚国章，袁敏.美国的洪水观测与洪水风险图的现代化[J].中国应急管理，2011（6）.

[3]许志成.普通数码相机拍摄全景图中SIFT特征图像匹配算法研究[J].河北能源职业技术学校学报，2015（2）.

[4]刘光进，张蕾.结合模板与互信息的全景图拼接技术研究与实现 [J].激光杂志，2014（9）.

[5]凡少影，等.小议全景图在地理学中的应用[J].地理教育，2015（10）.

责任编辑 张金慧

Application on panorama technology in flood risk map management system

Chen Yao,DengWei

Although flood risk map management system can digitalize paperymaps,two-dimensional digitalmap fail to present visually the depth of flood inundation,thus its operation has certain limitations.If three-dimensionalmap is adopted,it will substantially increase the cost.Therefore,panorama sketch was introduced to flood risk map management system that operated in flood season in 2016 and resulted in some good results.It provides a new thought for application and developmentof flood risk map in China.

flood riskmap;panorama;riskmanagement;Sichuan

TV877+TV122

：B

：1000-1123（2017）05-0054-03

2016-10-15

陈曜，督查专员。

全国重点地区洪水风险图编制项目。