辽宁省洪涝灾情智能化定灾技术研究

高 丹

(辽宁省防汛抗旱指挥部办公室，沈阳 110003)

洪涝灾害是威胁人民生命财产安全的主要自然灾害之一。独特的自然地理条件和不断变化的气候环境，决定了辽宁省是一个洪涝灾害频发的省份。东西部地区极易因降雨引发山洪泥石流，中部地区容易发生内涝，沿海地区经常受台风影响发生洪涝灾害。近年来，随着全球气候变暖和环境变化，辽宁省极端性天气事件发生频次加剧，洪涝灾害呈现了多发、突发的态势。

1 研究目的与意义

洪涝定灾是防汛工作的重要组成部分，是各级政府及时了解掌握灾情、实施灾害紧急救助、保障灾民生活的重要基础性工作，直接关系到防汛工作的成败，同时也为研究洪涝灾害发生规律和经济建设决策提供依据。近年来，辽宁省始终坚持把洪涝灾情统计工作作为及时有效处置灾害的关键环节来抓，在洪涝灾情统计工作的制度化、规范化和现代化等方面取得了较大进展，同时依托防洪工程及非工程措施防灾减灾作用的有效发挥，显著提高了全省防洪减灾经济效益，减少了受灾人口和粮食损失。然而，通过对多年洪涝灾情定灾工作的梳理，发现还存在如下主要问题：①在全局尺度上，灾情初定和复核的技术手段落后，报送洪涝灾情很难满足报送速度快、数据准确无误的要求；②在局部尺度上，对场次洪涝灾害的监测评估能力较低，难以满足智能化定灾的要求。

面对现有技术手段难以满足定灾工作要求的现状，有必要开展智能化定灾技术研究，将智能化技术应用于灾情初定、复核、灾害监测评估等关键环节，解决定灾工作中速度慢、准确率低等关键问题，全面提升全省及各市洪涝灾情智能化定灾能力与水平，意义十分重大。

2 研究的主要内容与技术路线

围绕智能化定灾技术，重点开展了三个方面的研究，主要研究内容及技术路线如下。

2.1 洪涝灾情初定系统研究

洪涝灾情初定工作是洪涝灾情统计工作走向制度化、规范化的基础。按照灾情核实工作“属地负责，部门核灾，统一发布”的原则，辽宁省进一步加强领导，落实责任和有效措施，建立灾情通报工作制度，完善报灾核灾工作机制，全力做好汛期防汛信息报送工作，坚决杜绝信息倒流、报送无序、过多过乱、抢报谎报瞒报等问题的发生，确保重要洪涝灾情信息的准确性和权威性。

洪涝灾情统计指标内容广泛，包括受灾人口、倒塌房屋、农作物牲畜、各行业损失等。研究按照“统筹分类，行业核实”的原则，利用图表结合统计法、时间序列对比分析等方法，明确了洪涝灾情报送范围与内容，制定了报送制度。在纵向上形成了省、市、县、乡四级联动的组织方式，将网络报送功能进行了进一步延伸；横向上实现了各级防灾成员单位(如民政、农委、交通、电力等各行业部门)对洪涝灾情的统计和核报，提出了灾情报送工作的具体要求与做法，建立灾情核实长效机制，为初步评估洪涝灾害、防汛抢险、救灾决策提供科学依据。

2.2 洪涝灾情复核智能化系统研发

洪涝灾情统计涉及部门多，信息范围广，常存在信息多源性、时效性、准确性和随机性等问题，一直是减灾工作的难点，因此有必要将信息化技术应用于洪涝灾情统计工作中。利用数据库、制图、3S、计算机等先进技术，以收集并审核通过的行业基础数据、洪涝灾情数据以及为洪涝灾情统计提供服务的其他相关数据为数据源，建立历史洪涝灾情数据库、基础信息数据库、水利工程数据库、土地利用数据库、空间数据库、多媒体数据库及元数据库，形成全要素、长序列的洪涝灾情指标分析数据库，实现7大类数据有效管理。

以此数据库为基础，利用地图制图、地图配图、地图发布等技术，建立包括河流、湖泊、水库工程、水闸工程等水利专题数据以及省、市、县、乡政府驻地、高速、机场等基础数据两大类共41个要素、12级比例尺的辽宁省“水利一张图”，此图采用的技术为融合缓存，即一次性把地图所有图层按照预设的比例尺全部切片，采用此技术能够极大提高地图浏览速度，增加系统友好性，实现水利要素与洪涝灾情指标的集中展示。

辽宁省洪涝灾害指标分析复核系统采用了多层体系架构，逻辑结构清晰，便于功能的扩展。平台以标准规范体系和安全体系作为基础支撑，由基础环境层、数据资源层、应用支撑层、应用系统层4个层次构成，分为数据审核、基础数据查询、评估分析、系统管理4个模块。以灾情数据为数据库、辽宁省“水利一张图”为底图，共同组合成为辽宁省洪涝灾情指标分析复核系统的数据资源层，利用Java 语言，spring MVC框架等技术，实现了洪涝灾情数据导入、审核、入库、评估等过程智能化，实现了任意暴雨点在任意半径内的受灾情况评估，开拓了灾情数据由人工复核向智能化复核方式的转变，为更加及时、准确地报送灾情数据提供了有效依据。为省、市、县三级用户提供了传统灾情统计无法完成的信息处理复核过程。

2.3 洪涝灾害智能化监测评估技术研究

洪涝灾害监测评估是制定减灾策略、开展灾后评估的重要基础性工作。目前，辽宁省在洪涝灾害监测评估领域中开展了诸多工作，例如利用水文站以“点”的形式监测洪涝灾情相关的各种因素、利用远程视频系统遥测洪灾发生地小范围的灾情等，但区域尺度上对洪涝灾害监测评估尚有不足之处。

本研究首先采用高分一号卫星WFV数据作为水体遥感提取的主要数据源，将数据进行辐射定标、大气校正、影像配准、质量检验、几何校正等预处理。使用归一化水体指数[NDWI=(Green-NIR)/(Green+NIR)](NDWI为归一化水体指数，Green为绿波段数据，NIR为近红外波段数据)进行波段运算，求取每个对象的水体指数单波段影像文件，通过水体指数可以增强水体与其他地物的反差，便于水体信息提取。然后利用缓冲区矢量对几何校正后的影像进行裁剪，提取单个水体的研究区域，逐个统计单一研究区域内像元值的最小值和最大值，在0- 255值域内定义相应对象的水体指数直方图，并对直方图曲线进行平滑处理，以此减弱噪声的影响。最后通过从整体上分析单个对象的水体指数直方图分布特征，以及峰值在直方图上相对位置分布来确定不同情形下阈值自动寻找方法，完成相应对象水体范围的提取。

辽宁省河流众多，类型多样。受气候条件、地形地貌、土壤、水质、水污染等多种因素的影响，水体的光谱特性呈现出不同的表现形式。收集和积累各种典型地物光谱数据信息历来是遥感基础研究和应用研究中不可缺少的一个重要环节，研究和分析地物波普特性是发展遥感信息处理新方法、提高遥感分类识别水平的一个重要步骤。本研究利用TM多光谱影像提供的丰富波谱信息，通过加载河流数据，提取了水体的波普曲线，利用SQL SERVER数据库，将每条河流涉及的地物类型、波普曲线、数值等信息分类，依次入库，建立了全省50km2以上河流(共计845条)的水体波普库。该项技术成功应用于基于TM影像、高清航片、无人机影像的2010、2013年“8.16”、2017年“8.03”三次典型洪涝灾害的监测与评估。研究成果解决了水体遥感反演中阈值固定、针对性差等问题，极大地提高了遥感反演的自适应性与精度，提升了应对洪涝灾害的响应速度与应变能力，为全省应对异常气候条件下的洪涝灾害监测评估提供了技术支撑。

洪涝灾情智能化定灾技术研究技术路线图如图1所示。

图1 洪涝灾情智能化定灾技术研究技术路线图

3 研究成果

通过对洪涝灾情智能化定灾技术研究，建立了全要素、长序列的洪涝灾情指标分析数据库，绘制了辽宁省“水利一张图”，研发了洪涝灾情指标分析复核系统，实现了数据导入、审核、入库、评估等智能化操作过程；提出了基于归一化差异水体指数的直方图阈值自动分割技术，全面掌握了省内水利光谱信息，实现了全省范围内水体信息在二维尺度的精准反演。极大地丰富、完善、填补了灾情初定、复核、监测评估等方式方法，为相关项目的开展提供了技术支撑，推动了减灾策略向科学化、信息化、健康化转变。

(1)研究建立了洪涝灾情报送和复核的长效机制，为防汛减灾部门及时有效地报送灾情信息提供了科学依据，使灾情报送工作有据可依，为科学评估洪涝灾害、防汛抢险、救灾决策提供科学依据。

(2)研究研发的洪涝灾情指标分析复核系统，改变了传统的工作模式，解决了人工复合数据不可避免的问题，最大程度地降低了工作量，极大地提高了工作效率，提升了工作质量，为报灾、核灾提供了新的思维理念与技术手段，为及时、准确、科学、合理地复核灾情信息提供了有效工具。

(3)研究有效地提升了防汛减灾部门应对洪涝灾害的区域响应能力，为跟踪灾情发展动态、制定减灾策略、客观评估灾后损失等提供技术支撑，极大程度地减少了人员伤亡和财产损失，经济、社会效益显著。

4 结语

洪涝灾情智能化定灾技术研究创造性地提出一系列实用、先进的关键技术，解决了灾情复核手段落后、效率低下、正确率不高等技术难题，面对发生频率较高、分布范围较广、后果较为严重的洪涝灾害，能够实际指导抗灾对策的制定，具有较好的应用推广价值。同时，随着生产力水平提高、科技进步、社会发展等外力推动，防汛减灾工作对于洪涝灾情智能化定灾技术研究成果的需求也在与日俱增，因此，需要建立一整套可持续发展的更新与维护机制，以保证成果在今后的应用中持续发挥重要作用，促进全省洪涝灾情智能化定灾工作长足发展。