省级应急测绘数据快速处理系统研究——以辽宁省为例

徐汉超

（沈阳市勘察测绘研究院有限公司，辽宁 沈阳 110004）

当前世界范围内的防灾减灾形势严峻，灾害对于人类和经济、社会发展的影响不断加剧。在全球气候变化背景下，随着经济和城市化的加速发展，我国遭受各种灾害威胁的形势也日益严峻[1]。据不完全统计，多年来，灾害每年所造成的经济损失可占同年我国国家财政总收入的六分之一。辽宁省作为一个自然灾害多发省份，地质灾害、气象灾害、海洋灾害、农业灾害和林业灾害都比较频繁，尤其近年来洪涝灾害更有频发趋势，不仅威胁人民群众生命财产安全，还给全省带来巨大经济损失。据统计，辽宁省在建国后40年中，仅水灾累计造成13324人死亡，累计倒塌房屋80.8万间，累计受灾农作物面积581.17万公顷。

突发事件的空间位置对提升应急处置工作的科学化、精准化有着十分重要的意义，因此，政府部门在应急管理工作过程中对事发点的空间信息产生了强烈的需求[2]。在2008年汶川地震等灾害应急管理中，应急测绘保障体现出了前所未有的重要性与迫切性[3]。应急测绘保障服务指“各级测绘行政主管部门为国家应对突发事件提供的测绘保障活动”，是突发事件应急准备与处置、灾情评估、灾后恢复重建中的地理信息服务和测绘保障的核心与基础。经过多年的持续建设，我国应急测绘保障体系在数据快速采集与处理、信息服务等关键技术上已取得长足进步[4]。例如，河北、四川等省份已经建立了各具特色的省级应急测绘保障体系[5]。国家应急测绘保障能力建设项目辽宁单项工程已开展建设，但其中的应急数据处理系统沿用基础测绘产品质量控制体系设置，工序流程较长，自动化程度低，不支持多模式的应急测绘工作，处理数据速度和处理灵活性远远不能满足应急工作的需要，制约了应急保障能力的有效发挥。为此，开展应急数据快速处理系统研究与建设，以期在第一时间通过相应的几何纠正、高程地理信息提取、融合匀光匀色、集成分析提取等处理和分析，形成直观、清晰、专业的应急测绘产品，全面提升辽宁省应急测绘保障能力。

一、系统组成

应急数据快速处理系统的数据主要包括各类传感器获取的影像数据，不同传感器数据的处理能力和流程差异较大，结合应急测绘服务保障的需要，应急数据快速处理系统由航空遥感影像应急处理子系统、倾斜摄影应急处理子系统、卫星遥感影像应急处理子系统、应急地理信息提取子系统和地理信息空间分析子系统组成。

1.航空遥感影像应急处理子系统

具备处理常规不同幅面画幅数码面阵航空影像数据和视频数据的能力，按需及时提供不同应急救援阶段的应急测绘产品，包括快速拼接影像、数字正射影像、数字高程模型等应急成果，支持应急模式不同阶段快速生产流程。

航空遥感影像应急处理子系统相对于常规航空遥感影像获取与处理，具备快速处理与精细处理两种功能，其中与常规航空遥感影像处理不同的是，为了加快快速处理过程，同时满足相应的测量精度要求，首次提出了免像控低空遥感技术，采用RTK与PPK相结合，提供高精度POS数据，在对测区不做像控的条件下，使其输出数字正射影像也能满足精度要求，支持应急数据生产。

2.倾斜摄影应急处理子系统

具备处理倾斜摄影获取的航空影像数据的能力，利用计算机多视几何理论，能够进行倾斜摄影空三加密、影像快速纠正和拼接、三维模型提取等。

倾斜摄影应急处理子系统相对于常规倾斜影像获取与处理，提出了利用计算机多视几何理论，共线条件方程不再按泰勒级数展开，所有计算均按代数几何的方法直接矩阵进行，没有线性化处理过程，可以输出测区的三维模型，丰富应急测绘数据产品。

3.卫星遥感影像应急处理子系统

具备处理各种传感器卫星遥感影像处理的能力，按需及时提供不同应急救援阶段的应急测绘产品。

卫星遥感影像应急处理子系统相对于常规卫星遥感影像获取与处理，采用了云服务平台系统，具备海量数据接收管理和查询功能，并且基于PCI-GXL的批量数据处理功能，达到了快速响应，并保证高精度、高效率、高质量的卫星遥感影像应用于应急测绘保障。

4.应急地理信息提取子系统

基于遥感数据和灾情地区基础地理信息成果，通过提供多用户协同提取、半自动辅助提取、变化监测等多种手段，具有快速确定受灾区域位置、范围、各类地物受影响或损毁情况的能力。

应急地理信息提取子系统可通过监督分类或非监督分类等方法，采用全自动或半自动提取方式，虽然提取算法与方式上与常规地理信息提取基本一致，但是应急地理信息提取子系统更专注于快速确定受灾区位置、范围以及各类地物受影响情况，能够及时反馈受灾区相关地理信息，给减灾救灾提供地理信息保障服务。

5.地理信息空间分析子系统

采用空间统计与空间分析相结合的手段，针对不同类型灾害开展应急测绘地理信息统计分析工作，为各类用户及时提供应急测绘地理信息空间统计报表、空间分析报告等。

地理信息空间分析子系统可采用形态分析、覆盖分析、邻域分析、连接分析等技术手段，以区域化变量为基础，借助变异函数，研究具有空间相关性的不同类型灾害的空间位置与属性特征，为减灾救灾及时提供应急测绘地理信息空间统计报表、空间分析报告等。

二、系统流程

1.应急数据快速（急速）处理阶段

主要满足各专业应急救援机构开展应急准备和应急决策对各种现场影像快速处理的需要。灾后现场影像等数据获取后，完成获取影像快速拼接，生产灾区的灾情现场影像图，根据实际需要，生产灾区的应急数字正射影像和应急数字高程模型或应急数字地表模型数据，生产灾区的大范围立体影像数据。

2.应急数据精细处理阶段

利用各种参考信息或少量的人机交互作业，生产精度更高的灾区影像、数字高程模型和三维实景影像产品，主要满足应急救援和灾情评估阶段的需要。如增加少量的控制信息或利用严格的空三加密处理，提高数字正射影像和数字高程模型数据的几何精度和成果质量。

3.应急地理信息提取阶段

通过灾前灾后影像对比、矢量与现势影像对比等分析，结合部分半自动、自动化工具，提取灾区损毁情况及灾害体、次生灾害的位置、范围及分布情况。在此基础上，基于统计方法和空间分析模型，对灾害地理信息变化状况进行统计，分析各类地物受影响情况及其空间分布特征，形成图、表、报告形式的灾情统计分析成果。

三、数据处理流程

为了更好提供应急测绘服务，使得应急测绘数据既能满足急速处理要求，又能达到精细处理质量，我们引入瑞士的Pix4D软件（图1）。

以航空遥感影像应急处理子系统为例，介绍应急数据处理流程。

1.新建工程

新建工程，选择工程的种类、工程名称、工程存放路径（图2）。在添加照片前需要核对照片数目与POS数目，添加照片时可以不需要添加每组影像的前两张照片（前两张照片是飞机刚起飞时拍摄的照片，照片模糊）。

添加照片后，添加POS数据，投影信息可根据数据要求进行转换。设置影像属性，设置POS数据坐标系，默认是WGS84（经纬度）坐标。设置POS数据文件，点从文件选择POS文件。设置相机文件。通常软件能够自动识别影像相机模型。确认各项设置后，完成工程的建立（图3）。

2.数据快速处理

快速处理出来的结果精度比较低，所以快速处理的速度会快很多。因此快速处理建议在飞行现场进行，发现问题方便及时处理。如果快速处理失败了，那么后续的操作也可能出现相同结果。

初步处理和快速检测选上，其他不选，点开始，等待软件运行完，可以查看快速处理得到的成果（一张的影像拼图），检查快速处理质量报告（图4）。

3.输出成果

在前面添加控制点过程中，如果初步处理已经运行了（使用方法2以及方法3选项添加控制点），那么这里就不需要再次运行了。软件可以输出多种应急测绘成果，XYZ是空间坐标文件、LAS是LiDAR点云文件、LAZ是LAS压缩文件。

四、结语

测绘地理信息在突发事件应急处置和防灾减灾中具有不可或缺的重要作用，成为了解灾情、指挥决策、抢险救灾、应对突发事件的科学工具和基础数据，这是国内外应急体系建设的实践共识。本文提出依托应急数据交换中心，率先形成应急数据快速获取及处理能力，通过五个子系统，制作满足不同应急阶段需求多类型应急测绘成果，弥补省内设备支持数据源有限、功能单一、应急测绘数据处理快速反应能力不强等不足。在应急测绘数据精细处理关键技术中，提出添加控制信息的三种方案，并分别对三种方案的精度与效率进行对比分析，解决应急测绘数据精细处理过程中效率不高难题，为拓展应急测绘数据在多领域应用提供支撑。