徐漢超

（沈陽市勘察測繪研究院有限公司，遼寧 沈陽 110004）

當(dāng)前世界范圍內(nèi)的防災(zāi)減災(zāi)形勢嚴(yán)峻，災(zāi)害對于人類和經(jīng)濟(jì)、社會發(fā)展的影響不斷加劇。在全球氣候變化背景下，隨著經(jīng)濟(jì)和城市化的加速發(fā)展，我國遭受各種災(zāi)害威脅的形勢也日益嚴(yán)峻[1]。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，多年來，災(zāi)害每年所造成的經(jīng)濟(jì)損失可占同年我國國家財(cái)政總收入的六分之一。遼寧省作為一個自然災(zāi)害多發(fā)省份，地質(zhì)災(zāi)害、氣象災(zāi)害、海洋災(zāi)害、農(nóng)業(yè)災(zāi)害和林業(yè)災(zāi)害都比較頻繁，尤其近年來洪澇災(zāi)害更有頻發(fā)趨勢，不僅威脅人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全，還給全省帶來巨大經(jīng)濟(jì)損失。據(jù)統(tǒng)計(jì)，遼寧省在建國后40年中，僅水災(zāi)累計(jì)造成13324人死亡，累計(jì)倒塌房屋80.8萬間，累計(jì)受災(zāi)農(nóng)作物面積581.17萬公頃。

突發(fā)事件的空間位置對提升應(yīng)急處置工作的科學(xué)化、精準(zhǔn)化有著十分重要的意義，因此，政府部門在應(yīng)急管理工作過程中對事發(fā)點(diǎn)的空間信息產(chǎn)生了強(qiáng)烈的需求[2]。在2008年汶川地震等災(zāi)害應(yīng)急管理中，應(yīng)急測繪保障體現(xiàn)出了前所未有的重要性與迫切性[3]。應(yīng)急測繪保障服務(wù)指“各級測繪行政主管部門為國家應(yīng)對突發(fā)事件提供的測繪保障活動”，是突發(fā)事件應(yīng)急準(zhǔn)備與處置、災(zāi)情評估、災(zāi)后恢復(fù)重建中的地理信息服務(wù)和測繪保障的核心與基礎(chǔ)。經(jīng)過多年的持續(xù)建設(shè)，我國應(yīng)急測繪保障體系在數(shù)據(jù)快速采集與處理、信息服務(wù)等關(guān)鍵技術(shù)上已取得長足進(jìn)步[4]。例如，河北、四川等省份已經(jīng)建立了各具特色的省級應(yīng)急測繪保障體系[5]。國家應(yīng)急測繪保障能力建設(shè)項(xiàng)目遼寧單項(xiàng)工程已開展建設(shè)，但其中的應(yīng)急數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)沿用基礎(chǔ)測繪產(chǎn)品質(zhì)量控制體系設(shè)置，工序流程較長，自動化程度低，不支持多模式的應(yīng)急測繪工作，處理數(shù)據(jù)速度和處理靈活性遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足應(yīng)急工作的需要，制約了應(yīng)急保障能力的有效發(fā)揮。為此，開展應(yīng)急數(shù)據(jù)快速處理系統(tǒng)研究與建設(shè)，以期在第一時間通過相應(yīng)的幾何糾正、高程地理信息提取、融合勻光勻色、集成分析提取等處理和分析，形成直觀、清晰、專業(yè)的應(yīng)急測繪產(chǎn)品，全面提升遼寧省應(yīng)急測繪保障能力。

一、系統(tǒng)組成

應(yīng)急數(shù)據(jù)快速處理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)主要包括各類傳感器獲取的影像數(shù)據(jù)，不同傳感器數(shù)據(jù)的處理能力和流程差異較大，結(jié)合應(yīng)急測繪服務(wù)保障的需要，應(yīng)急數(shù)據(jù)快速處理系統(tǒng)由航空遙感影像應(yīng)急處理子系統(tǒng)、傾斜攝影應(yīng)急處理子系統(tǒng)、衛(wèi)星遙感影像應(yīng)急處理子系統(tǒng)、應(yīng)急地理信息提取子系統(tǒng)和地理信息空間分析子系統(tǒng)組成。

1.航空遙感影像應(yīng)急處理子系統(tǒng)

具備處理常規(guī)不同幅面畫幅數(shù)碼面陣航空影像數(shù)據(jù)和視頻數(shù)據(jù)的能力，按需及時提供不同應(yīng)急救援階段的應(yīng)急測繪產(chǎn)品，包括快速拼接影像、數(shù)字正射影像、數(shù)字高程模型等應(yīng)急成果，支持應(yīng)急模式不同階段快速生產(chǎn)流程。

航空遙感影像應(yīng)急處理子系統(tǒng)相對于常規(guī)航空遙感影像獲取與處理，具備快速處理與精細(xì)處理兩種功能，其中與常規(guī)航空遙感影像處理不同的是，為了加快快速處理過程，同時滿足相應(yīng)的測量精度要求，首次提出了免像控低空遙感技術(shù)，采用RTK與PPK相結(jié)合，提供高精度POS數(shù)據(jù)，在對測區(qū)不做像控的條件下，使其輸出數(shù)字正射影像也能滿足精度要求，支持應(yīng)急數(shù)據(jù)生產(chǎn)。

2.傾斜攝影應(yīng)急處理子系統(tǒng)

具備處理傾斜攝影獲取的航空影像數(shù)據(jù)的能力，利用計(jì)算機(jī)多視幾何理論，能夠進(jìn)行傾斜攝影空三加密、影像快速糾正和拼接、三維模型提取等。

傾斜攝影應(yīng)急處理子系統(tǒng)相對于常規(guī)傾斜影像獲取與處理，提出了利用計(jì)算機(jī)多視幾何理論，共線條件方程不再按泰勒級數(shù)展開，所有計(jì)算均按代數(shù)幾何的方法直接矩陣進(jìn)行，沒有線性化處理過程，可以輸出測區(qū)的三維模型，豐富應(yīng)急測繪數(shù)據(jù)產(chǎn)品。

3.衛(wèi)星遙感影像應(yīng)急處理子系統(tǒng)

具備處理各種傳感器衛(wèi)星遙感影像處理的能力，按需及時提供不同應(yīng)急救援階段的應(yīng)急測繪產(chǎn)品。

衛(wèi)星遙感影像應(yīng)急處理子系統(tǒng)相對于常規(guī)衛(wèi)星遙感影像獲取與處理，采用了云服務(wù)平臺系統(tǒng)，具備海量數(shù)據(jù)接收管理和查詢功能，并且基于PCI-GXL的批量數(shù)據(jù)處理功能，達(dá)到了快速響應(yīng)，并保證高精度、高效率、高質(zhì)量的衛(wèi)星遙感影像應(yīng)用于應(yīng)急測繪保障。

4.應(yīng)急地理信息提取子系統(tǒng)

基于遙感數(shù)據(jù)和災(zāi)情地區(qū)基礎(chǔ)地理信息成果，通過提供多用戶協(xié)同提取、半自動輔助提取、變化監(jiān)測等多種手段，具有快速確定受災(zāi)區(qū)域位置、范圍、各類地物受影響或損毀情況的能力。

應(yīng)急地理信息提取子系統(tǒng)可通過監(jiān)督分類或非監(jiān)督分類等方法，采用全自動或半自動提取方式，雖然提取算法與方式上與常規(guī)地理信息提取基本一致，但是應(yīng)急地理信息提取子系統(tǒng)更專注于快速確定受災(zāi)區(qū)位置、范圍以及各類地物受影響情況，能夠及時反饋受災(zāi)區(qū)相關(guān)地理信息，給減災(zāi)救災(zāi)提供地理信息保障服務(wù)。

5.地理信息空間分析子系統(tǒng)

采用空間統(tǒng)計(jì)與空間分析相結(jié)合的手段，針對不同類型災(zāi)害開展應(yīng)急測繪地理信息統(tǒng)計(jì)分析工作，為各類用戶及時提供應(yīng)急測繪地理信息空間統(tǒng)計(jì)報(bào)表、空間分析報(bào)告等。

地理信息空間分析子系統(tǒng)可采用形態(tài)分析、覆蓋分析、鄰域分析、連接分析等技術(shù)手段，以區(qū)域化變量為基礎(chǔ)，借助變異函數(shù)，研究具有空間相關(guān)性的不同類型災(zāi)害的空間位置與屬性特征，為減災(zāi)救災(zāi)及時提供應(yīng)急測繪地理信息空間統(tǒng)計(jì)報(bào)表、空間分析報(bào)告等。

二、系統(tǒng)流程

1.應(yīng)急數(shù)據(jù)快速（急速）處理階段

主要滿足各專業(yè)應(yīng)急救援機(jī)構(gòu)開展應(yīng)急準(zhǔn)備和應(yīng)急決策對各種現(xiàn)場影像快速處理的需要。災(zāi)后現(xiàn)場影像等數(shù)據(jù)獲取后，完成獲取影像快速拼接，生產(chǎn)災(zāi)區(qū)的災(zāi)情現(xiàn)場影像圖，根據(jù)實(shí)際需要，生產(chǎn)災(zāi)區(qū)的應(yīng)急數(shù)字正射影像和應(yīng)急數(shù)字高程模型或應(yīng)急數(shù)字地表模型數(shù)據(jù)，生產(chǎn)災(zāi)區(qū)的大范圍立體影像數(shù)據(jù)。

2.應(yīng)急數(shù)據(jù)精細(xì)處理階段

利用各種參考信息或少量的人機(jī)交互作業(yè)，生產(chǎn)精度更高的災(zāi)區(qū)影像、數(shù)字高程模型和三維實(shí)景影像產(chǎn)品，主要滿足應(yīng)急救援和災(zāi)情評估階段的需要。如增加少量的控制信息或利用嚴(yán)格的空三加密處理，提高數(shù)字正射影像和數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)的幾何精度和成果質(zhì)量。

3.應(yīng)急地理信息提取階段

通過災(zāi)前災(zāi)后影像對比、矢量與現(xiàn)勢影像對比等分析，結(jié)合部分半自動、自動化工具，提取災(zāi)區(qū)損毀情況及災(zāi)害體、次生災(zāi)害的位置、范圍及分布情況。在此基礎(chǔ)上，基于統(tǒng)計(jì)方法和空間分析模型，對災(zāi)害地理信息變化狀況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，分析各類地物受影響情況及其空間分布特征，形成圖、表、報(bào)告形式的災(zāi)情統(tǒng)計(jì)分析成果。

三、數(shù)據(jù)處理流程

為了更好提供應(yīng)急測繪服務(wù)，使得應(yīng)急測繪數(shù)據(jù)既能滿足急速處理要求，又能達(dá)到精細(xì)處理質(zhì)量，我們引入瑞士的Pix4D軟件（圖1）。

以航空遙感影像應(yīng)急處理子系統(tǒng)為例，介紹應(yīng)急數(shù)據(jù)處理流程。

1.新建工程

新建工程，選擇工程的種類、工程名稱、工程存放路徑（圖2）。在添加照片前需要核對照片數(shù)目與POS數(shù)目，添加照片時可以不需要添加每組影像的前兩張照片（前兩張照片是飛機(jī)剛起飛時拍攝的照片，照片模糊）。

添加照片后，添加POS數(shù)據(jù)，投影信息可根據(jù)數(shù)據(jù)要求進(jìn)行轉(zhuǎn)換。設(shè)置影像屬性，設(shè)置POS數(shù)據(jù)坐標(biāo)系，默認(rèn)是WGS84（經(jīng)緯度）坐標(biāo)。設(shè)置POS數(shù)據(jù)文件，點(diǎn)從文件選擇POS文件。設(shè)置相機(jī)文件。通常軟件能夠自動識別影像相機(jī)模型。確認(rèn)各項(xiàng)設(shè)置后，完成工程的建立（圖3）。

2.數(shù)據(jù)快速處理

快速處理出來的結(jié)果精度比較低，所以快速處理的速度會快很多。因此快速處理建議在飛行現(xiàn)場進(jìn)行，發(fā)現(xiàn)問題方便及時處理。如果快速處理失敗了，那么后續(xù)的操作也可能出現(xiàn)相同結(jié)果。

初步處理和快速檢測選上，其他不選，點(diǎn)開始，等待軟件運(yùn)行完，可以查看快速處理得到的成果（一張的影像拼圖），檢查快速處理質(zhì)量報(bào)告（圖4）。

3.輸出成果

在前面添加控制點(diǎn)過程中，如果初步處理已經(jīng)運(yùn)行了（使用方法2以及方法3選項(xiàng)添加控制點(diǎn)），那么這里就不需要再次運(yùn)行了。軟件可以輸出多種應(yīng)急測繪成果，XYZ是空間坐標(biāo)文件、LAS是LiDAR點(diǎn)云文件、LAZ是LAS壓縮文件。

四、結(jié)語

測繪地理信息在突發(fā)事件應(yīng)急處置和防災(zāi)減災(zāi)中具有不可或缺的重要作用，成為了解災(zāi)情、指揮決策、搶險救災(zāi)、應(yīng)對突發(fā)事件的科學(xué)工具和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，這是國內(nèi)外應(yīng)急體系建設(shè)的實(shí)踐共識。本文提出依托應(yīng)急數(shù)據(jù)交換中心，率先形成應(yīng)急數(shù)據(jù)快速獲取及處理能力，通過五個子系統(tǒng)，制作滿足不同應(yīng)急階段需求多類型應(yīng)急測繪成果，彌補(bǔ)省內(nèi)設(shè)備支持?jǐn)?shù)據(jù)源有限、功能單一、應(yīng)急測繪數(shù)據(jù)處理快速反應(yīng)能力不強(qiáng)等不足。在應(yīng)急測繪數(shù)據(jù)精細(xì)處理關(guān)鍵技術(shù)中，提出添加控制信息的三種方案，并分別對三種方案的精度與效率進(jìn)行對比分析，解決應(yīng)急測繪數(shù)據(jù)精細(xì)處理過程中效率不高難題，為拓展應(yīng)急測繪數(shù)據(jù)在多領(lǐng)域應(yīng)用提供支撐。