摘 要：由于應(yīng)急事件突發(fā)性強(qiáng)、破壞力強(qiáng)、不確定性強(qiáng)等特點(diǎn)，應(yīng)急救援和救助通常任務(wù)緊急，對(duì)救援時(shí)間窗口要求高。通導(dǎo)遙一體化的空天地信息支援體系可為應(yīng)急管理提供全域感知、實(shí)時(shí)通信、精準(zhǔn)導(dǎo)航等保障，進(jìn)一步滿足了應(yīng)急管理全流程對(duì)實(shí)時(shí)、高精度、智能化的信息服務(wù)需求。從實(shí)際應(yīng)用出發(fā)，梳理了應(yīng)急管理的信息支援需求以及現(xiàn)狀和挑戰(zhàn)；在此基礎(chǔ)之上，提出空天地應(yīng)急信息支援體系，并從物理架構(gòu)、功能架構(gòu)、服務(wù)系統(tǒng)、服務(wù)流程、評(píng)估指標(biāo)體系等多維角度進(jìn)行闡述，以期能夠?yàn)榭仗斓貞?yīng)急信息支援體系的研究提供有價(jià)值的參考。

關(guān)鍵詞：通導(dǎo)遙一體化；應(yīng)急信息支援體系架構(gòu)；全域感知；實(shí)時(shí)通信；精準(zhǔn)導(dǎo)航

中圖分類號(hào)：ＴＰ３９３ 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：Ａ 開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（ＯＳＩＤ）：

文章編號(hào)：１００３－３１１４（２０２４）０６－１０６７－０８

０ 引言

近年來，森林火災(zāi)、地質(zhì)災(zāi)害以及暴雨、泥石流、雨雪冰凍等極端天氣引起的各類自然災(zāi)害頻發(fā)，重大災(zāi)害具有瞬時(shí)突發(fā)性強(qiáng)、破壞力強(qiáng)、不確定性強(qiáng)等特點(diǎn)，通常會(huì)引發(fā)財(cái)產(chǎn)的巨大損失。為了在災(zāi)害發(fā)生前進(jìn)行有效的識(shí)別預(yù)警，在災(zāi)害發(fā)生后提供高效率和高質(zhì)量的應(yīng)急救援，需要實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的應(yīng)急管理。應(yīng)急管理以人道主義應(yīng)急救援的各個(gè)階段（事前隱患識(shí)別、事發(fā)實(shí)時(shí)監(jiān)測、事中應(yīng)急指揮、事后調(diào)查評(píng)估）需求為切入點(diǎn)，對(duì)所有資源和行動(dòng)進(jìn)行統(tǒng)籌調(diào)度和規(guī)劃，從而最大程度降低災(zāi)難事件給經(jīng)濟(jì)社會(huì)和人民生活造成的負(fù)面影響。

應(yīng)急事件發(fā)生具有高度不確定、跨地域以及對(duì)當(dāng)?shù)鼗A(chǔ)設(shè)施破壞強(qiáng)等特點(diǎn)，且應(yīng)急救援和救助通常任務(wù)緊急，對(duì)救援時(shí)間窗口要求高，應(yīng)急管理需要整合信息獲取、位置確定、通信傳輸?shù)然A(chǔ)設(shè)施構(gòu)建具有高實(shí)時(shí)性、高容錯(cuò)性以及精確信息獲取能力的信息支援體系，以便迅速準(zhǔn)確獲取災(zāi)害發(fā)生后的災(zāi)情信息，并且將調(diào)度指令實(shí)時(shí)準(zhǔn)確傳達(dá)至相應(yīng)的資源節(jié)點(diǎn)（受災(zāi)人員、救援人員、應(yīng)急物資等）。因此，為了實(shí)現(xiàn)泛在、全域、精準(zhǔn)感知與靈活、高效、實(shí)時(shí)通信的應(yīng)急信息服務(wù)，構(gòu)建通導(dǎo)遙融合的信息支援體系架構(gòu)勢在必行［１－２］。

１ 研究現(xiàn)狀

國內(nèi)外的應(yīng)急信息支援體系發(fā)展歷程包括：單一網(wǎng)絡(luò)模式、雙層網(wǎng)絡(luò)模式、多層網(wǎng)絡(luò)模式［３］，如圖１ 所示。應(yīng)急信息支援體系發(fā)展的第一階段主要依靠地面基礎(chǔ)設(shè)施實(shí)現(xiàn)應(yīng)急通信和信息獲取。然而，在災(zāi)害發(fā)生時(shí)地面設(shè)施極易受損，難以滿足應(yīng)急管理對(duì)信息支援系統(tǒng)實(shí)時(shí)性、可靠性的需求。相比于地面信息系統(tǒng)，衛(wèi)星信息系統(tǒng)具有覆蓋范圍廣、信息處理能力強(qiáng)、業(yè)務(wù)靈活多樣、受地面影響小的優(yōu)勢。因此，應(yīng)急信息支援體系的第二階段增加了天基信息系統(tǒng)作為地面信息系統(tǒng)的強(qiáng)力補(bǔ)充，提高了應(yīng)急信息支援能力的可靠性和快速反應(yīng)能力。受限于衛(wèi)星發(fā)射成本和覆蓋的周期性以及資源利用率低的問題，應(yīng)急信息支援體系的第三階段利用無人機(jī)、浮空平臺(tái)、系留氣球等航空平臺(tái)搭載通信基站、傳感器增強(qiáng)應(yīng)急信息支援系統(tǒng)能力，低成本提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性、機(jī)動(dòng)性和分辨率。

空天地應(yīng)急信息支援體系是一個(gè)全球覆蓋、隨遇接入、按需服務(wù)、彈性拓展的通導(dǎo)遙一體化信息系統(tǒng)［４－５］。相對(duì)于傳統(tǒng)的地面信息支援體系，空天地信息支援體系具有以下特點(diǎn)：① 空天地互補(bǔ)賦能。地面信息系統(tǒng)受地形和災(zāi)害的影響可以被天基信息系統(tǒng)的廣域覆蓋解決，而低成本的空基信息系統(tǒng)增加了整個(gè)信息系統(tǒng)的靈活性，并且可以根據(jù)區(qū)域或者災(zāi)情需求針對(duì)性地補(bǔ)充增強(qiáng)。② 通導(dǎo)遙一體化。導(dǎo)航系統(tǒng)提供的定位和導(dǎo)航能力為遙感和通信系統(tǒng)提供位置信息和導(dǎo)航指引，遙感系統(tǒng)獲取的環(huán)境和目標(biāo)信息通過實(shí)時(shí)的通信系統(tǒng)及時(shí)回傳，通導(dǎo)遙系統(tǒng)的相互融合和增強(qiáng)才能提供更加智能、高效的應(yīng)用服務(wù)［６］。

基于上述特點(diǎn)，空天地信息支援體系能夠提供以下服務(wù)：① 靈活可擴(kuò)展的信息傳輸能力。天基通信網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)足了地面網(wǎng)絡(luò)的覆蓋盲區(qū)，空基自組織網(wǎng)提高了天地網(wǎng)絡(luò)的靈活性，有效縮短應(yīng)急響應(yīng)時(shí)間［７］。② 全面多維度的信息獲取能力。地面的有線、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)信息獲取范圍有限，天基遙感衛(wèi)星大大提高了信息獲取范圍，機(jī)動(dòng)性強(qiáng)、分辨率高的空基遙感系統(tǒng)可以有效提高目標(biāo)確認(rèn)和目標(biāo)跟蹤的實(shí)時(shí)性。③ 實(shí)時(shí)可靠的應(yīng)急救援能力。在復(fù)雜環(huán)境中快速構(gòu)建應(yīng)急通信保障，并基于空天地多樣化的傳感器實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場信息的高精度采集和及時(shí)回傳，為應(yīng)急指揮提供準(zhǔn)確的決策依據(jù)。

現(xiàn)有通信、導(dǎo)航、遙感系統(tǒng)發(fā)展各成體系，使空天地一體化融合服務(wù)、通導(dǎo)遙互補(bǔ)增強(qiáng)需要調(diào)度不同系統(tǒng)（通信、導(dǎo)航、遙感）、不同載體（衛(wèi)星、無人機(jī)、飛機(jī)、通信車、基站等設(shè)施）的資源。然而，現(xiàn)有的通信、導(dǎo)航、遙感服務(wù)體系分立，跨系統(tǒng)融合互通困難，存在系統(tǒng)孤立、信息分離、服務(wù)滯后的問題；天基、空基、地基設(shè)施煙囪式發(fā)展，跨平臺(tái)資源協(xié)調(diào)存在制度壁壘、響應(yīng)滯后；感知數(shù)據(jù)多元異構(gòu)，遙感數(shù)據(jù)、傳感器數(shù)據(jù)、導(dǎo)航數(shù)據(jù)的時(shí)空基準(zhǔn)不統(tǒng)一會(huì)影響數(shù)據(jù)的有效性，同時(shí)影響數(shù)據(jù)的通信傳輸［８］。因此，綜合運(yùn)用通信、導(dǎo)航、遙感等技術(shù)手段，突破現(xiàn)有的衛(wèi)星、航空、地面服務(wù)體系，研究自然災(zāi)害、事故災(zāi)害、社會(huì)安全事件等監(jiān)測識(shí)別、信息回傳、指揮決策和應(yīng)急支援全過程的實(shí)時(shí)信息服務(wù)需求，構(gòu)建通導(dǎo)遙、空天地一體化服務(wù)新形態(tài)。

２ 需求分析

應(yīng)急管理對(duì)通導(dǎo)遙融合的信息服務(wù)需求十分迫切，通過高分辨率遙感設(shè)備實(shí)時(shí)感知受災(zāi)環(huán)境情況，并通過全球覆蓋的通信網(wǎng)絡(luò)將現(xiàn)場信息實(shí)時(shí)回傳，基于感知數(shù)據(jù)和災(zāi)情研判模型，對(duì)災(zāi)情進(jìn)行發(fā)現(xiàn)、預(yù)警、評(píng)估，并生成應(yīng)急處置方案下發(fā)至終端進(jìn)行實(shí)時(shí)的指揮調(diào)度。應(yīng)急管理全流程的信息支援需求如圖２ 所示［９］。

① 事前隱患識(shí)別－透徹感知：事前隱患識(shí)別的核心在于對(duì)環(huán)境的透徹感知，從而實(shí)現(xiàn)災(zāi)情隱患的早發(fā)現(xiàn)、早預(yù)警、早處置?！盁o障礙觀測”“多測度觀測”的對(duì)地觀測衛(wèi)星可以對(duì)潛在風(fēng)險(xiǎn)區(qū)進(jìn)行常態(tài)化感知監(jiān)測，并將異常情況通過中繼衛(wèi)星、寬帶衛(wèi)星、星地?cái)?shù)傳鏈路實(shí)時(shí)回傳至地面進(jìn)行隱患識(shí)別；如果隱患需進(jìn)一步確認(rèn)，一方面可以依托高精度遙感衛(wèi)星進(jìn)行跟蹤拍攝，另一方面可以調(diào)度機(jī)動(dòng)、低成本的航空平臺(tái)（無人機(jī)、航空飛機(jī)等）進(jìn)行目標(biāo)確認(rèn)；導(dǎo)航定位增強(qiáng)服務(wù)可以通過定位終端設(shè)備與測量地表形變識(shí)別災(zāi)害情況并進(jìn)行預(yù)警。導(dǎo)航定位技術(shù)和遙感觀測技術(shù)的融合互補(bǔ)可以實(shí)現(xiàn)滑坡監(jiān)測預(yù)警［１０］、地表沉降監(jiān)測［１１］、礦山沉陷監(jiān)測［１２］、水壩形變監(jiān)測［１３］等自然災(zāi)害識(shí)別。

② 事發(fā)實(shí)時(shí)監(jiān)測－即時(shí)服務(wù)：災(zāi)情發(fā)生階段，由于應(yīng)急救援和救助通常任務(wù)緊急，空天地應(yīng)急信息支援體系可以對(duì)現(xiàn)場信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測、動(dòng)態(tài)研判，并通過多維感知數(shù)據(jù)和災(zāi)害機(jī)理模型供地面指揮中心研判災(zāi)害事件信息。對(duì)于災(zāi)情區(qū)域，可以調(diào)度遙感衛(wèi)星獲取高分辨率的遙感影像數(shù)據(jù)，同時(shí)可以機(jī)動(dòng)調(diào)度航空遙感平臺(tái)對(duì)災(zāi)情區(qū)域進(jìn)行持續(xù)監(jiān)測。大量遙感數(shù)據(jù)在地面數(shù)傳資源有限的情況下可以通過衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)回傳。在地面網(wǎng)絡(luò)受損的情況下，通過機(jī)動(dòng)調(diào)度應(yīng)急通信車以及衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)提供無線通信覆蓋，使得受災(zāi)區(qū)域不中斷通信，災(zāi)情信息及時(shí)傳送回地面指揮中心形成實(shí)時(shí)的現(xiàn)場災(zāi)情態(tài)勢，根據(jù)需求進(jìn)行災(zāi)情分發(fā)。

③ 事中應(yīng)急指揮－精準(zhǔn)救援：應(yīng)急指揮人員根據(jù)現(xiàn)場災(zāi)情態(tài)勢進(jìn)行災(zāi)情判定、救援決策、啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案。通過導(dǎo)航定位系統(tǒng)為救災(zāi)人員和救援物資的調(diào)度提供位置和路線信息，優(yōu)化救援力量部署；為應(yīng)急通信車、航空遙感平臺(tái)提供位置姿態(tài)信息，輔助信息支援系統(tǒng)的資源調(diào)度?？仗斓匾惑w的通信網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)雙向語音通話，隨時(shí)發(fā)起單呼、組呼、會(huì)議和廣播等語音調(diào)度指令，提供視頻服務(wù)同步獲取現(xiàn)場信息，保障調(diào)度信息的實(shí)時(shí)可靠下發(fā)，跨部門的決策信息協(xié)調(diào)，為通導(dǎo)遙構(gòu)建的信息通路、為救援部門以及現(xiàn)場救援物資的統(tǒng)籌調(diào)度提供實(shí)時(shí)有效的信息溝通手段。

④ 事后調(diào)查評(píng)估－災(zāi)情評(píng)估：在災(zāi)情發(fā)生后，準(zhǔn)確的災(zāi)情評(píng)估是全面反映災(zāi)情、確定救災(zāi)方案、制定災(zāi)害援助計(jì)劃的重要依據(jù)。空天地一體的遙感、導(dǎo)航、傳感器系統(tǒng)為受災(zāi)評(píng)估提供直接的客觀觀測資料，為災(zāi)后救助和災(zāi)情核查提供客觀數(shù)據(jù)依據(jù)。

上述應(yīng)急管理全流程需要性能強(qiáng)大的信息支援能力，包括復(fù)雜環(huán)境實(shí)時(shí)感知服務(wù)能力與信息實(shí)時(shí)回傳能力。信息感知服務(wù)需實(shí)現(xiàn)“三全”（全天候、全天時(shí)、全球觀測）、“三高”（高空間分辨率、高光譜分辨率、高時(shí)間分辨率），空間分辨率要達(dá)到分米級(jí)，時(shí)間分辨率要達(dá)到分鐘級(jí)，數(shù)據(jù)處理速度少于１ ｍｉｎ；導(dǎo)航定位服務(wù)需實(shí)現(xiàn)全天時(shí)、全天域、全球觀察，實(shí)時(shí)導(dǎo)航定位精度達(dá)到分米級(jí)；通信傳輸服務(wù)需實(shí)現(xiàn)全球覆蓋、隨遇接入、按需服務(wù)，支持語音、數(shù)據(jù)、寬帶等各類業(yè)務(wù)，端到端傳輸時(shí)延少于１ ｍｉｎ［１４］。

３ 體系架構(gòu)

針對(duì)應(yīng)急管理的信息服務(wù)需求，提出一種應(yīng)急信息支援體系架構(gòu)，從體系組成、物理架構(gòu)、功能架構(gòu)、服務(wù)系統(tǒng)、服務(wù)流程、評(píng)估指標(biāo)體系等方面闡述。

３． １ 應(yīng)急信息支援體系組成

空天地應(yīng)急信息支援體系如圖３ 所示，包括信息獲取、信息傳輸、信息處理、管理決策４ 個(gè)系統(tǒng)。信息獲取系統(tǒng)包括遙感衛(wèi)星、導(dǎo)航衛(wèi)星、空基導(dǎo)航遙感、地基傳感器采集等系統(tǒng)；信息傳輸系統(tǒng)包括衛(wèi)星通信、空基通信、地面?zhèn)鬏數(shù)染W(wǎng)絡(luò)；信息處理系統(tǒng)包括天基在軌信息處理和地面信息處理系統(tǒng)；管理決策系統(tǒng)主要依托地面，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控、評(píng)估、決策、救援等功能。

３． ２ 應(yīng)急信息支援體系物理架構(gòu)

空天地應(yīng)急信息支援體系架構(gòu)以地面部分為依托、天基部分為拓展、空基部分為補(bǔ)充，采用統(tǒng)一的信息接口、技術(shù)架構(gòu)、服務(wù)流程和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，實(shí)現(xiàn)空天地互補(bǔ)增強(qiáng)、通導(dǎo)遙信息融合，如圖４ 所示。

① 地基信息系統(tǒng)的通信系統(tǒng)主要由移動(dòng)通信網(wǎng)、地面互聯(lián)網(wǎng)組成承載網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)急通信車、車載設(shè)備等組成機(jī)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，地面微波站、激光站用于天基、空基網(wǎng)絡(luò)接口聯(lián)通。地面信息采集系統(tǒng)主要由傳感器網(wǎng)絡(luò)組成，可近地或就地對(duì)局部區(qū)域進(jìn)行全天候信息采集，同時(shí)現(xiàn)代化穿戴設(shè)備、測繪車、終端設(shè)備也可以通過眾包采集的方式進(jìn)行信息采集并通過大數(shù)據(jù)分析技術(shù)獲取有效信息。地基導(dǎo)航增強(qiáng)系統(tǒng)由固定參考站網(wǎng)來獲取衛(wèi)星定位測量誤差，從而提高定位精度。應(yīng)急管理中心和信息處理中心也主要依托地面系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，通過云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)實(shí)現(xiàn)大量信息的存儲(chǔ)、處理以及應(yīng)用支撐。

② 天基信息系統(tǒng)的通信系統(tǒng)由高、中、低軌的通信衛(wèi)星組成，實(shí)現(xiàn)大范圍信號(hào)覆蓋、用戶接入和骨干傳輸，支持寬帶、移動(dòng)、中繼等各類服務(wù)，實(shí)現(xiàn)語音、數(shù)據(jù)、寬帶多媒體等多種業(yè)務(wù)［１５］。天基信息采集系統(tǒng)由紅外、合成孔徑雷達(dá)（Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ ＡｐｅｒｔｕｒｅＲａｄａｒ，ＳＡＲ）、可見光、高光譜、雷達(dá)等各類遙感衛(wèi)星形成陸地、海洋、氣象三大衛(wèi)星遙感系統(tǒng)。天基導(dǎo)航系統(tǒng)由導(dǎo)航衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)高精度的定位導(dǎo)航授時(shí)、星基增強(qiáng)、精密定位信息播發(fā)等功能。天基信息系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星遙感、衛(wèi)星導(dǎo)航、衛(wèi)星通信，提供高性能定位、導(dǎo)航、授時(shí)、遙感、通信（Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ，Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ，Ｔｉｍｉｎｇ，Ｒｅｍｏｔｅ Ｓｅｎｓｉｎｇ，Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ，ＰＮＴＲＣ）的一體化實(shí)時(shí)服務(wù)［１６］。在時(shí)空大數(shù)據(jù)［１７］、邊緣計(jì)算［１８］、資源虛擬化［１９］技術(shù)支撐下，提供實(shí)時(shí)、高精度、智能化的天基信息服務(wù)［２０］。

③ 空基信息系統(tǒng)由高空平臺(tái)（位于平流層的氣球、飛艇等）、中空平臺(tái)（航空飛機(jī)及其他）、低空平臺(tái)（無人機(jī)及其他）組成?？栈ㄐ畔到y(tǒng)由航空平臺(tái)承載無線基站提供通信服務(wù)，機(jī)動(dòng)靈活地部署以彌補(bǔ)地面網(wǎng)絡(luò)的不足?？栈畔⒉杉到y(tǒng)由航空平臺(tái)攜帶攝影測量設(shè)備、工程測量設(shè)備、時(shí)空姿態(tài)傳感器提供信息獲取服務(wù)，其機(jī)動(dòng)靈活性和更低的飛行高度可以有效提高遙感影像的分辨率。

３． ３ 應(yīng)急信息支援體系功能架構(gòu)

空天地應(yīng)急信息支援體系功能架構(gòu)分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)層以及應(yīng)用層，實(shí)現(xiàn)對(duì)信息采集－傳輸－處理－應(yīng)用等全流程的實(shí)時(shí)或近實(shí)時(shí)響應(yīng)，如圖５ 所示。感知層通過空、天、地各類遙感、導(dǎo)航、導(dǎo)航增強(qiáng)、傳感器等信息獲取設(shè)備提供導(dǎo)航、授時(shí)、定位、遙感等數(shù)據(jù)服務(wù)，實(shí)現(xiàn)受災(zāi)現(xiàn)場信息的全域泛在感知。網(wǎng)絡(luò)層通過天基信息網(wǎng)絡(luò)、空基信息網(wǎng)絡(luò)、地面互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)通信網(wǎng)等空天地各類網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)信息的實(shí)時(shí)可靠傳輸。數(shù)據(jù)層通過網(wǎng)絡(luò)層獲取到感知層采集的基準(zhǔn)、遙感、地理、資源數(shù)據(jù)進(jìn)行幾何校正、影像融合、信息提取、目標(biāo)識(shí)別，為上層應(yīng)用提供數(shù)據(jù)的接入、處理、管理、服務(wù)等能力。應(yīng)用層通過應(yīng)急知識(shí)圖譜、隱患識(shí)別圖譜、應(yīng)急處置預(yù)案、災(zāi)情評(píng)估體系支撐應(yīng)急管理部門進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別、態(tài)勢監(jiān)督、應(yīng)急響應(yīng)、指揮調(diào)度、損失評(píng)估，并通過數(shù)據(jù)可視化、全息影像、三維渲染、數(shù)字孿生等技術(shù)提供自然、友好的人機(jī)交互接口。

① 感知層主要由各類多源異構(gòu)感知平臺(tái)構(gòu)成，包括導(dǎo)航遙感衛(wèi)星、航空導(dǎo)航遙感平臺(tái)和地面感知系統(tǒng)構(gòu)成，具備全天時(shí)、全方位的高時(shí)空分辨率，高精度、多維度的感知能力。其中，遙感衛(wèi)星包括紅外、高光譜等各類光學(xué)衛(wèi)星和ＳＡＲ 衛(wèi)星，多源遙感數(shù)據(jù)可以有效提升時(shí)空分辨率。航空導(dǎo)航遙感平臺(tái)搭載光學(xué)、微波、紅外等傳感器和導(dǎo)航定位裝置，實(shí)現(xiàn)分布式、高頻次、高精度、自主協(xié)同作業(yè)，進(jìn)行小目標(biāo)精確觀測。地面感知系統(tǒng)主要通過各類傳感器進(jìn)行信息采集，傳感器終端以小型化、智能化為主；各類智能終端、穿戴設(shè)備也可通過眾包采集的方式獲得信息。衛(wèi)星導(dǎo)航、導(dǎo)航增強(qiáng)、空基導(dǎo)航、地基增強(qiáng)系統(tǒng)、輔助定位系統(tǒng)提供定位、導(dǎo)航、授時(shí)服務(wù)，使得獲取的數(shù)據(jù)具有一致的時(shí)空基準(zhǔn)，便于進(jìn)一步的數(shù)據(jù)挖掘和知識(shí)提取。衛(wèi)星遙感實(shí)現(xiàn)了空間面上全覆蓋而時(shí)間維度上抽樣觀測；地面感知系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了時(shí)間維度上連續(xù)觀測而空間維度上抽樣布設(shè)。每個(gè)感知節(jié)點(diǎn)都具有獨(dú)立事件的感知觀測能力，同時(shí)可以針對(duì)某個(gè)目標(biāo)整合多個(gè)感知節(jié)點(diǎn)形成動(dòng)態(tài)協(xié)同觀測系統(tǒng)［２１］。

② 網(wǎng)絡(luò)層主要由天基信息網(wǎng)絡(luò)、空基信息網(wǎng)絡(luò)和地面網(wǎng)絡(luò)組成，滿足陸、海、空、天各類用戶的網(wǎng)絡(luò)接入和信息傳輸需求，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行無障礙、高可靠性、高安全性的傳送和處理。空天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)按照“地面整合、天基增強(qiáng)、空基補(bǔ)盲、天網(wǎng)地網(wǎng)、天地互聯(lián)”的思路發(fā)展，其廣域覆蓋和隨遇接入能力可以彌補(bǔ)地面網(wǎng)絡(luò)在覆蓋范圍、抗毀應(yīng)急保障及機(jī)動(dòng)保障能力上的不足，解決感知層獲得數(shù)據(jù)的傳輸問題，是進(jìn)行信息交換、傳遞數(shù)據(jù)的通路。

③ 數(shù)據(jù)層的數(shù)據(jù)處理和智能分析功能是多源異構(gòu)時(shí)空大數(shù)據(jù)有效利用的核心環(huán)節(jié)，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的接入、處理、管理、服務(wù)等工作，實(shí)現(xiàn)異構(gòu)數(shù)據(jù)和知識(shí)要素的統(tǒng)一存儲(chǔ)、統(tǒng)一管理，實(shí)現(xiàn)了全球多源、多尺度、多時(shí)相空間數(shù)據(jù)的高效無縫組織，支持多應(yīng)用協(xié)同調(diào)度和大規(guī)模并發(fā)訪問?；跈C(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)、信息挖掘與分析等新技術(shù)，使得海量的時(shí)空大數(shù)據(jù)快速高效地轉(zhuǎn)化為知識(shí)與信息，進(jìn)一步保障信息服務(wù)的實(shí)時(shí)性、精確性和持續(xù)性。

④ 應(yīng)用層直接面向應(yīng)急管理部門提供風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別、態(tài)勢監(jiān)督、應(yīng)急響應(yīng)、指揮調(diào)度、損失評(píng)估等行業(yè)應(yīng)用，支持動(dòng)態(tài)決策與信息快速分發(fā)，通過應(yīng)急知識(shí)圖譜、隱患識(shí)別圖譜、應(yīng)急處置預(yù)案、災(zāi)情評(píng)估體系等為不同管理職能部門、不同場景、不同需求提供各類智能化的管理和應(yīng)用［２２］，輔助做出正確的控制和決策，通過數(shù)據(jù)可視化、全息影像、三維渲染、數(shù)字孿生等技術(shù)為用戶提供更加友好、生動(dòng)的人機(jī)交互界面。

３． ４ 應(yīng)急信息支援服務(wù)系統(tǒng)

針對(duì)應(yīng)急管理全流程的應(yīng)用需求，空天地應(yīng)急信息支援服務(wù)平臺(tái)由實(shí)時(shí)監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估服務(wù)系統(tǒng)和應(yīng)急指揮調(diào)度系統(tǒng)組成，如圖６ 所示。

① 實(shí)時(shí)監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)具備實(shí)時(shí)監(jiān)測、統(tǒng)計(jì)分析、預(yù)警管理、動(dòng)態(tài)研判等功能。應(yīng)急信息支援體系通過遙感衛(wèi)星、無人機(jī)、傳感器等設(shè)施對(duì)災(zāi)害現(xiàn)場進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測、監(jiān)控，在“第一時(shí)間”獲得災(zāi)害現(xiàn)場信息，通過空天地信息網(wǎng)絡(luò)將現(xiàn)場信息“第一時(shí)間”傳送至應(yīng)急信息支援服務(wù)平臺(tái)。應(yīng)急信息支援服務(wù)平臺(tái)基于多維感知數(shù)據(jù)和災(zāi)害機(jī)理模型，對(duì)災(zāi)害情況進(jìn)行實(shí)時(shí)分析和動(dòng)態(tài)研判，對(duì)災(zāi)害發(fā)展走勢給出判斷預(yù)警。

② 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估服務(wù)系統(tǒng)具備隱患巡查、隱患識(shí)別、災(zāi)后評(píng)估等功能。通過衛(wèi)星遙感的大范圍觀測能力，對(duì)重點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行定期的隱患巡查，并基于隱患識(shí)別圖譜進(jìn)行隱患識(shí)別，爭取對(duì)災(zāi)情早發(fā)現(xiàn)早預(yù)警。同時(shí)對(duì)受災(zāi)區(qū)域進(jìn)行長期的時(shí)空立體化連續(xù)跟蹤監(jiān)測，對(duì)災(zāi)情的影響進(jìn)行精準(zhǔn)評(píng)估，為災(zāi)后救助和災(zāi)后重建提供準(zhǔn)確、客觀的數(shù)據(jù)依據(jù)。

③ 應(yīng)急指揮調(diào)度系統(tǒng)具備應(yīng)急資源管理、應(yīng)急預(yù)案管理、實(shí)時(shí)指揮調(diào)度、應(yīng)急處置救援等功能。應(yīng)急救援調(diào)度基于實(shí)時(shí)監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)獲取實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的災(zāi)情信息，進(jìn)行應(yīng)急預(yù)案啟動(dòng)、調(diào)度應(yīng)急資源、下達(dá)控制指令，進(jìn)行救援處置。

３． ５ 應(yīng)急信息支援服務(wù)流程

在日常模式下或是收到災(zāi)情預(yù)報(bào)、輿情舉報(bào)后，空天地應(yīng)急信息支援體系調(diào)度遙感衛(wèi)星對(duì)重點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行隱患巡查；在監(jiān)測到災(zāi)情隱患后進(jìn)入應(yīng)急模式；通過衛(wèi)星、航空平臺(tái)、地面感知系統(tǒng)對(duì)隱患區(qū)域進(jìn)行驗(yàn)證，并將驗(yàn)證結(jié)果上報(bào)至應(yīng)急指揮中心；應(yīng)急指揮中心調(diào)度衛(wèi)星導(dǎo)航遙感系統(tǒng)、航空導(dǎo)航遙感系統(tǒng)、地面導(dǎo)航感知系統(tǒng)對(duì)災(zāi)情現(xiàn)場進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，調(diào)動(dòng)衛(wèi)星、空基、地面應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)對(duì)受災(zāi)區(qū)域進(jìn)行通信保障；應(yīng)急指揮中心基于災(zāi)情實(shí)時(shí)監(jiān)控和應(yīng)急通信保障進(jìn)行應(yīng)急決策分析、指揮救援和災(zāi)損評(píng)估。信息支援服務(wù)流程如圖７ 所示。

３． ６ 評(píng)估指標(biāo)體系架構(gòu)

針對(duì)應(yīng)急管理對(duì)信息支援體系的應(yīng)用需求，基于對(duì)空天地信息支援體系各種屬性的全面描述構(gòu)建獨(dú)立、完備、客觀、一致的指標(biāo)體系［２３］。本文針對(duì)應(yīng)急信息支援能力，分別從信息質(zhì)量、數(shù)量和傳輸３ 個(gè)方面來度量，如圖８ 所示。信息質(zhì)量旨在對(duì)客觀事實(shí)的準(zhǔn)確描述、度量獲得信息與客觀事實(shí)之間的一致程度，體現(xiàn)在目標(biāo)發(fā)現(xiàn)概率、平均搜索發(fā)現(xiàn)時(shí)間、目標(biāo)識(shí)別率、平均識(shí)別確認(rèn)時(shí)間、定位精度、導(dǎo)航精度、速度誤差；信息數(shù)量旨在對(duì)客觀事實(shí)的完整描述、度量獲得信息與客觀事實(shí)之間的缺口程度，體現(xiàn)在區(qū)域覆蓋率、信息種類與形式、訪問時(shí)長、平均重訪次數(shù)、重訪平均時(shí)長；信息傳輸旨在將獲取的信息實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地傳輸至目的地址，度量信息傳輸?shù)男鼠w現(xiàn)在傳輸時(shí)延、丟包率、誤碼率［２４］。

４ 結(jié)束語

通導(dǎo)遙融合的空天地應(yīng)急信息支援體系可為應(yīng)急管理提供全域感知、實(shí)時(shí)通信、精準(zhǔn)導(dǎo)航等保障，進(jìn)一步滿足了應(yīng)急管理全流程對(duì)實(shí)時(shí)、高精度、智能化的信息服務(wù)需求。本文梳理了應(yīng)急管理的信息支援需求、現(xiàn)狀以及存在的問題，并在此基礎(chǔ)上提出了面向應(yīng)急管理的空天地一體化信息支援體系架構(gòu)，分別從物理架構(gòu)、功能架構(gòu)、服務(wù)系統(tǒng)、服務(wù)流程、評(píng)估指標(biāo)體系等多維角度進(jìn)行了闡述，以期能夠?yàn)榭仗斓貞?yīng)急信息支援體系的研究提供有價(jià)值的參考。

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作者簡介：

趙 晶 女，（１９８９—），博士，高級(jí)工程師。主要研究方向：衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)管理。

虞志剛 男，（１９８９—），博士，高級(jí)工程師。主要研究方向：衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)。

嚴(yán)曉云 女，（１９９１—），博士，高級(jí)工程師。主要研究方向：衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金（６２２０１５３４，６１９３１０１７）；中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)（３１４２０２４００３）；陜西省應(yīng)急管理研究院２０２４ 年現(xiàn)實(shí)問題科學(xué)研究項(xiàng)目（２０２４ＳＸＹＹ０２）；廊坊市科學(xué)技術(shù)研究與發(fā)展計(jì)劃自籌項(xiàng)目（２０２４０１１０７６）；２０２４ 年河北省高等教育學(xué)會(huì)“十四五”規(guī)劃一般課題（ＧＪＸＨ２０２４－２８３）