2021-01-10面向滑坡应急响应的时空大数据汇聚与协同预警关键技术及应用.pdf

面向滑坡应急响应的时空大数据汇聚与 协同预警关键技术及应用 一、立项背景 本项目属于地理信息科学和防灾减灾的交叉领域。 我国滑坡地质灾害分布广泛，成因机理复杂多样，具有 强隐蔽、高突发和难救援的综合特点，对滑坡监测预警可靠 性和应急救援时效性提出了严峻的挑战。随着我国基础设施 和资源开发的规模不断扩大，滑坡地质灾害频发，给人民生 命财产造成了巨大威胁。目前滑坡监测预警和应急救援在智 能感知、联动监测和协同预警等方面存在严重不足，缺乏高 效信息化手段来合理组织与调度各种救援力量，难以实现扁 平化的应急救援指挥。 为此，本项目以提升滑坡监测预警可靠性和应急响应时 效性为驱动，探索了滑坡时空大数据的汇聚模式与动态更新 技术，研发了面向滑坡特征的 GNSS/北斗普适型装备及算法， 建立了高可靠性的滑坡地质灾害点面协同预警技术体系，开 发了滑坡地质灾害监测预警与应急响应业务化软件平台。从 根本上解决了传统数据更新迟缓造成风险感知滞后、监测方 法单一降低灾情预警可靠性、部门协同联动有限导致救援效 率不高等问题，全面提升了滑坡地质监测预警水平和应急响 应能力。 二、科技创新 本项目围绕承灾体、致灾因子、孕灾环境和社会化应急 资源等时空大数据，通过攻克滑坡时空大数据的汇聚、处理 和分析一系列关键技术，形成如下创新成果： （1）提出了滑坡时空大数据的汇聚模式与动态更新技术。 设计了基于 Cassandra 的分布式可扩展四叉树空间索引方法 和三维地理信息系统实时绘制多线程分配与控制方法，形成 高效的滑坡时空大数据动态更新方式。有效解决了使用非关 系型数据库解决空间数据存储难题，克服了因数据量巨大引 起的三维场景绘制延迟，极大降低了多维度滑坡时空大数据 的动态查询与更新成本。 图 1 面向滑坡监测的时空大数据汇聚模式与动态更新技术 （2）研发了面向滑坡特征的 GNSS/北斗普适型装备及算法。 研制出低功耗、低成本、易推广的新一代 GNSS/北斗普适型 滑坡监测国产化特色装备，针对突发型和缓变型两种不同的 滑坡类型，分别设计了相应的固定连续形和实时动态两种 GNSS/北斗形变监测数据处理算法，满足了不同滑坡类型在 时间和精度上差异化监测要求。 图 2 面向滑坡特征的 GNSS/北斗普适型装备及算法 （3）建立了高可靠性的滑坡地质灾害点面协同预警技术 体系。提出了由粗差探测、噪声消除和趋势预测组成的滑坡 监测数据综合处理技术，构建了灰色系统和模糊综合评价相 结合的风险评价模型，形成了一套可靠的滑坡地质灾害风险 协同预警技术体系，有效地控制了监测数据误差的积累与传 播，降低了滑坡灾害风险评价的不确定性，填补了国内外该 领域的研究空白。 图 3 高可靠性的滑坡地质灾害点面协同预警技术体系 （4）开发了滑坡地质灾害监测预警与应急响应业务化软 件平台。面向多层次用户的灾害实时监测与应急预警需求， 采用地理信息系统组件式二次开发技术，综合运用 Visual Studio 平台、轻量级.Net Core 自主 Web 服务框架、Leaflet 开源地图框架和 PostGIS 空间数据库，研发出具有自主知识 产权的滑坡地质灾害监测预警与应急响应系统，具有“实时 监测、智能预警、超前预测、动态评价、应急指挥”五位一 体的功能，形成一套新型高效、专群结合的监测预警平台， 为各级政府和重点企业的防灾减灾工作提供科学决策工具。 图 4 高可靠性的滑坡地质灾害点面协同预警技术体系 三、推广应用情况 通过近十年的系统技术攻关，突破了滑坡监测预警时空 大数据处理、国产化监测设备研制和业务化应用软件系统研 发等关键技术，相关成果授权国家发明专利 8 项，登记软件 著作权 3 项，参与编写国家/行业标准 2 部，出版学术专著 2 部，发表学术论文 32 篇，对提高我国滑坡地质灾害监测预 警和应急响应科技水平有着重大实质推动作用。该成果已成 功应用于我省恩施州马者村、黄冈黄梅县袁山村、秭归杉树 槽、巴东大坪、屯堡乡杨家山、五峰渔洋关镇等 40 多个重 大地质灾害危险点和大冶有色周家园、宝武集团杨家湾、宜 昌楚星化工、湖北鑫荣十堰银洞等 30 多座重大尾矿库的监 测预警、应急响应与指挥调度中，直接服务于湖北省 23 个 县（市、区）的地方政府，取得了显著的经济和社会效益， 应用前景广阔。