洪涝灾害应急响应决策支持业务系统关键技术研究

摘要

在国防科技工业民用专项科研技术研究项目“HJ-1卫星星座在减灾领域应用关键技术研究”——洪涝灾害救助示范应用课题工作基础上，以民政减灾救灾行业需求和HJ-1新型卫星遥感数据源保障为背景，提出并解决洪涝灾害应急响应决策支持业务运行系统建中涉及的三大关键技术问题。 根据民政部国家减灾中心卫星遥感部洪涝灾害应急响应业务工作需求，提出面向专题的多时态异构空间数据管理与服务技术、基于承灾体的灾害风险分析与损失评估技术、洪涝灾害应急响应决策支持一体化模型库与业务库技术，三项洪涝灾害应急响应决策支持业务运行系统关键技术；基于面向对象、软件工程、重用理论等思想，应用空间数据库、Composite设计模式、组件对象模型、遥感与地理信息系统软件等技术，对三大关键技术进行了深入研究与实现；在洞庭湖地区开展了关键技术的示范集成应用研究，基于关键技术研究成果设计开发了洪涝灾害应急响应决策支持业务运行示范系统软件。 面向专题的多时态异构空问数据管理与服务关键技术解决了混合异构多时相空间/非空间数据的一体化存储基本问题，通过提供面向对象、可直接使用的数据(或信息)实体，使业务人员只需关注日常工作中的业务逻辑；集成实现了异构数据业务处理与信息转化功能，解决了遥感数据快速处理、洪水淹没范围快速提取两大业务功能问题，对非空间专题数据的空间化提出了一体化解决方案；建立了标准统一的格网数据框架，使得后续风险分析、灾情评估、辅助决策拥有健壮的数据源支持，建模过程只需要关注于如何高效实现具体功能。 基于承灾体的灾害风险分析与损失评估关键技术将承灾体视为致灾因子、孕灾环境等自然灾害要素，以及危险性分析、易损性评价、风险分析、损失评估等业务工作内容的统一体。本文建立了技术实现的逻辑模型和信息模型，并按照业务系统实现要求设计了可用于编程和集成的对象模型，具有集成、综合、实用和业务化特点，可以达到任意尺度、混合数据类型的分析评估目的，并在数据层次上为一体化虚拟洪灾环境的建立奠定了基础。 洪灾应急响应决策支持一体化模型库与业务库关键技术设计实现了一套标准化、灵活度高、可无限扩展的一体化模型库。通过模型的一致性使得模型和模型之间可以相互利用，系统只需要考虑最简单的抽象即可实现功能集成，从而将系统的单一进步转化为更广阔的模型库网络结构进步，达到有效利用资源、提高业务系统开发和运行效率的目的。基于模型库设计实现了洪涝灾害应急响应业务库环境，通过业务对象及业务库有效实现了数据、算法、模型以及结果的统一，从离散到集合，实现了业务运行系统的一体化和真正的系统级重用。通过在业务部门的实践应用，证明关键技术示范集成系统可用于对洪涝灾害应急响应业务流程进行计算机辅助实现，同时能够在运行过程中通过连续的方法模型研究和成果数据积累不断实现系统扩展和完善。通过关键技术的集成，业务运行示范系统在数据管理、模型管理、业务管理以及用户界面方面表现出高度灵活性、高效性和易用性。三大关键技术及洪涝灾害应急响应决策支持业务运行示范系统整体应用效果良好，被证明具有较高的应用和推广价值。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：图目录、表目录

1绪论

1.1洪灾应急响应决策支持业务系统关键技术研究背景

1.2基于空间信息技术的灾害应急响应决策支持技术研究进展

1.2.1遥感技术在灾害监测与响应中的应用

1.2.2空间数据库在灾害管理系统中的应用

1.2.3自然灾害应急响应业务运行系统开发

1.2.4我国遥感洪涝灾害监测评估技术研究进展

1.3本文研究内容及思路

1.3.1研究目标与内容

1.3.2研究思路与技术路线

1.3.3论文章节安排

2洪灾应急响应决策支持业务运行系统关键技术设计

2.1洪灾应急响应决策支持业务运行系统的总体设计思路

2.2基于洪灾应急响应业务工作规程的需求分析

2.3系统关键技术设计

2.3.1面向专题的多时态异构空间数据管理与服务技术

2.3.2面向对象、面向服务、基于承灾体的灾害风险与损失评估技术

2.3.3洪涝灾害应急响应决策支持一体化模型库与业务库技术

2.4洪灾应急响应决策支持业务系统关键技术示范集成设计

2.4.1运行模式设计

2.4.2系统体系结构及功能模块设计

2.4.3 HJ-1小卫星星座模拟数据源设计

2.4.4运行流程设计

3面向专题的多时态异构空间数据管理与服务技术

3.1多时态异构空间数据的存储与管理

3.1.1数据基本存储与管理方法

3.1.2元数据设计

3.1.3数据及其管理对象研究

3.2异构数据业务处理与转化

3.2.1遥感影像数据业务化处理

3.2.2遥感影像洪灾信息快速提取

3.2.3非空间专题数据的空间化

3.3基于格网的洪灾应急响应业务工作数据框架

3.3.1总体思路

3.3.2区域划分——分析管理框架的建立

3.3.3格网系统建立——数据管理框架

3.3.4对象体系集成与框架应用示例

4基于承灾体的灾害风险分析与损失评估技术

4.1承灾体及其在灾情分析评估中的应用基础

4.1.1承灾体概念与理论基础

4.1.2选择承灾体的理由

4.1.3方法与技术基础

4.2面向对象的承灾体灾情分析评估编程模型

4.2.1从概念模型到信息模型

4.2.2从信息模型到对象模型

4.3承灾体灾情分析评估应用实例

4.3.1基于矢量数据的洪灾损失评估

4.3.2基于栅格数据的承灾体易损性评估

4.3.3应用承灾体技术对洪灾风险模糊综合评价方法的改进

4.4承灾体灾情分析评估与洪灾虚拟现实

5洪灾应急响应决策支持一体化模型库与业务库技术

5.1应急响应业务系统模型库的需求和理论基础

5.1.1业务系统的运行、服务与升级

5.1.2模型库的理论支持——重用理论

5.1.3模型库的设计模式——Composite模式

5.1.4对多语言、多平台集成问题的考虑

5.2模型与模型库的设计实现

5.2.1模型的设计

5.2.2模型的实现

5.2.3模型库的设计实现

5.3模型库支持下的洪灾应急响应业务库

5.3.1业务对象及其数据库化管理

5.3.2业务库及其编程对象

6关键技术在业务运行系统中的示范集成应用

6.1关键技术的集成设计与示范区选择

6.1.1示范区选择

6.1.2数据选择

6.1.3软件选择与集成开发技术

6.1.4业务运行示范系统结构

6.2洞庭湖区示范业务系统运行效果

6.2.1数据管理

6.2.2业务管理

6.2.3应急响应业务运行效果

6.2.4业务系统的维护与升级

7结论与展望

7.1论文有关工作和主要结论

7.1.1业务运行系统关键技术设计

7.1.2面向专题的多时态异构空间数据管理与服务技术

7.1.3基于承灾体的灾害风险分析与损失评估技术

7.1.4洪灾应急响应决策支持一体化模型库与业务库技术

7.1.5关键技术示范集成应用

7.2论文创新点

7.3存在问题与未来工作展望

参考文献

致谢

附录：攻读博士学位期间参加的科研工作及发表论文情况