收稿日期: 2016-09-20
2. National Satellite Meteorological Centre,Beijing 100101, China
3. Beijing PiesatInformation Company, Beijing 100195, China
进入21世纪以来，地球再次进入了地震活跃期，重大地震发生次数明显高于历年平均数( Gerstenberger 等，2005)。“9·11恐怖袭击事件”以后，恐怖袭击活动在世界各地屡屡发生，中国新疆喀什地区也成为暴恐破坏活动的重灾区。随着气候变化加剧，极热极冷极旱极涝等极端天气频繁出现( Min 等，2011)，或将对2022冬奥会产生不确定影响，异常天气的早期预警和正确应对，以及所有运动场地的安全保障对于保障国家安全、维护国家形象至关重要。而电网、交通与通信设施，极易在地震、恐怖袭击中遭到破坏，也是冬奥会能否正常进行的重要保障。
在这一复杂背景下，国家重点研发计划支持的“天空地协同遥感监测精准应急服务体系构建与示范”项目(2016YFB0502500)于2016年7月立项。该项目以中国科学院遥感与数字地球研究所为依托单位，联合国内相关领域的优势科研院所、高校、企业等共计12家单位，将围绕4类在自然灾害、社会事件、重大社会活动、生命线工程中最具代表性的应急服务需求，以遥感技术为核心，协同多种空间信息技术，研究天空地协同遥感监测应急服务标准与规范，突破天空地一体化协同观测、数据聚合分析和精准信息提取技术，构建应急服务与指挥调度平台，开展“一带一路”沿线、境外及敏感区域突发事件精准应急服务示范。
2、 研究现状随着对地观测技术的快速发展，以及云计算、物联网、大数据等新技术的涌现，协同遥感监测在应对处置重大突发事件中发挥着越来越重要的作用。国际上，为应对突发事件建立了若干个应急体系，如美国联邦应急管理署FEMA(Federal Emergency Management Agency)、加拿大全球危机紧急管理网络和日本灾害应变系统，积极推进天空地一体化应急体系跨越发展。中国高度重视并制定了一系列计划，但与国际领先水平相比，尚有一定差距。
防灾减灾方面，2012年中国气象局负责承建的国家突发公共事件预警信息发布系统，是国务院应急平台主要的突发公共事件预警信息权威发布系统( Pei 等，2012)。国家减灾委员会、测绘地理信息局、水利部、气象局、农业部等部门已根据各自需要，建立了地震、洪涝、气象、农业灾害监测及综合防灾减灾系统( 国防科工局 等，2013)。中国科学院遥感与数字地球研究所基于数字地球科学平台，集成开发了突发事件遥感监测与网络服务平台，可对地震、洪涝、干旱、沙尘暴、林火等主要灾害进行持续监测评估，已形成了对多种重大突发事件的遥感监测能力，正在逐步推进应急协同监测与评估体系的建设。
反恐方面，美国采取举国机制、全球战略和联合作战，由国家安全委员会统筹调度( 季晓丹和王维，2011)。中国正在运行和建设各级反恐应急指挥平台，但对于野外应急复杂条件下反恐突击作战尚存在数据保障能力薄弱、指挥控制实时性不强和精准定位跟踪功能缺乏等问题。需要针对“一带一路”敏感地区反恐实战迫切需求，实现具备战场环境快速重建、态势实时感知、重点目标动态跟踪功能的反恐应急指挥平台，提高联合作战能力。
气象应急保障方面，欧美等国取得了一些突破性进展( Kim 等，2014)。中国在各种数值模式使用、多种资料融合同化等方面开展了大量工作，但在多源遥感资料融合应用方面还不能满足气象应急服务需要。急需针对冬奥会气象与安全应急保障，建设适用于中国业务系统环境的多源数据3维大气融合系统。
电网应急方面，美国电力科学研究院提出将遥感技术引入电网应急救援现场，建立了电力应急系统解决方案( Cornelius 等，2013)。随着“一带一路”和全球能源互联战略的实施，中国电网跨越范围愈加广泛，途经地区环境恶劣，气象条件复杂，极易受到地震等自然灾害及暴恐等人为破坏的影响，引发大面积断电等重大事故，对社会经济造成巨大影响( Wang，2015)。因此，急需通过研究电网突发事件发生、发展规律，构建应急服务与指挥决策系统。
可见，针对重点区域典型突发事件精准应急服务、指挥调度中存在的问题，研究区域天空地协同遥感监测与应急服务技术体系，提高重大突发事件处置决策能力，是未来的重要发展趋势。
3、 研究目标项目将围绕地震灾害、暴恐事件、冬奥会和电网应急保障4种应急服务需求，以遥感技术为核心，协同多种空间信息技术，研究天空地协同遥感监测应急服务标准与规范，突破天空地一体化协同观测、数据聚合分析和精准信息提取技术，构建应急服务与指挥调度平台，开展重点敏感区域的突发事件应急服务示范 (图1)。
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| 图 1 指标体系图 Figure 1 Frame and the index system of the project |
项目根据应急监测的具体需求拟定了7类200多项指标，核心指标包括1套总体方案与标准规范，5种以上遥感手段，2种应急响应服务模式，30种以上应急信息产品，10种以上通信手段。按时间轴划分，5 min内规划30颗卫星数据获取计划，厘米级的地面移动终端响应时间小于10 min，浮空器响应时间小于20 min，长航时无人机巡航时间大于24 h，卫星响应时间小于100 min，将大幅提高应急服务的时效性。
4、 研究内容与方法 (4.1) 研究内容项目将围绕地震灾害监测与评估、暴力恐怖事件应急处置、北京冬奥会气象与安全应急保障，以及电力、通信、交通等国家重大基础设施监控与修复等多种应急服务需求，重点解决如何有效利用云平台、大数据与数字地球等现代信息技术，聚合分析天空地多源多维异构数据，实现精准应急服务与指挥决策的关键科学问题，并分列4个课题，着重开展如下6方面的研究内容：
(1) 研究突发事件演化过程与机理，构建突发事件应对总体方案；
(2) 研究区域应急响应天空地组网遥感监测应急服务体制机制，建立应急服务标准规范；
(3) 研究针对应急响应的多平台协同观测方法，构建实战化区域空间信息应急数据传输链；
(4) 突破天空地一体化空间数据快速处理、应急信息提取与定制服务关键技术；
(5) 构建可扩展的集成遥感、通信与导航技术的精准应急服务与指挥调度平台；
(6) 开展精准应急服务定制与指挥实战型应用示范。
通过研究，将实现突发事件信息协同机制理论与理念的创新，以改变以往粗放、漫灌式的信息服务；实现精准应急服务技术体系的创新，重点突破多平台数据协同观测、空间数据快速处理、应急信息快速提取与定制服务中的一系列关键技术；实现时空一致性、序贯性数据获取和信息聚合的创新，解决多源应急信息彼此孤立、割裂的难题。
(4.2) 方法与技术路线如何应对重大突发事件，是世界上许多国家都面临的棘手问题。为此，发达国家建立了各自的应急体系，中国相关部门和地方政府也有相应的应急体系，并制订了相关的规划。然而，突发事件复杂多样，而以往的应急信息服务过于粗放，所以，急需建立天空地协同的精准应急服务技术体系。 图2给出了“天空地协同遥感监测精准应急服务体系构建与示范”项目的技术路线。
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| 图 2 项目技术路线 Figure 2 The overall methodology of the project |
一旦6级以上地震、恐怖袭击、异常天气事件发生，或电网受到破坏，立即启动应急响应，根据突发事件的性质、地点、需求的不同，下达各种遥感数据、定位导航、地面终端及其他空间信息获取与收集指令，开启应急通信频道。地震破坏影响面大，且震后往往天气恶劣，故以卫星数据为主，特别是SAR数据。同时，立即启动飞机奔赴灾区。而反恐作战，目标在于锁定人，以无人机和通信侦听手段为主，辅以高分辨率遥感和红外遥感数据，开展反恐作战与恐怖分子追捕信息支援。冬奥会场所固定，以浮空器为主，辅以气象卫星、高分分辨率卫星、定位导航、地面终端、通信支持。在以上3项突发事件应对中，电力系统、交通、通信设施都是监测重点之一。天空地一体化的空间信息获取后，通过数据聚合服务系统，进入信息提取系统，然后通过指挥调度平台提供给应对突发事件的一线指战员使用。
5、 预期效益项目完成后，将有效实现天空地各类信息资源的高效利用，精准跟踪、预测突发事件发生、发展的全过程，解决突发事件监测数据获取时效性差、数据整合与集成困难、数据应用共享与服务能力弱等问题，大幅提高精准应急服务与指挥决策水平。项目成果将用于中巴经济走廊特高压线路，甚至中哈、中俄特高压线路的安全保障与修复，创造数亿元的经济效益；同时，精准应急服务将显著减少人民生命财产损失，提高对恐怖分子的打击准确度，有效应对冬奥会异常天气、保障安全，减少突发事件对中巴经济走廊电网的威胁。此外，平台建设涉及的各项技术有利于促进我国航天、航空、通信、定位等技术的进步，刺激和带动相关领域科学技术的发展。项目将通过区域示范推动“一带一路”部署，促进沿线各国经济繁荣与社会稳定，提升中国在重大突发事件处置中的影响力和话语权。
6、 结 论重大突发事件的应对与处理是各个国家面临的棘手问题，而现有的应急信息服务过于粗放，急需建立天空地协同的精准应急服务技术体系。在国家重点研发计划的支持下，“天空地协同遥感监测精准应急服务体系构建与示范”项目将通过3年的攻关，以精准应急信息推送为驱动，打破“海量信息漫灌，应用端甄别”的现状，建立“体系机制—数据获取—信息提取—多维聚合—服务定制推送—实战示范检校”一体化的链路，为中国“一带一路”、边境口岸等重点敏感区域的突发事件应急决策提供重要的技术支撑。
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