2021-4-10 | 自然灾害论文
1自然灾害监测评估对空间数据的需求
1.1自然灾害监测评估技术框架
大多数情况下，自然灾害不以单一灾种出现，往往会以灾害链的形式存在，一种自然灾害会引发一系列的次生灾害现象，形成灾害链。常见的灾害链有4种，即台风-暴雨灾害链、寒潮灾害链、干旱灾害链和地震灾害链（史培军，2002），因此，对致灾因子的监测需要结合灾害链形成演化的特点，对致灾因子的强度、频率、持续时间、区域范围、起始速度、空间扩展、重现期等指标进行监测。承灾体包括自然资源和社会资源，监测的目的是对人类、财产、资源等脆弱性进行评估评价。灾情监测指标包括生命线、生产线、城乡住房、基础设施和生态环境等损失破环情况，为人员受灾情况和灾害直接经济损失、灾害社会影响评估提供空间信息支撑。在以上基础上，利用数据处理、信息挖掘、灾害模拟与仿真、灾害应急监测、空间数据管理和智能决策等技术，通过集成转化空间数据应用处理和服务的先进成果，围绕防灾、抗灾、救灾不同阶段的需求，开展自然灾害风险评估、自然灾害灾情评估、恢复重建规划与评估，开展灾害信息服务和决策支持。
1.2自然灾害监测评估与空间数据需求
传统的地面监测在时效性和覆盖面上局限性比较大，目前，卫星遥感、航空遥感技术已经进入一个能动态、快速、多平台、多时相、高分辨率地提供对地观测数据的新阶段。随着遥感技术在重大自然灾害领域的应用深度不断扩大和延伸，灾害管理对空间技术应用的需求也日益迫切。从灾害管理周期角度分析，在灾害预警与风险评估阶段，利用空间数据可以实现大范围的灾害普查，以及对孕灾环境、致灾因子、承灾体等灾害背景信息的提取与分析，开展灾害脆弱性评估评价，从而对灾害发生的风险等级、灾害高风险区进行划分与评估，为减灾措施的制定提供依据；在灾害应急响应阶段，利用空间数据可以实现对灾情信息的动态监测与评估，为开展必要的灾害应急救助、灾害监测、综合评估，以及次生灾害的风险预警提供重要的空间信息决策依据；在灾后恢复重建，以及减灾阶段，空间数据能够支持灾区恢复重建规划编制，并对恢复重建的进度、效益、质量进行动态的监测评估，为恢复重建，以及减灾设施建设的监督提供准确的决策依据。以2013年4月20日发生的四川省芦山“4.20”7.0级强烈地震为例，空间信息技术在减灾救灾中发挥了不可替代的作用。地震发生后，由于地震造成灾区交通和通讯中断，灾害管理部门迫切需要及时了解地震灾区的受灾情况，为灾害应急救助工作提供直接的决策依据。在地震灾害应急响应阶段，需要开展灾害应急救助、灾害信息监测、灾情综合评估、次生灾害风险预警等工作，包括卫星、有人飞机、无人机在内的航空遥感系统，及时地获取到了地震灾区的灾情信息，为各项减灾救灾工作的顺利开展，提供了客观、科学、准确的决策信息依据。图2所示为利用重大自然灾害无人机合作机制获取的高分辨率无人机影像制作的灾后雅安市芦县宝盛乡房屋倒损、滑坡崩塌、道路损毁的监测评估图。
2空间数据资源分析
2.1国外遥感卫星的发展
自从20世纪60年代人类进入太空时代以来，卫星遥感就成为观察、分析、描述所居住地球环境的行之有效的手段。21世纪，随着卫星遥感技术的发展和日益广泛的应用，越来越多的国家进入民用卫星研制和运行的行列。据不完全统计，仅2006~2008年，全球已经发射或计划发射新的民用航天遥感卫星系统就有18个，其中包括新一代高分辨率卫星，这一领域的国际竞争与合作都在加强。由于空间技术得到世界各国的重视，全球主要发达和发展中国家均发展了各自的遥感卫星系列。目前，卫星遥感技术的发展整体上呈现三大趋势：一是卫星系统由单一系列向星座组网发展，提高重访周期和综合观察能力；二是卫星传感器由中高分辨率向高分辨率延伸，由单一角度观测向多角度和立体测量跨越，由空间维向光谱维拓宽；三是卫星定位精度不断提高，遥感应用由定性向精确定量化发展。
2.2中国遥感卫星的发展
中国作为自然灾害种类较多、发生频繁的国家之一，遥感技术已经在防灾减灾中发挥着重要的作用。为加强我国自然灾害监测预警能力，提高自然灾害风险管理、应急管理和综合评估水平，在不断完善自然灾害监测站网、灾情上报和统计核查系统建设的同时，更加重视对地观测技术在国家防灾减灾中的科学、技术和应用能力建设，目前已经初步形成了由环境与灾害监测预报小卫星星座、气象卫星、海洋卫星、资源卫星和航空遥感系统等构成自然灾害空间基础设施并建成了相应的业务应用系统，在应对近些年来国内外发生的多场重大自然灾害中发挥了不可替代的重要作用。
2.3防灾减灾空间数据资源分析
理论上，任何一个遥感卫星系统都可以用于防灾减灾工作，能够为防灾减灾提供服务的主要遥感卫星系统包括光学遥感、微波遥感等几种卫星系统。目前，国内外在轨运行的遥感卫星包括高、中、低轨卫星系列(星座)，最高空间分辨率达到0.41m，最短重访周期达0.5d，可以用于灾害发生地区的灾情快速、精确提取和科学评估。国内外在轨主要微波遥感卫星覆盖了X，C，L，S等频率的多种极化模式，可以用于多云多雨多雾地区的快速成像、地面目标识别和灾情损失评估等。航空遥感能以较短的反应时间对特定区域进行大范围多次重复观测，提供高时间、高空间、高光谱分辨率的遥感数据。在2008年汶川地震、2010年玉树地震和舟曲特大山洪泥石流灾害、2011年云南盈江县地震、2012年的云南彝良地震及2013年的四川省芦山“4.20”7.0级强烈地震中，民政部国家减灾中心利用最高分辨率达0.1m的航空影像对灾区的灾害范围、基础设施实物量、直接经济损失进行了精细评估，对交通线拥堵、堰塞湖、滑坡泥石流、居民安置点分布与规划、房屋恢复重建等情况进行了监测评估。
3重大自然灾害监测评估的空间数据共享存在的问题
空间技术减灾涉及空间数据的获取、传输、管理、应用和服务等多个环节，空间数据获取是前提，交换共享是保障，海量数据智能管理是基础，集成应用是核心，信息服务是目标。事实上，我国空间基础设施及其空间数据资源分布在多个不同的部门，由于体制机制等多种原因造成空间数据共享不畅，重大自然灾害应急协同意识不强，使得空间数据的优势在提升国家防灾减灾能力过程中不能得到充分发挥。
3.1空间数据获取缺乏统筹协调
我国空间基础设施及其空间数据资源分布在多个不同的部门，在自然灾害发生时，尤其是在重特大自然灾害发生时，各部门均能够在灾害发生后第一时间充分发挥自身的优势和能力，组织协调所拥有的空间数据获取资源，对受灾地区进行应急观测，快速获取灾区空间数据。但是由于缺少以灾情和救灾工作为整体需求的国家空间数据应急获取任务的统筹规划与协调，各部门所制定的应急观测任务存在大量冗余，导致应急获取得到的卫星遥感和航空遥感数据在空间和时间覆盖完备性上存在严重不足，一些灾区被大量重复观测，一些灾区则缺少必要的应急观测数据，同时观测时间上也难以保证必要的持续性、连贯性，不能满足灾害全面系统评估在空间维度上灾区范围全覆盖和时间维度上灾害过程关键时段数据获取的基本需求。
3.2空间数据共享缺乏机制保障
我国空间数据的获取和生产正在大规模开展，国家、部门、地方和单位每天都在获取和生产大量的空间数据和专题应用产品，全国已经建成多个大型空间数据库。由于体制机制、部门利益、狭隘的政绩观、安全保密考虑和缺乏组织协调等多种原因，目前大多是各自为战，许多数据库只是限于本部门、本单位使用，重大自然灾害监测与评估空间数据共享机制建设尚未形成，更难以达到多个系统之间的业务协同，导致一方面空间数据资源严重不足，难以满足实际需要，另一方面重复建设现象严重，有限的空间数据资源大量闲置，不能得到充分利用，限制发挥其应有的作用。于是，一个值得注意的现象是在重大自然灾害发生时，会出现多个部门根据自身所掌握的空间数据生产出的大量信息产品，基本上是互相模仿、低水平重复和灾区的局部信息反映，难以生产出具有综合性、全面性和针对性的能够体现高水平的专题信息产品。同时，空间数据共享机制建设和运行存在重灾时轻平时、重大灾轻小灾的现状，严重地影响了包括灾害科学研究在内的综合减灾能力的提升。
3.3空间数据共享缺乏技术系统支撑
空间数据共享技术系统是指在计算机网络环境下建立的用于空间数据接入、传输、交换、共享的分布式技术系统，横向将同一层级的相关部门数据获取与共享系统互联，纵向实现国家到地方与部门业务相关的多层级数据获取、分发和服务系统互通。空间数据共享需要技术系统作为支撑保障，然而，在国家防灾减灾领域这样的技术系统尚未形成，主要体现在跨部门的数据共享缺乏长效稳定的数据共享链路，特别是军民数据共享链路缺乏技术支撑，在应对重大自然灾害时，在已经建立的共享联络机制保障下，部门间数据共享交换仍以不同存储介质通过人员运送进行，工作量大，时效性差。跨部门、跨层级的空间数据共享平台尚未建立，尽管已经建立了多个与防灾减灾相关的技术支撑系统，相互之间从数据共享标准体系、技术接口、交换共享协议和系统间的连通性均存在较大差距，形成了一个个的封闭孤立技术系统，导致综合利用多源空间数据开展应急处置任务反应速度慢，多系统的整体效益低下，严重地制约了空间数据的共享乃至防灾减灾工作有效的信息支撑保障。因此，迫切需要建立天地一体化的端到端的“一站式”防灾减灾空间数据共享网络和技术平台，以满足减灾与应急工作的需求。
3.4空间数据应用缺乏相互协同支持
防灾减灾领域空间数据应用需要在深入分析空间信息产品与服务需求的基础上，建立产品与服务体系，根据各部门在灾害管理中的职能定位，确定空间信息产品研制、生产和服务的任务分工，建立数据链、信息链和产品链，实现部门间相互支持、协同服务的工作模式。然而，这种工作模式的建立已经在专家层面上有所研究和呼吁，但尚未在工作中实现，这也是造成空间信息服务低水平重复和服务不充分并存的主要原因之一。在《国家综合防灾减灾规划(2011~2015年)》中提出了实施“国家综合减灾与风险管理信息化建设工程”，正是基于这种现状，计划利用信息化手段和多种基础信息资源，建立灾害管理及空间数据减灾应用“系统的系统”和业务协同机制，加强空间数据集成应用能力，实现相关部门之间涉灾业务协同、资源共享和规模化应用，提升自然灾害信息获取、分析、研判、决策能力。
3.5空间数据共享缺乏统一标准规范
标准规范是空间数据共享和协同应用的软环境保障。在基础类标准规范中，目前只有“地球空间数据交换格式”成为国家标准，但缺乏相应的软件工具，国内使用还不普遍。一些重要的数据标准，如空间元数据标准、空间元数据系统运行规范、空间数据共享模型等还停留在方案设计阶段，与真正成为国家标准还有相当大的距离；一些重要的基础性标准，如空间信息系统软件功能标准、空间数据传送协议、空间互操作协议、空间信息查询与服务标准等尚未开始研究。在应用类标准规范中，尚未建立一个行业的空间信息系统技术规范或标准。在行业和工程标准规范中，也没有建立空间信息系统软件质量标准、空间信息应用工程质量标准、工程承担单位资质论证标准、建设标准等。
4解决途径
4.1加强重大自然灾害空间数据共享统筹协调
为加强空间数据共享，促进重大自然灾害应对空间信息服务能力，需要在不断完善国家综合防灾减灾管理体制的基础上，围绕各类自然灾害和灾害管理全过程信息支撑的重大需求，加强国家空间数据资源的顶层设计和统筹规划，建立健全防灾减灾空间数据获取与共享机制，不断强化统筹协调力度，明确和细化空间数据共享和应用各节点责任，固化和发展与国家防灾减灾工作机制相配套的空间数据共享运行流程和程序，确保机制落到实处。防灾减灾空间数据获取与共享机制建设需要与时俱进和不断优化，需要加强防灾减灾领域空间数据获取与服务全社会有序参与的社会动员能力，需要健全部门之间、区域之间、政府和企业之间的协调联动，最大限度避免以往一些机制存在的对接不畅、运行效率不高等问题。需要建立空间技术应对重大自然灾害应急预案，空间数据获取、共享和应用的各关联单位建立应急预案和响应工作规程，注重应急预案可操作性和可应用性，注重各级预案有效衔接，形成应急预案体系并定期开展演练，充分发挥各方力量，提高重大自然灾害应急工作效果。
4.2加强重大自然灾害空间数据基础设施建设
充分利用互联网和国家电子政务网络，加强重大自然灾害空间数据开放共享信息化建设，逐步实现安全互联互通、资源共享公用和业务协同，深化空间数据信息资源的开发利用。充分利用国家正在建设的人口信息资源库、法人单位信息资源库、空间地理信息资源库、宏观经济信息资源库和文化信息资源库等，面向防灾减灾业务要求，加强空间数据与它们之间的集成应用、融合应用和综合应用，发展面向防灾减灾应用的空间分析模型库、方法库和决策支持系统，形成一批防灾减灾空间数据共享应用信息系统和业务支撑系统，实现跨部门、跨区域、跨层级防灾减灾信息系统的协同互动和资源共享，提高对我国大城市、城市群、人口密集区和经济核心区的灾害风险调查与评估能力，提高城乡区域和基层社区的空间信息服务能力，提高重大自然灾害的综合防范和应对能力，提升应急救灾信息预测预警通报、综合分析研判和决策指挥支持能力。加强自然灾害空间数据信息基础设施建设，加强对地观测系统的天地统筹、地面应用系统统筹，全面提升我国卫星遥感和航空遥感数据资源的自主保障能力。完善自然灾害“天、地、现场”一体化立体监测体系，提高综合观测、高分辨率观测、应急观测能力，逐步建成国家统一的卫星遥感数据接收和处理系统，构建物理分散、逻辑集中、共享开放的遥感数据中心和共享服务平台。加强卫星遥感、通信广播和导航定位基础设施融合，提高信息传输与服务能力，纵向上实现多级平台互联互通与协同服务，横向上连通各类用户，实现便捷、及时的一站式空间数据共享服务。健全技术体系，完善服务能力，实现全天候、全天时、全球范围的灾害监测业务运行系统，形成为防灾减灾公共服务提供标准化、规模化和可持续更新的空间信息产品与服务体系，提高跨部门协同的高层次空间数据综合应用服务水平。同时，要积极建立和利用空间技术减灾领域的各种国际合作机制，拓宽空间数据资源获取渠道，在重大自然灾害应急情况下共享尽可能多的实时卫星数据。
4.3加强重大自然灾害空间数据共享软环境建设
目前，国家在空间数据信息共享方面的法律法规建设相对滞后，法律法规体系不完备，关于对地观测数据采集、共享、应用等方面的立法工作仍处于研究论证阶段，需要从国家战略高度，根据空间基础设施持续发展和空间数据开放共享的需要，建立适合我国国情的法律法规体系，完善和制定单项法律法规。在防灾减灾领域现行的相关法律法规基本上都是由各部委牵头制订的单灾种法律法规，相关法律法规的衔接性较差，需要建立一部“总揽全局、立足综合”的综合减灾基本法，并将空间数据获取与共享的相关规定纳入其范畴。在空间数据共享政策方面，需要加强对空间数据共享过程中产权保护的政策创制，提高全社会对空间数据资源及其产品著作权的保护意识，明确空间数据信息的产权归属、产权的具体内容、信息共享中的产权定位，以及产权转让过程中的保密要求，防止出现盗版行为，保障空间数据获取、生产和增值服务投资方获得经济效益和社会效益的权益。按照我国的著作权法，空间数据信息产品中存在的著作权包括发表权、署名权、修改权、保护作品完整权、复制权、发行权、出租权、展览权、表演权、放映权、广播权、信息网络传播权、摄制权、改编权、翻译权、汇编权和应当由著作权人享有的其他权利。在数据政策方面，需要在平等无歧视原则下，制定关于空间数据获取、原始数据共享、国产卫星数据推广、产品分类分级、增值产品服务、数据存档、数据记录、数据检索、数据保密、数据分发、数据共享、数据版权和许可、国际服务等方面的政策，并规定在重大自然灾害事件应急期间，空间数据获取管理单位应该根据国家应急工作实际需要，根据应急等级确定优先目标区域，在保证时间指标和质量指标的前提下开展空间数据共享服务。
在防灾减灾领域空间数据共享标准规范体系方面，需要加快多层次、多专题的数据与服务标准规范制定和完善，从国家层面强化部门、领域空间数据的标准化，建立空间数据标准产品、灾害监测信息产品和灾害预报预警、模拟仿真、评估评价等专题产品，以及资源共享、互联互通、数据整合、网络集成应用等构成的防灾减灾标准规范体系，统一各级空间数据及其减灾专题产品的时空基准、信息编码、数据网络交换协议和元数据标准，既要重视分类建立，也要重视综合集成，形成行业标准和国家标准，与国际标准接轨，促进防灾减灾领域空间数据共享、联动更新、应用集成和协同服务体制机制建设，保障防灾减灾领域空间数据资源开发利用和跨部门、跨地区网络化信息系统的建设与运行。同时，加强防灾减灾领域空间技术应用的人才培养、专业队伍和机构建设，加强专业教育与科学普及、知识评估和知识更新并使之常态化、机制化，也是重大自然灾害空间数据共享软环境建设的重要组成部分。
5结论和讨论
我国建立空间数据资源共享在标准、政策与立法方面还存在许多待解决的问题。需要完善和明确国家减灾空间数据信息共享的指导方针，建立相应的政策体系和法律法规，建立信息共享的管理环境；需要建立完整的国家减灾空间数据信息的标准体系，统一部门间、系统间和不同历史时期数据的标准；需要解决信息封闭、信息壁垒和信息垄断的问题；引入市场机制，合理制定价格，推动信息共享。因此，为了促进数据资源的开发利用、保障国家安全、提升社会管理水平，我国减灾空间信息资源应以共享为核心，以建立减灾空间数据信息共享机制为重点，加强我国对空间信息基础设施发展的宏观协调，打破部门和单位的界限，激活现有资源，提高利用效率，充分利用现代化先进的信息技术，在全面整合、优化现有资源的基础上，建立我国防灾减灾空间数据信息基础设施，为我国防灾减灾服务。
本文作者：范一大 单位：民政部国家减灾中心、民政部减灾和应急工程重点实验室