朱月琴-空間信息技術賦能城市全域智慧安全建設.pdf

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1、P1朱月琴 博士應急管理部國家自然災害防治研究院 城市災害研究中心副主任，正高級工程師2024.06.26空間信息技術賦能城市全域智慧安全建設 城市安全時空信息生態建設思考P2目 錄一、城市安全發展新形勢與治理基礎二、應急時空信息技術發展應用現狀 四、城市安全時空信息生態建設思考P3P3城市安全發展新形勢與治理基礎01l 城市安全發展新形勢l 城市安全的治理基礎P4隨著新型城鎮化、新型工業化速度加快，我國城市規模越來越大，流動人口多、高層建筑密集、經濟產業集聚、社會財富高度集中等特征日漸明顯。新型城鎮化、工業化速度加快城市已成為一個復雜的社會肌體和巨大的運行系統，城市安全新興風險、傳統產業風險

2、、區域風險等積聚滋生、復雜多變、易發多發。流動人口眾多高層建筑密集經濟產業集聚積聚滋生復雜多變易發多發城市安全風險P5城市新型風險層出不窮P6耦合災害風險復雜多變陸地生態系統受損房屋倒塌道路橋樑受損水庫大壩受損區域與全球海洋生態系統受損海洋養殖業受損海洋水質降低海洋生物資源減少大氣污染植被污染影響全球大氣環境土地污染水污染動物變異陸地生態系統受損生產系統受損生命線系統受損農業生態系統受損核泄露核泄露核物質外泄供電受到影響房屋倒塌社會恐慌人員傷亡日本經濟與國際經濟受到影響日本經濟與國際經濟受到影響供應鏈系統受損工業生產系統受損社會服務系統受損人類健康受到影響社會失穩P7衍生次生災害難以估量城市發

3、展安全治理基礎2018年1月，中共中央辦公廳 國務院辦公廳關于推進城市安全發展意見發布，提出城市安全治理要求。2021年9月26日，確定18個城市（區）為安全風險監測預警試點。2021年10月9日，國安委辦公室印發城市安全風險綜合監測預警平臺建設指南（試行）。2023年11月，國安委辦公室印發城市安全風險綜合監測預警平臺建設指南（2023版）。2024年5月，四部委聯合發布加強城市地質安全風險防控通知。P99綜合風險安全生產+自然災害+承災體+減災能力城市安全風險評估自然災害風險評估融合城市工業危險評估礦山、?；?、民爆、煙花爆竹、工程施工、粉塵涉爆、冶金有色城市人員密集場所商場、學校、醫院、

4、體育場館、宗教、公共場所、高層建筑等安全風險其他因素城市公共設施單災種調查與評估地震、地質、水旱、氣象、森林草原火災、海洋承災體調查與評估房屋、公共設施、人口農業、GDP等重點隱患調查與評估單災種隱患、次生生產安全事故隱患減災能力調查與評估政府減災資源、社會和企業資源、家庭綜合減災資源城市發展安全治理基礎公共衛生風險評估自然災害風險評估風險疊加城市安全風險評估安全生產風險評估社會安全風險評估承災體房屋公共服務系統基礎設施人口資源環境減災資源能力P10城市發展安全治理基礎合肥市：布設 100 多種、8.5 萬套前端傳感設備，有效監測城市生命線運行狀態，建立安全風險監測預警中心，匯聚數據，專家團隊

5、分 析研判，成功預警處置 6000 多次突發險情。南京市：建成城市安全運行綜合監測預警平臺，開發監測預警等 八大業務子系統，整合 24 個部門 70 余類基礎數據，系統推進燃氣、供排水、橋隧等領域監測預警工作。成都市：建成地鐵等多行業領域風險監測系統，實現對 13 條 558 公里軌道運營線路、91 家 A 級景區、1641 座橋梁、3600 余個工地、22 個場館動態監測預警。佛山市：搭建應急管理綜合應用平臺，構建橋梁、燃氣等 9 大監測專項，布設 1.3 萬套物聯網傳感器。上海黃浦：依托“城市運行管理平臺”，建成“城市安全預警監 測系統”，對城市基礎設施、超大客流、消防、店招 店牌高空安全

6、等進行全面監測。一些城市率先在城市安全風險綜合監測預警平臺建設方面進行了積極探索，形成了符合本地實際的建設和運營工作模式，為開展城市風險監測預警提供了有益借鑒。遵義：改造燃氣管道49.75公里，新增監測終端設備489個，城區604公里燃氣管網實現SCADA系統在線預警監測，1350處地質災害隱患點安裝自動化監測設備，對144家重點企業、6917輛重點車輛、5208重點駕駛人進行監管北京通州：覆蓋通州區市政道路范圍內的所有地下管線，8大類14小類總長9900公里?；就瓿扇珔^906平方公里市政道路地下管線“一張圖”，79類50萬個地上城市部件普查視頻監控營運車輛城市生命線河道站點超汛線預警下游水

7、位研判分析城市發展安全治理基礎P12P12應急時空信息技術發展應用現狀02l 應急時空信息業務框架l 應急時空信息技術體系l 觀測探測與監測子體系l 災變量化時空分析體系P13一、應急時空信息業務框架風險感知p 多譜段、多分辨率遙感圖像分析與識別p 重力場、地磁場精細建模與結構反演監測預警p 高時效數據更新與采集、分發p 狀態變化數據對比與分析p 物理化學要素、大氣層、電離層監測災后重建p 準確的災情評估是災后重建最主要的依據之一。p 提供災害重建規劃的數據和技術支撐l 全疆域、多手段、長周期全疆域、多手段、長周期l 局部、并發、快響應局部、并發、快響應地震地震滑坡滑坡堰塞湖堰塞湖水災水災l

8、局部與廣域結合，精準局部與廣域結合，精準應急救援p 救援決策與動態調度p 災害損毀據分析評估與動態監測p 現場通信、導航保障P14二、應急時空信息技術體系天-空-地-深一體化的觀測、探測及監測體系監測觀測觀測探測n 全場景n 長時序n 多尺度n 大范圍n 高精度n 強交叉P152.1 觀測子體系：地震觀測 地震觀測是用地震儀器記錄天然地震或人工爆炸所產生的地震波形，并由此確定地震等基本參數（發震時刻、震中經緯度、震源深度及震級等）?，F代地震儀器設備地震觀測臺網地震波形圖震源機制圖防災減災提前發現和預警地震，減少人員傷亡和財產損失科學研究了解地殼構造和地球內部的動力過程工程應用制定建筑設計中抗震

9、標準地震觀測系統組成P162.2 探測子體系：活動斷層 利用地質和地球物理方法綜合確定活動斷層的位置、產狀，并獲取其晚第四紀的活動性質、幅度、時代、滑動速率以及大地震復發間隔等參數。探測城市活動斷層的分布、活動特征和危險性評價是減輕城市地震災害風險的重要途徑。探測內容：p 斷層位置：確定斷層的地理位置和走向p 斷層活動性：評估斷層的活動歷史和未來活動潛力p 斷層結構：了解斷層的幾何形態和結構特征探測目標：活動斷層“有沒有、活不活、深不深、震不震、錯不錯”的具體結論資料收集野外調查地球物理勘探探槽開挖樣品分析斷層活動性評估中國地震局地質研究所的活動斷層數據庫一體化云平臺P172.3 監測子體系：

10、地震前兆異常 地震監測是指在地震發生前后，對地震前兆異常和地震活動的監視、測量。地震監測站分析處理數據中心地震信號處理地震識別算法地震定位震級測定數據傳輸地震預警監測內容監測流程P182.3 監測子體系：跨斷層監測 利用技術手段對活動斷層的空間位置、活動性以及相關參數進行確定，并評估其地震危險性。監測內容：p 斷層位移：監測斷層兩側的相對運動p 應變變化：監測斷層周圍的應變場變化p 地表變形：監測地表的形變情況 目的：實時監測斷層活動，提供預警信息，降低地震風險 應用：地震預警系統、工程建設（如高鐵、橋梁）、防災減災策略制定LiDAR精確測量地表變形應變儀監測斷層區域的應變變化InSAR監測地

11、表形變傾斜儀監測斷層區域的傾斜變化P19空天地綜合觀測能力-滑坡為例引自DOI:10.11947/j.AGCS.2019.20190452p觀測內容：形態-形變-形勢p正在成災的破壞跡象（高分辨率遙感變化檢測與特征識別）p歷史上的古老災害體（DEM數據計算與地形地貌分析）p變形中的大型災害體（InSAR探測、識別和圈定變形區）p2017年8月8日11時,理縣通化鄉西山村黃泥壩子滑坡,事前變形量20-30mm/年。飛行向視線向pInSAR的作用p提供變形數據，圈定變形區，確定隱患特征P202.3 監測子體系：邊坡安全監測在線監測降雨量、沉降、錨索應力、表層位移、深部位移、內部水壓、土壓、裂縫等多

12、維參數，研發分布式、立體式光纖監測預警技術系統與滑坡發生概率模型，構建重特大地震與降雨觸發滑坡災害鏈災情評估算法與模型，開展復雜環境下的邊坡地質災害監測與評估。P21區域地面沉降監測技術一等精密水準測量GPS測量 InSAR測量人工水位測量自動水位測量區域地面沉降變形監測技術區域地下水位監測技術層析成像方法地裂縫地震勘探構造型地裂縫中小型復合成因地裂縫折射波成像方法面波成像方法地震波多波探測反射波成像方法地面沉降監測已從以往的以水準測量、分層標測量等地面手段為主，發展到以干涉合成孔徑雷達（InSAR）遙感技術為主，能夠快速獲取大區域、高精度、長時序的地面沉降信息。P22DEM數據遙感影像土地利

13、用植被、土壤工程資料河道斷面管網數據水文氣象資料內澇積水資料基礎數據集城市內澇預警模型混合產流模型地面匯流模型城市排水概化模型河道+管網排水模型基于格網的城市洪澇模型模型輸出結果淹沒范圍最大淹沒水深淹沒歷時內澇預警結果內澇預警指標氣象數據水情數據內澇監測數據視頻數據實時數據集基于排水標準的排水能力模型內澇智能預警模型城市洪澇預警框架圖城市洪澇災害：因降雨、融雪、冰凌、潰壩（堤）、風暴潮、熱帶氣旋等造成的江河洪水、漬澇、山洪、滑坡和泥石流等，及其由其引發的次生災害，對城市造成的災害的現象。無人機多傳感器平臺航空ASR和可見光水面積提取高程信息地物類別淹沒評估要素提取城市高精度地形模型城市洪澇模型

14、P232.3 監測子體系：典型承載體堤壩安全監測基于長距離、高空間分辨率、高靈敏度的分布式光纖管涌入水口探測設備、堤壩迎水面光纜組網技術，以及基于DAS波傳播方程的管涌入水口位置反演算法，實現管涌入水口位置快速定位P242.3 監測子體系：典型承載體城市結構損傷（地上）地層沉降（地下）地上建筑監測地下結構探測基于結構安全與災害源探測技術，時效快、自動成像技術體系，突破高層建筑內部結構玻璃幕墻脫落與松動監測難題。P252.3 監測子體系：典型承載體大跨度橋梁基于大跨度橋梁變形、損傷、荷載動力的沉降變形、部件受損、洪水沖擊、人為破壞等識別誤差大模型的構建以及形成的結構體立體監測預警體系，依托數字化

15、監測平臺，實時動態展示橋梁主承體結構健康安全與全生命周期的立體監測。P262.3 監測子體系：典型承載體長埋深隧道基于長埋深隧道的實時診斷和超前預測監測預警技術系統，巖土工程的實時動態安全監測技術以及巖體的變形，結構健康、同震位移等的實時成像算法與模型，實現了長埋深隧道的動態感知，實時成像，超前預警等。P272.3 監測子體系：典型承載體管道基于管道埋設光纜的地下結構探測技術，以及地下管道安全運營智能監測預警體系建設，實現地下管道安全的能力提升。P282.3 監測子體系：典型承載體化工園區園區安全園區管理園區洪澇研發先進半導體芯片，開展?；髽I安全生產監測預警，建立安全風險智能化管控大模型，有

16、效防范化解重大安全風險，降本增效。P29三、災變量化時空分析：氣壓+水壓等差Cat.4(132 mph)Cat.5(161 mph)Cat.3(127 mph)Cat.1(92 mph)光學遙感氣象和洪澇災害監測光學遙感氣象和洪澇災害監測P30三、災變量化時空分析：形變+位移InSAR+GNSS形變監測P31三、災變量化時空分析：武漢漢陽工業區紅外遙感火災及城市熱點遙感監測P32高光譜遙感監測城市?；泛铜h境災害效應P3333湯加火山城市災害遙感監測P34HPM張衡一號衛星記錄的空天天氣災害和火山爆發信息P35中長期風險評估中短臨監測中短臨監測氣體濃度監測氣體濃度監測地震紅外溫度異常地震紅外溫

17、度異常震間變形震間變形多物理場耦合分析多物理場耦合分析大地震孕育時空強演化特征及預測地面及井下觀測地面及井下觀測地震電磁異常地震電磁異常P36P36城市安全時空信息生態建設思考03城市安全l 城市安全時空信息生態建設框架l 城市安全時空信息生態建設措施P37時空信息賦能全域智慧城市安全建設全域智慧治理理念體系全域智慧安全基礎理論體系全域智慧安全監測預警體全域智慧安全傳輸網絡體系全域智慧安全時空基礎設施體系全域智慧時空數據資產管理體系科技創新能力體系建設落實仙臺防災減災框架和韌性建設體系城市安全時空信息生態框架數據信息模型行動風險感知（描述型負熵）時空信息賦予風險位置和時間異常分析（診斷型負熵）

18、異常分析量化風險及危害模擬推演（趨勢型負熵）數據+機理揭示演化規律風險監測應急響應（方案型負熵）智能應急決策劉萬增,陳軍.時空信息的基本內涵與賦能機理時空信息標準法律法規體系P38一、創新城市全域智慧安全治理理念風險家底一個庫、風險監測一張網、風險管控一盤棋、風險處置一條線P39應急管理部和中國科學院聯合組建，目前第一家國家級全災種全鏈條自然災害防治研究機構承擔自然災害防治重大政策、基礎理論、關鍵技術、重要裝備研究，以及科技成果轉化和應用示范等工作。為公益二類科學事業單位，編制數613人?；A科學研究中心空間信息研究中心地震災害研究中心地質災害研究中心氣象災害研究中心水旱災害研究中心林草火災研

19、究中心城市災害研究中心國家自然災害應急技術創新中心自然災害動力學國家（重點）實驗室國家自然災害野外科學觀測研究站（網）應急裝備研發中心戰略政策研究中心理論基礎二、加大推進城市安全基礎理論體系建設應急管理專業：應急管理學院：26所高校，70%為近五年內成立，一半以上的學院還處在建設早期。城市安全專業：國內僅12所院校開設，且均屬于應急管理、城鄉規劃、安全科學與工程等下屬方向。國內開設城市安全相關專業的高校P40二、加大推進城市安全基礎理論體系建設 地球系統數值模擬裝置（大氣所）大型地震工程模擬研究設施（天津大學）地震災害鏈模擬器（地震局）洪澇災害模擬器（災研院）巨災實驗中心（清華合肥公共安全）地

20、球系統數值模擬裝置：寰l 地震滑坡l 地震降雨滑坡l 滑坡涌浪l 潰決洪水演進四種地震災害鏈模式l 地震滑坡堵江潰壩洪水l 地震/降雨崩塌/滑坡/山洪/泥石流兩種災害鏈數值模型中國地震科學實驗場地震災害鏈觀測實驗平臺P41三、強化政策和法規，落實數據安全與隱私保護建立相關的數據治理政策和法規，明確數據的收集、存儲、處理、共享和保護的規范和標準。建立健全的數據安全管理體系，包括數據訪問控制、加密技術、數據備份與恢復等措施。同時，加強對個人隱私數據的保護，遵守相關的隱私法規和政策，確保數據使用的合法性和合規性。測繪法網絡安全法信息公開條例著作權法政府法令突發事件應對法P42四、落實城市安全數據治理

21、與資產管理體系建設局建設局生態建設局生態建設局城管局城管局衛健委衛健委行業管理部門行業管理部門氣象局氣象局地質局地質局綜合服務部門綜合服務部門燃氣公司燃氣公司供水公司供水公司運營公司運營公司安全監督安全監督災害預測災害預測安全生產運營安全生產運營遙感數據導航定位（北斗）氣象雷達數據衛星數據衛星數據地震前兆臺網數據國家氣象臺網數據國家水利監測數據國家監測數據國家監測數據應急保障處置災情上報數據調查評估數據應急專業數據應急專業數據受災現場圖片視頻災害現場數據社會化數據社會化數據數據要素生產安全生產自然災害數據透視風險識別規律發現預測預警影像視覺分析智能語音交互離線計算實時計算算法服務算法倉庫計算服

22、務分析數據處理資產化管理數據權屬P43（1）補齊城市安全衛星星座建設：建設城市安全對地觀測衛星星座，建成天基城市安全大數據獲取新型基礎設施和產業發展平臺，構建衛星遙感、衛星通訊、衛星導航技術于一體的城市安全空間技術減災救災體系，為城市精細化管理提供空天信息技術保障，為提升城市災害防御能力提供技術支撐。探測觀測監測導航定位衛星用于高精度的平面和高程定位光學衛星用于多種比例尺地形圖的測制雷達衛星用于多種比例尺地形圖的測制激光衛星用于高精度的高程信息獲取重力衛星用于反演地球重力場，提高高程基準精度五、強化城市全域智慧安全時空基礎設施建設P4444綜合遙測技術裝備綜合遙測技術裝備（免維護、邊緣計算、智

23、能告警）（免維護、邊緣計算、智能告警）堤防管涌險情巡查技術系統堤防管涌險情巡查技術系統堤防險情巡查技術裝備堤防險情巡查技術裝備（低成本、智能識別、高效快捷）（低成本、智能識別、高效快捷）可見光相機熱紅外相機激光雷達無人機無人機多傳感器集成多傳感器集成l多傳感器標定l電路同時觸發l數據協同存儲l傳感器選型及適配多因子火險綜合感知裝備多因子火險綜合感知裝備（2）強化面向城市安全的導遙一體終端裝備研發及應用五、強化城市全域智慧安全基礎設施建設P45五、強化城市全域智慧安全時空基礎設施建設電視直播航拍反恐演練集群滅火堤壩搶險救援高原物流運投隔離疫區物資投送無人系統滅火地震救援地形勘察消防救援水域救援演

24、習保障（3）積極推進城市全域安全低空經濟發展及應急處置應用P46智能巡邏機器人軌道巡檢機器人重點空間巡檢機器人反恐防暴機器人消防機器人 無線環境監測智能機器人橋梁檢修機器人（4）加大智能機器人的產品研發及應用，提高城市安全治理效率和理念預警防撞機器人五、強化城市全域智慧安全時空基礎設施建設P47（5）構建統一的全息時空底座建設：基于基礎地理信息數據，以三維地質結構模型為基底，匯集實景三維、CIM、BIM、水利數字孿生等三維立體時空數據，融合交通、住建、應急等部門的災害普查專題數據，構建時空信息服務模型，提供全區統一、全域覆蓋的全息數字城市安全時空信息服務。五、強化城市全域智慧安全時空基礎設施建

25、設P48（6）加強全鏈條災害綜合防控時空信息作用五、強化城市全域智慧安全基礎設施建設P49實現對城市生命線、公共安全、生產安全和自然災害等風險的全方位、立體化感知，構建從氣象、地質、環境到地下、地上基礎設施等物聯感知為一體的立體化監測網，形成一張人防、技防、物防有機融合的城市安全風險監測網。六、加強城市全域智慧安全風險監測網建設P50七、強化全域智慧安全科技創新能力體系建設通用模型通用算法城市安全應急大腦人員服務組織機構服務各類自然災害預警與處置安全生產風險預警與處置各地上層應用權限服務服務突發事件報送系統風險監測預警系統?；返怯浶畔⒐芾硐到y 通用數據分析能力通用AI能力P51八、落實仙臺防災減災框架和韌性建設體系ZY1-02C ZY3 Stereo Mapping ConstellationOptical Satellite Constellation2m/8m(GF1-B/C/D)GF-3GF-1GF-2GF-6ZY1-02D GF-7 認識災害強化治理韌性評價預案重建P52P52請各位專家指正 謝 謝！