王卷樂-國際防災減災知識服務關鍵技術與應用.pdf

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1、P1王卷樂中國科學院地理科學與資源研究所 研究員2024年6月26日國際防災減災知識服務關鍵技術與應用P2匯報大綱一、防災減災國際合作研究背景二、防災減災知識服務關鍵技術三、一帶一路地區國際應用實踐P3中國自然災害造成的損失：直接損失和死亡人數全球自然災害頻發，極端事件加劇。僅2023年，自然災害就導致近10萬人死亡。世界面臨的災害風險越來越大。注：2023年全球十大自然災害經濟損失(單位:億美元)（一）研究背景P4（一）研究背景黨的十八大以來，習近平總書記高度重視防災減災救災工作。大數據時代下，“數據要素應急管理”和“數據要素科技創新”強調加強災害智能監測。通過數據開放引導市場主體開展數據深

2、度挖掘、知識發現與信息產品定制。（十二）數據要素x應急管理習總書記重要指示（九）數據要素x科技創新P5（一）研究背景聯合國教科文組織(UNESCO)長期重視防災減災領域全球合作，設有防災減災機構（DRRUnit）。面臨不斷增強的災害風險，于2015年向中國工程院提出加強防災減災知識服務的需求。2013年提出“一帶一路”倡議，沿線國家多是自然災害活躍區和高風險區，同期面臨著一帶一路防災減災國際合作重大需求。2015年是聯合國2030 年可持續發展議程和2015-2030年仙臺減災框架的起始年，在防災減災領域的合作需求強烈。UNESCO防災減災行動框架UNESCO全球合作網絡UNESCO總干事阿祖

3、萊于2023年國際減災日呼吁全球加入減少災害風險行動P6（一）研究背景在此背景下，依托于中國工程院的UNESCO全球二類中心國際工程科技知識中心(IKCEST)，2016年啟動防災減災知識服務系統建設(IKCEST-DRR)。研究意義：防災減災領域知識服務變革發展意義 防災減災領域開放科學平臺國際示范意義 防災減災多模態知識服務產品開發意義 一帶一路沿線區域防災減災跨境實踐意義 全球開放平臺長期防災減災公益服務意義http:/drr.ikcest.orgP7（二）目標內容防災減災知識服務：面向災害風險評價、應急救災、災后重建、科學普及等防災減災需求，高效快捷地從多模態數據源（如數據庫、圖書館、

4、影像庫、文本庫、互聯網等）中持續匯聚各類災害數字資源、挖掘災害時空屬性信息、抽取規律性和新發現的防災減災知識，并提供面向用戶的開放防災減災知識服務。專業數據庫數字圖書館互聯網大數據匯聚各類數字資源挖掘災害時空屬性信息抽取防災減災知識提供防災減災知識服務如何加強更接近用戶需求端的“知識服務”？如何打通“數據-信息-知識”的服務鏈條？如何在能力建設基礎上提供更多的知識資源和知識服務？P8（二）目標內容 以滿足國家安全和可持續發展為總體目標，面向防災減災需求，匯聚各類防災減災數據和知識資源；以大數據挖掘和分析技術為支撐，建立防災減災知識服務平臺，構建災害知識圖譜，研發災害專題在線應用；形成信息處理、

5、分析應用和開放服務能力；為重大工程、科技創新、人才教育等提供災害知識服務，支撐UNESCO防災減災使命，推動防災減災知識服務行業應用，顯著提升我國的國際貢獻和影響力。P9（三）研究歷程201620192020國際工程科技知識中心正式啟動防災減災知識服務系統建設災害科學數據、地圖、文獻、專家、機構、報告、視頻課件、災害事件、重大工程等 9類知識資源的有序聚合開展知識抽取、知識關聯、智能檢索分析與挖掘算法研究與系統集成開展多模式遞進的知識服務，并拓展在中巴走廊、中蒙俄走廊、孟中印緬走廊等一帶一路地區和全球廣泛應用2018首批防災減災專業知識資源聚合，服務系統設計與研發。防災減災服務系統正式上線運行

6、20172021-2023在線分析模型研究與功能集成，知識圖譜構建，形成知識服務新模式全面、系統、深入地開展防災減災知識服務關鍵技術及應用研究P10匯報大綱一、防災減災國際合作研究背景二、防災減災知識服務關鍵技術三、一帶一路地區國際應用實踐P11研究思路UNESCO全球示范性開放知識平臺防災減災知識服務系統應用構建多源數據匯聚開放平臺構建多模態信息挖掘專題知識應用知識圖譜構建開放知識服務UNESCO防災減災專職部門國家減災中心國家遙中感心“一帶一路”國際科學組織聯盟中國-巴基斯坦地球科學中心“一帶一路”國內和走出去企業國家數據中心立足開放科學（數據、信息、知識、平臺等），構建防災減災知識服務系

7、統，探索災害知識挖掘的技術方法，提供面向全球和一帶一路的開放產品。P12研究思路1、多源數據和知識資源匯聚元數據標準體系災害數據分類災害元數據描述知識資源匯聚、管理、共享、服務技術規范專題資源庫季分發共享應用系統專題數據庫專題產品2、開放平臺構建與FAIR數據治理防災減災服務平臺文件數據錄入數據主目錄服務系統地圖可視化災害機構分布元數據信息發布文獻檢索災害地圖瀏覽地圖權限管理用戶行為分析防災減災專題應用Web多災害專題標簽過濾數據庫3、多模態信息挖掘與災害知識發現多模態信息抽取知識發現文獻信息挖掘社交媒體數據主題分類用戶行為軌跡立方體災害遙感監測高溫熱浪極端氣候事件冰雪凍災滑坡泥石流4、一帶一

8、路專題防災減災知識應用中巴經濟走廊洪澇災害快速動態監測孟中印緬極端高溫災害風險評價中巴經濟走廊信息共享與知識服務巴基斯坦特大洪水應急救災中蒙俄生態環境問題防災減災典型區域生態系統監測5、災害實體抽取與知識圖譜構建洪澇災害實體知識匯聚洪澇災害知識圖譜構建及應用6、平臺服務國內外影響防災減災知識服務國際研討會防災減災科技脈動報告高等教育國際應急救災數據共享服務國際培訓和人才培養院士及戰略資訊項目信息推送科普活動鹽漬化荒漠化石漠化地震生態脆弱性城市災害P132.1 資源匯聚與知識組織P14災害數據匯聚標準規范 包括元數據實體集信息、標識信息、內容信息、數據質量信息、限制信息和分發信息等10個子集。從

9、災害核心元數據和災害全集元數據兩個層次構建災害元數據標準。災害元數據標準總體包含39個實體，114個元素，其中核心元數據元素有30個。災害元數據標準子集災害核心元數據標準結構P15災害數據匯聚標準規范研制了地球系統科學數據分類與代碼1項團體標準、科技資源核心元數據1項國家標準、防災減災知識服務系統資源分類規范等制度規范10項，用于規范數據資源建設、知識服務建設、系統運維等。P16災害數據質量控制方法針對應急系統中的自然災害調查數據質量問題，開展質檢和質量控制方法體系研究，構建了包括4個層級、6類監測方法，包括4000多條規則的質量檢查規則庫。建立國家、省、市、縣四級質檢框架建立四位一體的質檢技

10、術規則體系建立計算機軟件可編碼的質檢規則庫建立經典統計與空間相關性分析相結合的質檢方法建立基于第三方大數據等異常值交叉檢測的新模式建立特殊普查數據處理機制和軟件響應方式P17災害數據庫建設與集成截至2023年底，防災減災平臺數據量防災減災平臺數據量達460多萬條。災害科學數據資源包含15個災害科學數據庫。全球災害元數據庫地震災害專題庫干旱專題數據庫洪水災害專題庫冰凍災害專題庫高溫熱浪災害專題庫林草火災專題庫生態環境災害專題庫城市災害專題庫災害信息網絡挖掘專題庫一帶一路孕災環境專題庫一帶一路區域災害專題庫中蒙俄經濟走廊防災減災專題庫中巴經濟走廊防災減災專題庫孟中印緬經濟走廊防災減災專題庫P18災

11、害知識庫建設與集成視頻課件庫災害知識庫按照統一技術標準規范，匯集各類知識庫資源，并進行成果質量控制和加工整編。具體包括災害機構庫、災害專家庫、災害報告庫、災害項目庫、視頻課件庫、災害事件庫、災害地圖庫、災害文獻庫、災害事件庫等。災害報告庫災害文獻庫322220條災害機構庫災害專家庫災害地圖庫災害事件庫P192.2 開放平臺研發與FAIR化數據治理P20系統平臺架構設計與開發以云平臺為支撐，形成知識資源底座，結合元數據內容管理、可視化和搜索引擎子系統，支撐各類知識應用和在線服務。建立多語種切換的平臺服務系統，提供數據、地圖、教育、應用、目錄、文獻等多種資源型服務、知識應用APP和應急救災專題服務

12、。平臺設計系統門戶P21系統平臺架構設計與開發針對防災減災知識服務應用建設主要采用了12項開放技術并遵循17項相關標準，自主開發了25項功能。資源檢索、防災減災垂直領域搜索引擎、全文檢索模塊搜索引擎多語言全文檢索支持模塊、界面語言中英文國際化模塊國際化災害數據自動化采集與發布、后臺信息發布、數據交換與再發布模塊、會議發布應用模塊、WMS元數據發布模塊、災害元數據在線管理與發布模塊、資源目錄管理數據管理防災減災在線教程模塊、災害地圖圖件可視化與應用模塊、資源導航、在線可視化應用可視化DRR平臺測試功能、災害專題地圖在線應用模塊、災害專題地圖WMS/WCS服務接口模塊開放接口用戶交互展示、用戶管理

13、、用戶地圖訪問熱點信息統計模塊、在線問卷調查模塊、GIS矢量在線編輯器、防災減災科普模塊用戶交互P22系統平臺架構設計與開發 GDMD的意思是全球災難數據主目錄。它是世界災難數據的目錄、中心和交換中心。它也是災害數據目錄呈現、搜索、發布、挖掘和分析的工具。GDMD發布了1463條用于科學研究的開放數據集，還在互聯網上對數據集進行了編目，信息經過轉換能夠滿足OGC，CSW的標準。目錄共錄入了749個數據，其中DRRKS本身數據329個，編目數據420個。系統平臺主目錄分為8個類別，分別為：水文氣象災害273個、地址地震災害162個、海洋災害11個、生物災害95個、生態環境災害41個、技術災害5個

14、、社會災害12個、其他150個。主目錄：http:/ikcest- 以全數字化視角，構建數字中巴經濟走廊。目錄包括七個一級走廊，即本底走廊、時空走廊、防災減災走廊等。整合53個數據庫?；谠撈脚_支持了2022年巴基斯坦特大洪水救災，并在印度河上游地區森林退化等應用中發揮作用。P252.3 社交媒體災害輿情響應P26新冠疫情公眾輿情響應 針對新冠疫情應急需求，利用微博社交媒體數據，提出融合LDA主題模型+隨機森林算法的話題抽取與分類框架，對社交媒體文本進行話題抽取處理，采用分層處理的方法，實現細粒度的公眾話題獲取，分析中國公眾輿情的格局與演變。結合社交媒體數據的多維度特性，提出一種用戶行為軌跡立

15、方體表達模型（TGSC）。首先系統定義了社交媒體用戶行為的時空語義多維度關系，包括用戶行為、行為變化、用戶與語義變化等關聯關系。COVID-19相關的語義變化網絡圖COVID-19相關微博語義變化事件空間分布P27新冠疫情公眾輿情響應 提出一種用戶行為軌跡立方體表達模型(TGSC)，定義時空語義多維關系 基于用戶行為“時間-空間-語義”相似性度量方法，采用譜聚類算法實現用戶行為軌跡聚類，基于PrefixSpan算法挖掘用戶話題序列模式時間-語義語義-空間語義變化網絡時間線話題1話題2話題3時間-空間時間切片語義/S空間/G話題切片時間/T語義/S空間/G時間空間用戶行為三維點時空軌跡時空分析時

16、間/T空間切片語義/S時間空間/G時間/T語義/SG-ST-ST-G時間軸固定 構建融合“時間-空間-語義”三維特征的突發事件下公眾行為模式挖掘框架用戶行為軌跡立方體P287 20鄭州暴雨災害公眾輿情分析 針對2021年鄭州720特大暴雨災害，社交媒體數據采集時間為2021年7月17日0:00-2021年7月28日0:00，采用LDA主題模型+隨機森林處理微博文本數據，將話題分為 14 類。開展社區尺度的文本挖掘，發現城市內部區域的公眾需求，例如發現的建筑大面積停電、地下室淹水、隧道被困、飲用水短缺等問題。重災社區位置信息社區所需資源信息主題統計結果P297 20鄭州暴雨災害公眾輿情分析 時間

17、序列上 災害前期，公眾對天氣狀況的關注較多；災害中期，隨著暴雨的持續，民眾情緒較消極，但隨著救援工作的進行，民眾情緒轉向積極；災害后期，民眾出現了對物資援助的迫切需求?？臻g格局上，公眾響應集中在河南省，并向外延伸到主要城市群，如京津冀、長三角和珠三角地區?？傮w呈現東多西少、南重北輕特征。P302023年杜蘇芮臺風災害輿情分析 針對2023年超強臺風“杜蘇芮”，采集了2023年7月27日-8月3日的微博文本數據，采用支持向量機（SVM）算法對微博文本進行分類，將“杜蘇芮”災害期間的主要話題劃分為 5 類。發現“杜蘇芮”臺風登陸期間影響城市分布，結合臺風登陸路徑和影響范圍分析各微博話題輿情時間序列

18、與空間格局的特點。話題編號話題類別話題描述百分比（%）Topic 1臺風路徑臺風、路徑、登陸、公里、中心、風力、海面、西行、距離12.4Topic 2預警提醒預警、注意安全、提醒、發布、信號、警報、防范、提示15.8Topic 3應急響應部署、應急、措施、研判、加固、排查、關閉、組織、迎戰14.8Topic 4搶險救災報警、消防、救援、子弟兵、基金會、物資、沖鋒舟、捐款11.2Topic 5災害信息晚點、停運、取消、倒塌、山洪、兇猛、積水、停水、停電45.8P312023年杜蘇芮臺風災害輿情分析 公眾關注重點隨著臺風路徑的移動而變化。各輿情話題在時間上呈現出一定的同步性。話題輿情以沿海地區和京

19、津冀為中心分布。P322.4 文獻知識提取與災害知識圖譜構建P33基于摘要信息構建洪水研究態勢歐洲顯示西歐、中歐、東歐差異非洲整體薄弱，存在連片差異拉丁美洲和加勒比海地區是低地災害發生頻次災害研究頻次洪澇災害分布與研究趨勢空間分布對比1990-2020年1.4萬多篇洪澇災害文獻摘要挖掘文獻挖掘位置分布P34基于文獻大數據的災害知識圖譜構建遙感數據源數量SAR1221LiDAR843Landsat503MODIS395ASTER152Sentinel42基于5000多篇洪澇災害相關學術文獻PDF文件，采用BERT、ERNIE、BiLSTM-CRF等深度學習算法，開展研究方法、數據源、軟件工具等實

20、體自動抽取研究，匯聚洪澇災害研究方法知識?；谑褂梅椒ň?，抽取294種軟件工具基于使用方法句，抽取2181種研究方法基于引用方法句，抽取271種方法實體特定遙感數據是主要數據源基于引用方法句，抽取70種軟件工具句子級抽取實體級抽取P35基于文獻大數據的災害知識圖譜構建數據類型數據量實體來源文獻4742Article_ID標題、作者、關鍵詞、學科類別、發表期刊、發表年份、全文鏈接等文獻抽取結果和元數據信息數據集207Data_ID、數據名稱、時空范圍、關鍵詞、所屬學科、關鍵詞、數據量、摘要等DRRKS專題庫地圖921Map_ID、標題、關鍵詞、簡介、經緯度、地圖鏈接DRRKS地圖庫機構264Ex

21、pert_ID、姓名、性別、出生日期、職稱、學歷、領域、隸屬機構等DRRKS機構庫專家254Organization_ID、中文名稱、英文名稱、簡介、平臺網址、地理位置等DRRKS專家庫視頻52ideo_ID、標題、作者、簡介、發布時間、時長等DRRKS視頻庫多模態洪澇災害數據洪澇災害文獻數據組織模型洪澇災害知識圖譜借助Neo4j圖形數據庫，整合多模態洪澇災害數據，構建洪澇災害知識圖譜包括49878個節點，79542條邊。不同顏色的節點代表不同類別的實體，節點越大表示實體所屬類的級別越高。P36基于文獻大數據的災害知識圖譜構建山洪河流洪水城市內澇卡特里娜颶風山洪（Flush flood）河流洪

22、水(River flood)城市洪水(Urban flood)“卡特里娜”颶風事件SWMM適用場景實體數量523129259182149關系數量789168373255398文獻數量33984151113114模型方法種類15935885618軟件工具種類2491912149高頻模型方法Hydrological model、AHP、Bayesian algorithm等Bayesian algorithm、2D hydraulic model、GCM model等Analytical Hierarchy Process、Hydrological model、ANN、SWMM等ADCIRC mo

23、del、Bayesian algorithm、Generalized Extreme Value、AHP等高頻軟件工具ArcGIS、R、SPSS、ENVI、Python等ArcGIS、HEC-RAS、MIKE、MATLAB等ArcGIS、MIKE、ENVI、SOBEK等ArcGIS、SLOSH、MATLAB等ArcGIS、ENVI等SWMM場景推理城市洪水和山洪側重于使用水文模型（hydrological model）對復雜水文現象和過程進行模擬，而河流洪水更傾向使用水力模型（hydraulic model）模擬自然環境中水的動態變化P37匯報大綱一、防災減災國際合作研究背景二、防災減災知識服

24、務關鍵技術三、一帶一路地區國際應用實踐P38巴基斯坦特大洪水救災服務完成3大類21小類70GB數據整編處理截止到2023年底，數據人次：4500+，下載量：4800+M2022年6月中旬開始，巴基斯坦多地遭受了強降雨洪災。針對應急需要，基于平臺開展共享服務?；谒{點模型繪制大壩流域內的潰壩洪水風險圖，其中藍點指景觀洼地。利用水體指數法，獲得洪水影響的建筑物（a）、農田（b）、道路（c）P39蒙古高原沙塵暴監測與歸因蒙古高原是亞洲沙塵暴主要發源地之一，利用MODIS L1B 數據作為源數據構建沙塵指數（Dust Storm Detection Index，DSDI）模型,得到2000-2021年

25、逐年蒙古高原春季沙塵暴分布圖?？臻g分布整體呈現南多北少，西多東少，且自西向東、自南向北依次遞減的趨勢；沙塵暴發源多始于蒙古國西部的巴彥洪戈爾、前杭愛等省 裸地 增長頻率與沙塵暴發生頻率呈正相關；降水與沙塵暴面積呈負相關。2000-2021年蒙古春季沙塵暴頻次位置圖P40蒙古國土地退化監測與評價19902000，土地退化占11.21%，土地恢復占14.45%；20002010，土地退化占17.96%，土地恢復占8.82%；20102015，土地退化占8.19%，土地恢復占12.92；2015-2020，土地退化占8.16%，土地恢復占16.34%。1990-2000 首次獲取30米分辨率蒙古國精

26、細土地覆蓋數據，總體呈現土地退化，但恢復明顯，存在著以首都為中心的環形突變區域1990-2000 2000-2010 2010-2015 2010-2015 2000-2010 土地退化土地恢復2015-2020 2015-2020 畜牧業無序擴張草場過牧氣候變化影響P41南亞東南亞高溫熱浪風險評價南亞典型城市達卡高溫災害風險評價結果19892018年高溫熱浪災害數據集下載次數：11500+；數據下載量：3600+GB綜合氣象、經濟、地類等數據和機器學習預測高溫人口死亡風險自主精細提取孟加拉國達卡關鍵要素，綜合評價出高溫熱浪風險2018 年高溫熱浪（ARTT=80,ATT=29,DT=3）南亞

27、東南亞高溫熱浪造成人口死亡風險分布圖P42地球大數據支撐聯合國可持續發展目標報告“蒙古高原沙塵暴動態與應對策略”入選地球大數據支撐可持續發展目標報告(2023)“黃河下游及毗鄰濱海地區土壤鹽漬化時空變化”入選地球大數據支撐可持續發展目標報告(2021)“中國長江流域森林類型時空分布”入選地球大數據支撐可持續發展目標報告(2020)“蒙古國及中蒙鐵路沿線土地退化監測與防控”入選地球大數據支撐可持續發展目標報告(2019)P43提供國際重大災害應急救災服務針對2022年巴基斯坦洪水、2023年土耳其和敘利亞地震、利比亞颶風、摩洛哥地震等突發災害，提供災害應急數據共享服務，共享應急數據集123個，向

28、中巴中心提供災情簡報及速報8份。P44平臺用戶訪問情況海外訪問平均占比67%數據下載80多萬次用戶訪問200多萬次平臺訪問累計達224.8萬次，用戶數累計90.2萬人次，用戶覆蓋了全球235個國家和地區，國際用戶訪問量60.5萬，國際訪問占比67.1%，海外訪問前10名的國家有美國、印度、菲律賓、英國、加拿大、土耳其、德國、澳大利亞、巴基斯坦、法國。用戶覆蓋235個國家和地區P45培訓1600多名“一帶一路”沿線青年防災減災人才“一帶一路”防災減災知識服務國際培訓 2016年-2023年織了國際培訓班 9 次。授課150 余場，技術參觀 40 多次，上機操作 20 多次。培訓學員共計1600多

29、人，主要來自俄羅斯、蒙古國、巴基斯坦、埃塞俄比亞、阿爾巴尼亞、阿爾及利亞、孟加拉國等 40 余個國家。防災減災知識服務國際研討會 2017-2023年，共舉辦 七 屆防災減災知識服務國際研討會。同步在線網絡直播。累計 15500 余人參會。來自美國、日本、德國、俄羅斯、西班牙、蒙古、巴基斯坦、印度尼西亞等14個國家的專家發表學術演講。P46國際培訓班學員多次參觀超圖公司P47成為UNESCO開放科學全球示范平臺https:/www.unesco.org/en/open-science/knowledge-sharing開放科學（Open Science）是UNESCO于2021年11月向全球提

30、出的開放建議?！胺罏臏p災”領域是UNESCO推進開放科學建議實施的優先領域之一。2023年防災減災知識服務平臺作為國內首個進入UNESCO在防災減災領域遴選的開放科學平臺，成為UNESCO全球防災減災開放科學示范平臺。IKCEST-DRR防災減災知識服務系統P48總 結面向全球和一帶一路走出去防災減災應用需求，本項目按照“多源數據匯聚、開放平臺構建、多模態信息挖掘、專題知識應用、知識圖譜構建、開放知識服務”的基本研究思路，建立了防災減災知識服務技術體系，建成UNESCO開放科學在防災減災領域的全球示范平臺，在國際、國內和一帶一路地區支撐重大應用。我們將繼續深入創新實踐，促進更大的行業和領域應用。P49謝 謝