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天空地協同遙感監測精准應急服務研究（簡體書）
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目次
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本書系統介紹國家重點研發計劃“地球觀測與導航”重點專項“天空地協同遙感監測精准應急服務體系構建與示範”項目的研究成果。全書圍繞自然災害、社會事件、重大社會活動、生命線工程中**代表性的四類空間信息應急服務需求，闡述以遙感技術為核心，協同多種空間信息技術的天空地協同遙感監測應急服務機制，天空地一體化協同觀測、數據聚合分析和精准信息提取技術，介紹應急服務與指揮調度平臺，以及在重點區域開展的突發事件精准應急服務應用示範。
目次
目錄
序
前言
第1章 天空地協同遙感監測應急服務現狀 1
1.1 天空地協同遙感監測應急服務的意義 1
1.2 國內外現狀與趨勢 1
1.3 本書相關項目 2
1.3.1 總體目標 2
1.3.2 研究內容 2
1.3.3 方法與技術路線 4
參考文獻 5
第2章 面向突發事件的天空地數據需求與應急服務機制 6
2.1 數據與產品需求體系 6
2.1.1 數據與產品需求調研 6
2.1.2 衛星資源調研 6
2.1.3 衛星觀測資源滿足度分析 8
2.2 面向突發事件的天空地應急服務機制 8
2.2.1 面向突發事件的天空地應急服務技術體系 8
2.2.2 面向突發事件的天空地協同應急服務機制 8
2.2.3 天空地協同組網機制 10
2.2.4 數據集成與處理機制 16
2.2.5 服務應用共享機制 18
2.2.6 災後應急通信保障機制 18
參考文獻 20
第3章 天空地一體化協同數據獲取與預處理 21
3.1 衛星數據獲取 21
3.1.1 災害應急響應驅動的遙感衛星數據快速獲取流程 21
3.1.2 衛星數據獲取任務規劃 22
3.2 航空數據獲取 31
3.2.1 機載數據規劃與准實時處理系統 31
3.2.2 航空遙感數據庫建設 32
3.2.3 合成孔徑雷達航空數據應急響應處理系統 32
3.2.4 准實時航空數據快速處理系統 35
3.3 基於浮空器平臺的遙感應急系統初步設計方案 36
3.3.1 浮空器平臺遙感應急系統傳感器選配方案 36
3.3.2 飛艇平臺影像快速地理定位模型 37
3.3.3 浮空器平臺高清視頻快速處理模式 38
3.3.4 大飛艇應急觀測模擬系統設計與初步實現 42
3.4 地面數據獲取 47
3.4.1 突發事件採集上報系統 47
3.4.2 網絡自媒體數據獲取與處理 51
3.4.3 無線通信信號集群處理及弱信號檢測採集技術 61
3.5 通信與北斗應急指揮 63
參考文獻 69
第4章 天空地數據整合與信息聚合 70
4.1 數據庫與系統平臺建設 71
4.1.1 數據庫結構設計 71
4.1.2 數據接口設計 78
4.1.3 專題樣例數據收集和入庫 85
4.2 協同分析與交互編輯軟件開發 87
4.3 三維顯示與網絡端研發 93
4.3.1 網頁系統框架設計 93
4.3.2 界面功能設計開發 94
4.3.3 遙感監測和應急相關數據的快速可視化 95
參考文獻 102
第5章 天空地應急信息提取技術 104
5.1 衛星遙感信息的處理 104
5.1.1 國產高分遙感衛星影像快速正射校正技術 104
5.1.2 多源數據一致性校正 106
5.2 數據融合 108
5.2.1 基於相關向量機的增強高光譜圖像分辨率的數據融合 108
5.2.2 高通濾波數據融合 113
5.3 基於時空模型的應急事件區域檢測算法 114
5.3.1 滑坡、泥石流序列遙感影像數據整理 115
5.3.2 特徵序列影像構建 117
5.3.3 時空上下文災害檢測模型 118
5.4 基於變化檢測的地震災害信息提取 119
5.5 基於深度學習的地震災害信息提取 122
5.6 地震應急專題圖快速製圖 123
5.7 無人機運動目標跟蹤方法 124
5.7.1 無人機視頻序列幀間圖像配准算法 125
5.7.2 基於時空顯著性的無人機視頻運動目標檢測算法 127
5.7.3 基於跟蹤的無人機視頻運動目標檢測算法 129
5.8 應急環境受困人員與物品高精度定位技術 133
5.9 基於深度學習的人群目標監測方法 134
5.10 關鍵詞檢索語義分析模型與個性化推薦算法 136
5.10.1 關鍵詞語義分析模型 136
5.10.2 個性化推薦算法 138
參考文獻 140
第6章 精准應急服務與指揮調度平臺設計 144
6.1 總體架構設計 144
6.2 數據架構設計 145
6.3 業務流程設計 146
6.3.1 地震應用業務流程 146
6.3.2 社會安全事件應急處置業務流程 147
6.3.3 冬奧會氣象保障應用業務流程 148
6.3.4 電力保障應用業務流程 148
6.4 接口設計 149
6.4.1 內部接口 149
6.4.2 外部接口 150
參考文獻 150
第7章 精准應急服務與指揮調度平臺功能組成 151
7.1 任務管控與指揮調度系統 151
7.1.1 應急事件上報模塊 152
7.1.2 數據訂單任務管控模塊 154
7.1.3 產品訂單任務管控模塊 154
7.1.4 任務訂單處置過程監控模塊 154
7.1.5 應急指揮調度模塊 155
7.2 應急服務鏈組配集成系統 158
7.2.1 節點註冊與管理模塊 158
7.2.2 服務註冊模塊 158
7.2.3 服務管理模塊 159
7.2.4 服務鏈編排模塊 160
7.2.5 服務鏈執行模塊 160
7.2.6 服務鏈管理模塊 161
7.3 精准應急共性服務系統 161
7.3.1 多源遙感數據處理服務集 162
7.3.2 精准位置服務集 169
7.3.3 氣象應急保障服務集 170
7.3.4 綜合分析研判服務集 171
7.3.5 應急知識管理服務集 175
7.4 多源時空信息展示發佈系統 176
7.5 精准應急服務與指揮調度平臺移動終端集成 178
7.5.1 地圖顯示模塊 178
7.5.2 北斗導航模塊 178
7.5.3 氣象實況與預報模塊 178
7.5.4 北斗報文模塊 179
7.5.5 突發事件信息採集模塊 179
7.5.6 突發事件信息實時回傳模塊 179
7.5.7 信息協同共享模塊 179
參考文獻 179
第8章 精准應急服務與指揮調度平臺關鍵技術 180
8.1 指揮信息鏈智能構建關鍵技術 180
8.1.1 資源調度組件 180
8.1.2 並行集群 180
8.1.3 應用服務配置 181
8.1.4 自動化服務鏈管理 181
8.2 分布式協同標繪關鍵技術 183
8.2.1 總體設計 183
8.2.2 任務管理模塊 184
8.2.3 協同標繪模塊 185
8.2.4 數據庫管理模塊 186
8.3 空間信息決策支持主動服務關鍵技術 187
8.3.1 決策支持主動服務原型系統基本框架搭建 188
8.3.2 空間信息決策支持主動服務機制研究 192
參考文獻 192
第9章 地震災害監測與災情評估應用示範 193
9.1 干涉測量地震災區大範圍同震形變場信息快速提取 193
9.1.1 新疆阿克陶地震 193
9.1.2 九寨溝地震 195
9.1.3 新疆精河地震 196
9.2 地震同震、震後斷層活動狀態研究 197
9.2.1 分布式散射體和永久散射體耦合時序干涉算法 197
9.2.2 分布式散射體和永久散射體耦合時序干涉算法自動化實現 198
9.2.3 新疆阿克陶震後形變場獲取及初步分析 199
9.2.4 伊拉克震後形變場獲取與分析 202
9.3 引入顯著性分析的合成孔徑雷達圖像損毀靶區快速圈定 207
9.3.1 引入Itti方法的損毀靶區圈定方法 207
9.3.2 實驗結果與分析 211
9.4 基於全極化合成孔徑雷達數據的建築物損毀評估製圖方法 215
9.4.1 方法原理 215
9.4.2 基於單時相極化分解組合的合成孔徑雷達圖像視覺優化和建築物損毀評估解譯 219
9.4.3 基於Touzi分解的多時相全極化合成孔徑雷達建築物損毀評估製圖 224
9.5 地震災害建築物損毀微波散射特性測量與仿真成像 233
9.5.1 微波特性測量與仿真成像科學實驗平臺 233
9.5.2 建築物損毀前後微波散射特性測量與仿真成像結果分析 235
參考文獻 239
第10章 天空地協同社會安全事件應急處置示範系統 241
10.1 社會安全事件應急處置關鍵技術 241
10.1.1 應急現場環境高精度三維重建技術 241
10.1.2 組網通信定位化精准控制技術 243
10.1.3 無人機實時視頻與三維空間信息融合技術 244
10.1.4 定量空間分析指揮決策支持技術 246
10.2 系統功能組成 247
10.2.1 戰場三維環境精細重建 247
10.2.2 實時態勢感知與指揮控制 248
10.2.3 天地協同組網與空間信息融合 250
10.2.4 應急處置專題三維空間分析與輔助決策 250
10.3 系統在複雜地形區域的測試與應急應用 251
參考文獻 252
第11章 面向冬奧會氣象保障應用的研究 253
11.1 冬奧會外賽場關鍵氣象要素分析 253
11.2 局地分析和預報系統功能及多源氣象資料融合處理分析 254
11.2.1 局地分析和預報系統功能 254
11.2.2 局地分析和預報系統處理過程和方法 256
11.3 冬奧會氣象應急保障服務平臺 271
參考文獻 273
第12章 電網突發事件應急服務系統 274
12.1 杆塔地質災害監測預警關鍵技術 274
12.1.1 湖北500kV線路1輸電杆塔識別 274
12.1.2 湖北500kV線路2重點區域合成孔徑雷達差分干涉測量監測成果 276
12.1.3 湖北500kV線路2重點區域多時相合成孔徑雷達干涉測量監測成果 277
12.2 輸電線路光學衛星遙感巡視關鍵技術 278
12.2.1 針對輸電通道的新型多源衛星遙感數據融合處理算法與技術 278
12.2.2 基於衛星遙感和深度學習的輸電線路典型隱患識別模型 279
12.2.3 與線路距離不足的建築物檢測 280
12.2.4 施工作業區檢測 281
12.2.5 滑坡檢測 282
12.2.6 洪水檢測 282
12.3 電網突發事件安全保障平臺 283
參考文獻 286
序
前言
第1章 天空地協同遙感監測應急服務現狀 1
1.1 天空地協同遙感監測應急服務的意義 1
1.2 國內外現狀與趨勢 1
1.3 本書相關項目 2
1.3.1 總體目標 2
1.3.2 研究內容 2
1.3.3 方法與技術路線 4
參考文獻 5
第2章 面向突發事件的天空地數據需求與應急服務機制 6
2.1 數據與產品需求體系 6
2.1.1 數據與產品需求調研 6
2.1.2 衛星資源調研 6
2.1.3 衛星觀測資源滿足度分析 8
2.2 面向突發事件的天空地應急服務機制 8
2.2.1 面向突發事件的天空地應急服務技術體系 8
2.2.2 面向突發事件的天空地協同應急服務機制 8
2.2.3 天空地協同組網機制 10
2.2.4 數據集成與處理機制 16
2.2.5 服務應用共享機制 18
2.2.6 災後應急通信保障機制 18
參考文獻 20
第3章 天空地一體化協同數據獲取與預處理 21
3.1 衛星數據獲取 21
3.1.1 災害應急響應驅動的遙感衛星數據快速獲取流程 21
3.1.2 衛星數據獲取任務規劃 22
3.2 航空數據獲取 31
3.2.1 機載數據規劃與准實時處理系統 31
3.2.2 航空遙感數據庫建設 32
3.2.3 合成孔徑雷達航空數據應急響應處理系統 32
3.2.4 准實時航空數據快速處理系統 35
3.3 基於浮空器平臺的遙感應急系統初步設計方案 36
3.3.1 浮空器平臺遙感應急系統傳感器選配方案 36
3.3.2 飛艇平臺影像快速地理定位模型 37
3.3.3 浮空器平臺高清視頻快速處理模式 38
3.3.4 大飛艇應急觀測模擬系統設計與初步實現 42
3.4 地面數據獲取 47
3.4.1 突發事件採集上報系統 47
3.4.2 網絡自媒體數據獲取與處理 51
3.4.3 無線通信信號集群處理及弱信號檢測採集技術 61
3.5 通信與北斗應急指揮 63
參考文獻 69
第4章 天空地數據整合與信息聚合 70
4.1 數據庫與系統平臺建設 71
4.1.1 數據庫結構設計 71
4.1.2 數據接口設計 78
4.1.3 專題樣例數據收集和入庫 85
4.2 協同分析與交互編輯軟件開發 87
4.3 三維顯示與網絡端研發 93
4.3.1 網頁系統框架設計 93
4.3.2 界面功能設計開發 94
4.3.3 遙感監測和應急相關數據的快速可視化 95
參考文獻 102
第5章 天空地應急信息提取技術 104
5.1 衛星遙感信息的處理 104
5.1.1 國產高分遙感衛星影像快速正射校正技術 104
5.1.2 多源數據一致性校正 106
5.2 數據融合 108
5.2.1 基於相關向量機的增強高光譜圖像分辨率的數據融合 108
5.2.2 高通濾波數據融合 113
5.3 基於時空模型的應急事件區域檢測算法 114
5.3.1 滑坡、泥石流序列遙感影像數據整理 115
5.3.2 特徵序列影像構建 117
5.3.3 時空上下文災害檢測模型 118
5.4 基於變化檢測的地震災害信息提取 119
5.5 基於深度學習的地震災害信息提取 122
5.6 地震應急專題圖快速製圖 123
5.7 無人機運動目標跟蹤方法 124
5.7.1 無人機視頻序列幀間圖像配准算法 125
5.7.2 基於時空顯著性的無人機視頻運動目標檢測算法 127
5.7.3 基於跟蹤的無人機視頻運動目標檢測算法 129
5.8 應急環境受困人員與物品高精度定位技術 133
5.9 基於深度學習的人群目標監測方法 134
5.10 關鍵詞檢索語義分析模型與個性化推薦算法 136
5.10.1 關鍵詞語義分析模型 136
5.10.2 個性化推薦算法 138
參考文獻 140
第6章 精准應急服務與指揮調度平臺設計 144
6.1 總體架構設計 144
6.2 數據架構設計 145
6.3 業務流程設計 146
6.3.1 地震應用業務流程 146
6.3.2 社會安全事件應急處置業務流程 147
6.3.3 冬奧會氣象保障應用業務流程 148
6.3.4 電力保障應用業務流程 148
6.4 接口設計 149
6.4.1 內部接口 149
6.4.2 外部接口 150
參考文獻 150
第7章 精准應急服務與指揮調度平臺功能組成 151
7.1 任務管控與指揮調度系統 151
7.1.1 應急事件上報模塊 152
7.1.2 數據訂單任務管控模塊 154
7.1.3 產品訂單任務管控模塊 154
7.1.4 任務訂單處置過程監控模塊 154
7.1.5 應急指揮調度模塊 155
7.2 應急服務鏈組配集成系統 158
7.2.1 節點註冊與管理模塊 158
7.2.2 服務註冊模塊 158
7.2.3 服務管理模塊 159
7.2.4 服務鏈編排模塊 160
7.2.5 服務鏈執行模塊 160
7.2.6 服務鏈管理模塊 161
7.3 精准應急共性服務系統 161
7.3.1 多源遙感數據處理服務集 162
7.3.2 精准位置服務集 169
7.3.3 氣象應急保障服務集 170
7.3.4 綜合分析研判服務集 171
7.3.5 應急知識管理服務集 175
7.4 多源時空信息展示發佈系統 176
7.5 精准應急服務與指揮調度平臺移動終端集成 178
7.5.1 地圖顯示模塊 178
7.5.2 北斗導航模塊 178
7.5.3 氣象實況與預報模塊 178
7.5.4 北斗報文模塊 179
7.5.5 突發事件信息採集模塊 179
7.5.6 突發事件信息實時回傳模塊 179
7.5.7 信息協同共享模塊 179
參考文獻 179
第8章 精准應急服務與指揮調度平臺關鍵技術 180
8.1 指揮信息鏈智能構建關鍵技術 180
8.1.1 資源調度組件 180
8.1.2 並行集群 180
8.1.3 應用服務配置 181
8.1.4 自動化服務鏈管理 181
8.2 分布式協同標繪關鍵技術 183
8.2.1 總體設計 183
8.2.2 任務管理模塊 184
8.2.3 協同標繪模塊 185
8.2.4 數據庫管理模塊 186
8.3 空間信息決策支持主動服務關鍵技術 187
8.3.1 決策支持主動服務原型系統基本框架搭建 188
8.3.2 空間信息決策支持主動服務機制研究 192
參考文獻 192
第9章 地震災害監測與災情評估應用示範 193
9.1 干涉測量地震災區大範圍同震形變場信息快速提取 193
9.1.1 新疆阿克陶地震 193
9.1.2 九寨溝地震 195
9.1.3 新疆精河地震 196
9.2 地震同震、震後斷層活動狀態研究 197
9.2.1 分布式散射體和永久散射體耦合時序干涉算法 197
9.2.2 分布式散射體和永久散射體耦合時序干涉算法自動化實現 198
9.2.3 新疆阿克陶震後形變場獲取及初步分析 199
9.2.4 伊拉克震後形變場獲取與分析 202
9.3 引入顯著性分析的合成孔徑雷達圖像損毀靶區快速圈定 207
9.3.1 引入Itti方法的損毀靶區圈定方法 207
9.3.2 實驗結果與分析 211
9.4 基於全極化合成孔徑雷達數據的建築物損毀評估製圖方法 215
9.4.1 方法原理 215
9.4.2 基於單時相極化分解組合的合成孔徑雷達圖像視覺優化和建築物損毀評估解譯 219
9.4.3 基於Touzi分解的多時相全極化合成孔徑雷達建築物損毀評估製圖 224
9.5 地震災害建築物損毀微波散射特性測量與仿真成像 233
9.5.1 微波特性測量與仿真成像科學實驗平臺 233
9.5.2 建築物損毀前後微波散射特性測量與仿真成像結果分析 235
參考文獻 239
第10章 天空地協同社會安全事件應急處置示範系統 241
10.1 社會安全事件應急處置關鍵技術 241
10.1.1 應急現場環境高精度三維重建技術 241
10.1.2 組網通信定位化精准控制技術 243
10.1.3 無人機實時視頻與三維空間信息融合技術 244
10.1.4 定量空間分析指揮決策支持技術 246
10.2 系統功能組成 247
10.2.1 戰場三維環境精細重建 247
10.2.2 實時態勢感知與指揮控制 248
10.2.3 天地協同組網與空間信息融合 250
10.2.4 應急處置專題三維空間分析與輔助決策 250
10.3 系統在複雜地形區域的測試與應急應用 251
參考文獻 252
第11章 面向冬奧會氣象保障應用的研究 253
11.1 冬奧會外賽場關鍵氣象要素分析 253
11.2 局地分析和預報系統功能及多源氣象資料融合處理分析 254
11.2.1 局地分析和預報系統功能 254
11.2.2 局地分析和預報系統處理過程和方法 256
11.3 冬奧會氣象應急保障服務平臺 271
參考文獻 273
第12章 電網突發事件應急服務系統 274
12.1 杆塔地質災害監測預警關鍵技術 274
12.1.1 湖北500kV線路1輸電杆塔識別 274
12.1.2 湖北500kV線路2重點區域合成孔徑雷達差分干涉測量監測成果 276
12.1.3 湖北500kV線路2重點區域多時相合成孔徑雷達干涉測量監測成果 277
12.2 輸電線路光學衛星遙感巡視關鍵技術 278
12.2.1 針對輸電通道的新型多源衛星遙感數據融合處理算法與技術 278
12.2.2 基於衛星遙感和深度學習的輸電線路典型隱患識別模型 279
12.2.3 與線路距離不足的建築物檢測 280
12.2.4 施工作業區檢測 281
12.2.5 滑坡檢測 282
12.2.6 洪水檢測 282
12.3 電網突發事件安全保障平臺 283
參考文獻 286
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