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3S动态监测与三维态势信息模拟关键技术研究项目建议书

DynamicMonitoringBasedon3S

作者：李智慧指导老师：陈秀万

北京大学地球与空间科学学院北京100871

摘要：3D可视化灾害仿真模拟研究，不仅可以实现对灾害空间数据进行有效的集成管理和时空分析，而

且为灾害的防治、应急管理和灾后重建等提供可靠的依据，是解决灾害实验的危险性和不可重复性的最佳

途径。对于灾害的监测，传统的手段往往比较单一、且人为因素干扰较大，已经无法满足应急管理的需求。

而基于卫星遥感、雷达等3S技术的综合监测手段，实现对灾害环境空间不间断监测，并在此基础上建立

基于3S集成的动态监测平台，不仅可以弥补地面观测体系的不足，还可以提高观测的科学性和时效性。

随着科学技术的快速发展，3S集成技术必将在灾害应急管理中发挥更高的效益。

关键词：全球定位系统、地理信息系统、遥感

1.课题简介

我国是一个灾害频发的国家，时常发生的地震、台风、旱灾、水灾等自然灾害以及火灾、

水污染、工业事故等公共安全事件给广大人民生命财产安全带来了巨大损失。每一次重大灾

害事故都在考验国家的防灾救灾水平。只有通过对环境进行全面、长期、有效和连续不间断

的监测，才能对灾害起到有效的预防作用和灾害的紧急救援发挥重要作用。利用遥感技术

（RS）、地理信息系统技术（GIS）以及全球卫星导航系统技术（GNSS）即3S技术对环境进行

动态监测已经成为数字减灾的重要手段。然而，在我国目前的应急管理工作中，如何将3S技

术集成到一起发挥更大、更及时的作用仍然是欲待解决的关键问题。

随着虚拟现实和系统仿真技术的不断发展，应用领域的不断扩大，人们对虚拟场景的复

杂度和真实感的要求不断提高。虚拟场景的快速生成是虚拟现实技术的重要课题。三维可视

化应用于灾害事故现场的研究目的，主要在提高实时性的同时，尽可能保证灾害场景的逼真

程度。为灾害的应急救援、灾情评估、指挥决策等提供可靠的依据。

综上所述，综合利用3S动态监测技术与三维仿真技术，实现灾害事故现场及发展态势可

视化的实时监控具有重要现实意义。

3S动态监测与三维态势信息模拟关键技术研究的主要内容有以下三个方面：

（1）研究基于突发事件现场的三维可视化快速生成模型，展现突发事件的发生条件、过

程和破坏力以及根据已知历史经验数据，追溯突发事件发生过程及其参数变化，为应急指挥

提供技术支持。

（2）研究基于高分辨率遥感数据、GIS多数据源与GNSS位置等3S信息集成方法，利用

GIS技术实现海量空间数据的加工、处理、集成、存储和管理，为灾害的应急管理提供多元

化服务。

（3）研究基于3S集成的动态监测技术，遥感作为国土资源环境监测的重要手段，已有

一定的基础，结合发展迅猛的移动通信技术，利用GIS的时间和空间分析，从而模拟出环境

发展变化的趋势，构成“天-地-现场”一体化灾害监测应急决策支持体系。

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预期目标：建立用于突发事件现场的三维可视化快速生成模型；建立用于灾害应急为目

的的多源海量数据库系统；建立基于GIS的空间信息处理平台，对各类数据如地质、水文、

气象、测量数据等进行整合、统计、分析、整理，按照规定级别层次实现不同类别GIS数据

共享。

2.国内外发展现状与趋势

（1）三维仿真技术研究现状：

三维仿真技术已成为计算机图形学领域的热点之一，三维动画技术结合计算机视频、音

频技术能很好的模拟仿真场景，三维飞行模拟、动态监测及三维Web技术的发展使得三维景

观更加真实、直观、生动。因此，其应用范围非常广泛如影视特技、地形勘查、水电建筑工

程规划设计选址等等。然而在应急减灾方面，三维仿真技术和实时的应急响应系统研究的结

合才刚刚起步。2006年美国福罗里达州国际大学在美国联邦应急管理署的支持下开发了用于

飓风、风暴潮及洪水的三维可视化仿真系统，该系统利用数字地形模型、遥感影像中提取的

建筑物、河流、道路、海洋等信息以及已有的GIS数据库和GPS地面调查数据结合高分辨率

的风暴潮模型建立了对飓风近实时的三维仿真，对飓风的运动起到了很好的预报作用。2008

年马来西亚大学用1米分辨率的LIDARDEM数据和高分辨率的遥感影像建立了