公共安全应急地理信息系统研究中心


一、成员简介

中心主任:罗年学

中心成员

序号

姓名

性别

出生年月

职称

所属学院

学科方向

1

罗年学

1965

教授

测绘学院

地理信息系统

2

孙海燕

 

教授

测绘学院

数据处理

3

尹晖

 

教授

测绘学院

数据处理

4

胡春春

1978.1

讲师

测绘学院

地理信息系统

5

赵前胜

 

讲师

测绘学院

地理信息系统





二、建设平台的目的和意义

1、科学目标(拟解决的主要科学问题)

      地理信息系统是为特定的应用目标建立的空间信决策支持系统,是在计算机硬件、软件及网络支持下,对有关空间数据进行预处理、存储、检索、处理、分析、显示和提供更深层次应用的计算机信息系统。地理信息系统作为一个应用为目的的信息产业,将地理信息系统应用于公共安全管理(即公共安全地理信息系统)就是将地理信息空间科学技术应用于公共安全领域,综合应用地理信息和其他各种信息来对自然灾害、事故灾害、公共卫生事件、社会安全事件等各种危害公共安全的事件进行评估、预测、管理、分析、处理和指挥决策的应用地理信息系统。公共安全地理信息系统研究中心作为开放式研究平台,利用测绘学院在空间信息科学方面的优势,开展公共安全学科与地理信息科学相关交叉学科的理论与应用研究,打造特色鲜明的公共安全地理信息系统研究机构。

        研究中心依托武汉大学测绘学科的传统优势,通过多学科交叉融合,开展基于互联网的灾害信息共享融合理论和技术研究;灾害风险评估及灾害时空建模研究,研究灾害的时空分布规律及时空演变规律;研究顾及时空特性的案例推理的灾害决策支持系统。

2、对学校学科建设、人才培养、科学研究等方面的贡献

学科建设研究中心的建设和发展,将形成国内以空间信息和GIS为基础、以公共安全应用为核心的研究新力量,培养与造就公共安全地理信息系统高水平研究人才,促进空间信息和GIS领域向更广泛的空间信息科学拓展。

人才培养以硕士和博士研究型人才培养为主,每年培养2~5名博士研究生,10~15名硕士研究生,形成约30人左右的研究生团队,为社会输出高水平的公共安全地理信息系统研究人才。

科学研究结合我国灾害方面的“十三五”规划,重点开展基于公众参与式GIS的灾害信息获取与感知;多源异构灾害时空数据的共享与融合;灾害风险评估及应急决策支持等。积极参与国家重大专项,取得具有国际水平的公共安全地理信息系统研究科研成果。

三、国际国内该领域的研究现状、最新进展以及发展趋势

        随着我国城市化进程的加速,我国大中城市也同时迈入了“非稳定状态”的危机频发期。现有数据表明:我国每年因公共安全问题造成的经济损失为6500亿元,约占GDP总量的6%。自然灾害的频发,国际环境的变化及恐怖主义活动日益猖獗,这些都为城市的公共安全管理带来了严重的挑战。目前城市公共安管理的显著特点为:1)数据复杂多样。主要包括各类灾害事件、紧急事件、城市空间基础设施数据、社会经济数据、警力、医疗数据、应急救援能力等;2)数据覆盖范围广。公共安全管理过程涉及到公安、卫生、交通、城管等众多管理部门,数据涵盖公安、反恐、气象、地质等众多行业领域。处理这些海量的属性数据加上复杂的灾害空间数据,仅仅依靠传统的数字文字数据和报表已不能满足新时期的城市安全管理工作。于是,可以对海量数据的管理、处理和查询功能,强大的空间分析和辅助决策功能的GIS(地理信息系统)应运而生。GIS系统的出现,弥补了传统管理手段的不足。

       近年来,早已将突发公共事件应急与GIS结合来辅助政府综合了解事件态势并及时解决问题。很多政府单位均建立了公共安全应急GIS平台。事实也证明,GIS与应急决策相结合能很好地辅助政府部门科学的应对突发公共安全事件。目前公共安全地理信息系统的主要研究方向可概括为以下几个方面:

       1、应急灾害空间数据共享集成与融合

      在发生突发公共安全事件后,最重要的是要迅速制订应急救援方案,进而采取迅速而有效的救援行动。只有这样才能最大限度地控制事态,减少人员伤亡和财产损失。因此,公共安全管理GIS的应急救援智能决策功能就是在最短的时问内处理大量与灾害有关的城市空间信息数据和属性数据,合理调配各种资源,组织应急救援,以减少灾害的影响范围。

       2、灾害模型模拟仿真

      公共安全管理GIS的数值模拟功能是基于功能强大的GIS的决策支持系统,将决策支持架构在空间数据上,通过分析各类事故模型,再将空间数据库和模型库的链接实现基础设施的显示、查询和分析,并对灾害性事故后果程度进行分析,给出模拟分析结果,为事故应急救援提供决策支持

       3、灾害风险评估

      公共安全管理的研究离不开风险分析、预测和评估,以及在此基础上制定安全规划,编制突发事件应急预案。安全规划就是通过调整危险源、防护保卫目标、应急救援力量和设施三者的地理布局,减小危险的影响范围,提高事故发生时的反应和处理能力,进而达到降低风险,提高安全性的目的。安全规划主要依据的是风险分析、预测和评估,主要技术手段就是GIS的空间分析能力,包括风险等值线生成、风险等值线与保护目标。

       4、自发地理信息在灾害响应中的应用

      自发地理信息(VolunteeredGeographicInformationVGI)是在web2.0、众包、大数据等技术发展的背景下,没有测绘地理专业知识的公众也可以基于个人空间认知,创建、编辑及维护的地理信息,广义来说,由非专业者发布的带地理位置的内容都是VGI,即“使用者生产内容”(user-generatedcontentUGC)中与地理位置相关的部分。跟传统地理信息科学通过“自上而下”的生产传播模式服务社会公众相比,VGI“自下而上”的模式体现了公众对地理信息科学的影响和贡献。VGI数据具有更新及时、内容丰富、成本低廉等优点,在空间数据变化发现、数据更新、灾害与应急管理、环境保护等领域有重要应用前景;同时,VGI存在缺少规范、质量控制不健全、元数据缺失、用户隐私风险等问题,对此,国内外学者进行了VGI数据质量研究,包括图形和语义(属性、文本、图片、视频等)的准确性、完整性、不确定性、可信度评价,认为VGI具有相对可靠的数据质量。

       由于实时性好、数据丰富,VGI可以弥补传统应急管理灾后信息少、成图慢的不足,为灾情研判和指挥决策提供丰富实时的资料。VGI在应急管理中的应用体现在:灾情报告收集与社交媒体信息挖掘,建立公众通过手机appPC端、短信、邮件等多渠道报告灾情的渠道,运用网络爬虫、社交媒体api等方式采集网络社交媒体、开放数据、官方媒体中的相关信息,利用NLP文本分析、贝叶斯分类、k-均值聚类等方法从获取的信息中提取有用内容;基于灾后影像的快速地图绘制,对于缺少地理数据或灾后产生重大地形变化的地区,根据受灾严重程度设置绘制区域优先级,并进行任务分割管理,指导公众(志愿者)基于灾后影像进行地图绘制,所得地图是应急救援的宝贵资料;建立危机地图,利用时间序列分析、空间统计方法分析灾情进展与分布,制定救援物资调配方案,定时向社会发布消息,做到VGI数据“来自公众,服务公众”。

四、平台现有工作基础、水平

1、在本领域所处的地位与发展潜力

     在城市空间信息基础设施建设方面,完成了多个城市的各类地理信息系统建设项目,包括城市基础地理信息系统、城市规划、城市交通、城市综合管网等地理信息系统,为城市信息共享研究和灾害风险评估积累了丰富经验;在遥感信息提取和融合处理方面有较好的研究基础,其研究成果已用于长江流域水灾、森林火灾、旱灾等灾害监测分析;在城市防洪内涝灾害脆弱性分析与评估、滑坡形变、地震监测等地质灾害监测方面有多年持续的研究,并取得了多项研究成果,其研究成果已用于昆明市排涝规划和评估、三峡库区滑坡监测以及汶川地震震后灾害评估等。

     近年来,该团队与国内外高校、科研机构、企业等开展了广泛的合作与交流,在国内与清华大学在城市灾害应急平台建设方面有深入的合作,参与了项国家十一五科技支撑计划:应急平台综合应用系统与数据库系统设计与研究、突发事件预测预警与智能决策技术研究;参与市一级应急平台建设的城市包括:昆明市、北京市、武夷山、黄石市、昆山市、承德市等十几个城市。在国际上拥有大量的合作伙伴,如德国斯图加特大学、德国杜伊斯堡大学、俄罗斯新西伯利亚测绘学院、澳大利亚墨尔本大学、新南威尔士大学、国立莫斯科测量制图大学(MIIGAiK),合作主要集中在以灾害事件的防控和管理为主题,覆盖测绘、遥感、地理信息系统等空间信息科学等多个学科范畴,良好的合作关系为本研究中心的处理提供了坚实的基础。

2、5年承担的国家及省部级重大科研任务

(1) 非常规突发事件应急管理基础科学问题与“情景-应对”型总集成升华平台研究重大研究计划子课题(91224008),2013-2016,罗年学主持

(2) 基于“情景-应对”的国家应急平台体系基础科学问题集成升华研究平台重大研究计划子课题(91024032),2011-2014,罗年学主持

(3) 城市脆弱性分析与综合风险评估技术与系统研发支持计划子课题(2011BAK07B02-01),孙海燕主持。

(4) 基于近似空间概化的高性能海量复杂时空聚类技术研究(41401452),2015-2017,胡春春主持。

(5) 清华大学合肥公共安全研究院开放课题:基于自发地理信息的灾情态势感知研究,2015-2016,罗年学主持

(6) 清华大学:昆明市应急数据资源整合及资源目录系统开发,2015-2017,罗年学主持

(7) 北京辰安伟业科技有限公司:基于GIS的城市生命线风险评估模型开发,2015-2016,罗年学主持

(8) 三维可视化电磁干扰计算的地理信息提取技术研究(SG110132012.10-2014.12,尹晖主持

3、    代表性科研成果如奖励、发明专利、代表性论文或学术专著

1) 奖励

(1) 武汉市房屋全生命周期管理信息系统建设与实现,地理信息科技进步奖,2015.

2)         发明专利及软件著作权

(1) 城市暴雨-内涝模拟系统,20131月,登记号:2013SR039214

(2) 城市灾害链风险评估系统,20131月,登记号:2013SR039542

(3) 电网雷害风险评估系统,20129月,登记号:2013SR025735

(4) 三维可视化输电线路仿真地理信息系统,20152月,登记号:2015SR029617

3) 代表性论文

[1]   孙海燕, 黄华兵, 王喜娜. 多维平差问题粗差的局部分析法[J]. 测绘学报, 2012, 41(1): 54-58.

[2]孙海燕,赵阳,万太礼;GIS 与小波神经网络下热带气旋路径的预测,测绘通报,2015,754-57

[3] Chunchun Hu, Xionghua Kang, Nianxue Luo, Qiansheng Zhao. Parallel Clustering of Big Data of Spatio-temporal Trajectory [C], 2015 11th International Conference on Natural Computation, 2015, 771-776.

[4]   Chunchun Hu, Nianxue L, Xiaohong Y, et al. Traffic Flow Data Mining and Evaluation Based on Fuzzy Clustering Techniques[J]. International Journal of Fuzzy Systems, 2011, 13(4): 344.

[5]   Hu Chunchun, LuoNianxue, et al. Traffic Flow Data Mining and Evaluation Based on Fuzzy Clustering Techniques. International Journal of Fuzzy Systems, 2011, 13(4):334-339.

[6]   Hu Chunchun, et al. Mining Traffic Flow Data Based on Fuzzy Clustering Method. Proceedings of IWACI2011, 2011, 245-248.

[7]   Hu Chunchun, Shi Wenzhong, MengLingkui, Liu min.Apply fuzzy clustering optimizationalgorithm to extracting traffic spatial pattern[C]. Proceedings of SPIE, Whu Han, 2009, 74921T-1 – 74921T-6.

[8]Hu, Chunchun, Zhao, Qiansheng*,Luo, Nianxue, Generalized trajectory fuzzy clustering based on the multi-objective mixed function, Journal of Intelligent & Fuzzy Systems, vol. Preprint, no. Preprint, pp. 1-8, 2015

[9]   ZHAO Qiansheng, LUO Nianxue, SUN Haiyan, HU Chunchun. Service chaining architectures for spatial risk assessment of disaster chains[C], ISCRAM ASIA 2012 Conference on Information Systems for Crisis Response and Management, 2012, 447-451.

[10]ZHAO Qiansheng, HU Chunchun LUO Nianxue, The study of disaster situation awareness based on volunteered geographic information[C], Conference on  intelligent earth observation and applications(IEOAS 2015)

[11]赵前胜,罗年学,基于复杂空间关系理论的应急决策信息提取研究,系统工程理论与实践,2015(已录用)

[12] Qiansheng Zhao, Quanyi Huang, JimingGuo. A model of Spatial Data Interoperability on Oracle Spatial, Proceedings of SPIE,Vol. 7146(2008).

[13] Qiansheng Zhao, Quanyi Huang, JimingGuo. Integrated risk assessment of hazardous chemical installations using GIS and AHP, WiCOM 2008.

[14] ShaoboZhong, Qiansheng Zhao, Renqiang Wen, Quanyi Huang. Post-download processing of the MODIS standard data product using Grid computing and its application in highly pathogenic avian influenza, International Conference on CIG/ISPRS, Toronto, Canada.2007

[15] 季学伟,翁文国,赵前胜,突发事件链的定量风险分析方法.清华大学学报,20094911

[16] 张斌,赵前胜,姜瑜君,区域承灾体脆弱性指标体系与精细量化模型研究,灾害学,2010252

[17] 尹晖, 张晓鸣, 王艳涛, . 特高压输电线路电磁干扰3维可视化研究[J]. 高电压技术, 2014, 12: 3874-3881.

[18] 尹晖,王艳涛,张晓鸣,等. 基于ArcEngine的输电走廊三维可视化系统设计与实现[J]. 测绘地理信息, 2015, 2: 14-16.

4)学术专著

[1]罗年学等,最优估计与假设检验理论及其在GNSS中的应用,2015,科学出版社.

五、研究方向和主要研究内容,及各研究方向之间的联系性

研究方向和研究内容:

1)城市复杂致灾因子识别与评价方法研究。研究和辨识城市典型灾害的致灾因子特征和时空分布规律,多种致灾因子之间的耦合关系以及致灾因子与承灾体之间的耦合关系;基于城市DEMDTM、遥感影像、历史灾害资料等多源数据,研究城市区域致灾因子的类型、强度、频率、时空分布等特征的影响规律;研发城市致灾因子演化区划图系统。

2)研究制定城市综合风险评估数据生产规范、数据库建设规范、质量检查与更新的技术标准建议;研发城市综合风险评估数据处理与分析软件,获取、清洗、组织并集成管理来自各行业部门的多源、多时相、多尺度风险评估时空数据。研发城市综合风险数据库软件系统。

3)基于本集成项目跨部门、跨地域、数据多源异构的特点,研究网络集成和应用集成的方法论。选择典型非常规突发事件,在非常规突发事件发生、演化、发展、转化的情景中,在现有应急平台的环境下集成应急管理的相关研究成果,集成非常规突发事件演化过程的描述、灾情评估、多部门协同综合应对的情景推演与决策过程模拟仿真成果,研究各类要素并存且相互影响情况下的态势评估的综合集成,实现各种模型在应急平台中的集成和应用。

4)灾害事件的数据挖掘与空间统计分析。拟针对海量复杂的灾害时空数据展开高性能的数据挖掘分析方法,研究海量复杂的灾害时空数据集的概化机制和灾害事件的时空模式分析方法.开发手机移动端与B/S端的事件汇报功能,运用分词、词干提取、词性标注等自然语言处理方法自动获取有效报告和进行语义分析,利用朴素贝叶斯分类器、最大熵分类器等监督分类方法进行事件分类,建立灾后危机地图,实时更新灾情进展,进行公众情感分析,关注舆情动态,为全面了解灾情、合理调度救援物资提供决策基础。

5)数据质量控制与多源数据融合。进行质量控制减少误报、慌报、定位错误等因素对灾情准确性的影响,包括空间信息和属性信息的准确性、完整性、不确定性评价,探讨元数据的建立方法;在数据使用过程中,研究基于本体的VGI信息结构化方法,克服VGI多源异构问题,开发VGI与专业地理信息数据的集成平台,建立应急管理空间数据基础设施(SDI),实现灾情数据共享和高效利用。

6)顾及时空特征的应急案例组织、表达、匹配和融合方法研究。根据突发事件的发展过程和阶段性特点,研究案例全过程中的物理空间过程情景、信息空间过程情景以及应对措施等,建立多维、多尺度空间下的案例情景组织、表达和存储模型,为基于案例情景的推理提供基础支撑。非常规突发事件案例情景数量非常之多,为获得候选案例集合,需要研究案例的快速整体匹配方法,在此基础上通过案例的多维时空属性结构特征,研究历史案例(源案例)和当前事件(目标案例)之间的时空相似性、属性相似性和以及情景耦合相似性计算方法,并研究基于案例情景转移的动态推理模型和基于情景的案例结果修正。



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