時(shí)間：2022-06-29 08:51:08
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1自然災(zāi)害監(jiān)測評估對空間數(shù)據(jù)的需求
1.1自然災(zāi)害監(jiān)測評估技術(shù)框架
大多數(shù)情況下，自然災(zāi)害不以單一災(zāi)種出現(xiàn)，往往會(huì)以災(zāi)害鏈的形式存在，一種自然災(zāi)害會(huì)引發(fā)一系列的次生災(zāi)害現(xiàn)象，形成災(zāi)害鏈。常見的災(zāi)害鏈有4種，即臺風(fēng)-暴雨災(zāi)害鏈、寒潮災(zāi)害鏈、干旱災(zāi)害鏈和地震災(zāi)害鏈（史培軍，2002），因此，對致災(zāi)因子的監(jiān)測需要結(jié)合災(zāi)害鏈形成演化的特點(diǎn)，對致災(zāi)因子的強(qiáng)度、頻率、持續(xù)時(shí)間、區(qū)域范圍、起始速度、空間擴(kuò)展、重現(xiàn)期等指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測。承災(zāi)體包括自然資源和社會(huì)資源，監(jiān)測的目的是對人類、財(cái)產(chǎn)、資源等脆弱性進(jìn)行評估評價(jià)。災(zāi)情監(jiān)測指標(biāo)包括生命線、生產(chǎn)線、城鄉(xiāng)住房、基礎(chǔ)設(shè)施和生態(tài)環(huán)境等損失破環(huán)情況，為人員受災(zāi)情況和災(zāi)害直接經(jīng)濟(jì)損失、災(zāi)害社會(huì)影響評估提供空間信息支撐。在以上基礎(chǔ)上，利用數(shù)據(jù)處理、信息挖掘、災(zāi)害模擬與仿真、災(zāi)害應(yīng)急監(jiān)測、空間數(shù)據(jù)管理和智能決策等技術(shù)，通過集成轉(zhuǎn)化空間數(shù)據(jù)應(yīng)用處理和服務(wù)的先進(jìn)成果，圍繞防災(zāi)、抗災(zāi)、救災(zāi)不同階段的需求，開展自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估、自然災(zāi)害災(zāi)情評估、恢復(fù)重建規(guī)劃與評估，開展災(zāi)害信息服務(wù)和決策支持。
1.2自然災(zāi)害監(jiān)測評估與空間數(shù)據(jù)需求
傳統(tǒng)的地面監(jiān)測在時(shí)效性和覆蓋面上局限性比較大，目前，衛(wèi)星遙感、航空遙感技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入一個(gè)能動(dòng)態(tài)、快速、多平臺、多時(shí)相、高分辨率地提供對地觀測數(shù)據(jù)的新階段。隨著遙感技術(shù)在重大自然災(zāi)害領(lǐng)域的應(yīng)用深度不斷擴(kuò)大和延伸，災(zāi)害管理對空間技術(shù)應(yīng)用的需求也日益迫切。從災(zāi)害管理周期角度分析，在災(zāi)害預(yù)警與風(fēng)險(xiǎn)評估階段，利用空間數(shù)據(jù)可以實(shí)現(xiàn)大范圍的災(zāi)害普查，以及對孕災(zāi)環(huán)境、致災(zāi)因子、承災(zāi)體等災(zāi)害背景信息的提取與分析，開展災(zāi)害脆弱性評估評價(jià)，從而對災(zāi)害發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)等級、災(zāi)害高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)進(jìn)行劃分與評估，為減災(zāi)措施的制定提供依據(jù)；在災(zāi)害應(yīng)急響應(yīng)階段，利用空間數(shù)據(jù)可以實(shí)現(xiàn)對災(zāi)情信息的動(dòng)態(tài)監(jiān)測與評估，為開展必要的災(zāi)害應(yīng)急救助、災(zāi)害監(jiān)測、綜合評估，以及次生災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警提供重要的空間信息決策依據(jù)；在災(zāi)后恢復(fù)重建，以及減災(zāi)階段，空間數(shù)據(jù)能夠支持災(zāi)區(qū)恢復(fù)重建規(guī)劃編制，并對恢復(fù)重建的進(jìn)度、效益、質(zhì)量進(jìn)行動(dòng)態(tài)的監(jiān)測評估，為恢復(fù)重建，以及減災(zāi)設(shè)施建設(shè)的監(jiān)督提供準(zhǔn)確的決策依據(jù)。以2013年4月20日發(fā)生的四川省蘆山“4.20”7.0級強(qiáng)烈地震為例，空間信息技術(shù)在減災(zāi)救災(zāi)中發(fā)揮了不可替代的作用。地震發(fā)生后，由于地震造成災(zāi)區(qū)交通和通訊中斷，災(zāi)害管理部門迫切需要及時(shí)了解地震災(zāi)區(qū)的受災(zāi)情況，為災(zāi)害應(yīng)急救助工作提供直接的決策依據(jù)。在地震災(zāi)害應(yīng)急響應(yīng)階段，需要開展災(zāi)害應(yīng)急救助、災(zāi)害信息監(jiān)測、災(zāi)情綜合評估、次生災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警等工作，包括衛(wèi)星、有人飛機(jī)、無人機(jī)在內(nèi)的航空遙感系統(tǒng)，及時(shí)地獲取到了地震災(zāi)區(qū)的災(zāi)情信息，為各項(xiàng)減災(zāi)救災(zāi)工作的順利開展，提供了客觀、科學(xué)、準(zhǔn)確的決策信息依據(jù)。圖2所示為利用重大自然災(zāi)害無人機(jī)合作機(jī)制獲取的高分辨率無人機(jī)影像制作的災(zāi)后雅安市蘆縣寶盛鄉(xiāng)房屋倒損、滑坡崩塌、道路損毀的監(jiān)測評估圖。
2空間數(shù)據(jù)資源分析
2.1國外遙感衛(wèi)星的發(fā)展
自從20世紀(jì)60年代人類進(jìn)入太空時(shí)代以來，衛(wèi)星遙感就成為觀察、分析、描述所居住地球環(huán)境的行之有效的手段。21世紀(jì)，隨著衛(wèi)星遙感技術(shù)的發(fā)展和日益廣泛的應(yīng)用，越來越多的國家進(jìn)入民用衛(wèi)星研制和運(yùn)行的行列。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，僅2006~2008年，全球已經(jīng)發(fā)射或計(jì)劃發(fā)射新的民用航天遙感衛(wèi)星系統(tǒng)就有18個(gè)，其中包括新一代高分辨率衛(wèi)星，這一領(lǐng)域的國際競爭與合作都在加強(qiáng)。由于空間技術(shù)得到世界各國的重視，全球主要發(fā)達(dá)和發(fā)展中國家均發(fā)展了各自的遙感衛(wèi)星系列。目前，衛(wèi)星遙感技術(shù)的發(fā)展整體上呈現(xiàn)三大趨勢：一是衛(wèi)星系統(tǒng)由單一系列向星座組網(wǎng)發(fā)展，提高重訪周期和綜合觀察能力；二是衛(wèi)星傳感器由中高分辨率向高分辨率延伸，由單一角度觀測向多角度和立體測量跨越，由空間維向光譜維拓寬；三是衛(wèi)星定位精度不斷提高，遙感應(yīng)用由定性向精確定量化發(fā)展。
2.2中國遙感衛(wèi)星的發(fā)展
中國作為自然災(zāi)害種類較多、發(fā)生頻繁的國家之一，遙感技術(shù)已經(jīng)在防災(zāi)減災(zāi)中發(fā)揮著重要的作用。為加強(qiáng)我國自然災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警能力，提高自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管理、應(yīng)急管理和綜合評估水平，在不斷完善自然災(zāi)害監(jiān)測站網(wǎng)、災(zāi)情上報(bào)和統(tǒng)計(jì)核查系統(tǒng)建設(shè)的同時(shí)，更加重視對地觀測技術(shù)在國家防災(zāi)減災(zāi)中的科學(xué)、技術(shù)和應(yīng)用能力建設(shè)，目前已經(jīng)初步形成了由環(huán)境與災(zāi)害監(jiān)測預(yù)報(bào)小衛(wèi)星星座、氣象衛(wèi)星、海洋衛(wèi)星、資源衛(wèi)星和航空遙感系統(tǒng)等構(gòu)成自然災(zāi)害空間基礎(chǔ)設(shè)施并建成了相應(yīng)的業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)，在應(yīng)對近些年來國內(nèi)外發(fā)生的多場重大自然災(zāi)害中發(fā)揮了不可替代的重要作用。
2.3防災(zāi)減災(zāi)空間數(shù)據(jù)資源分析
理論上，任何一個(gè)遙感衛(wèi)星系統(tǒng)都可以用于防災(zāi)減災(zāi)工作，能夠?yàn)榉罏?zāi)減災(zāi)提供服務(wù)的主要遙感衛(wèi)星系統(tǒng)包括光學(xué)遙感、微波遙感等幾種衛(wèi)星系統(tǒng)。目前，國內(nèi)外在軌運(yùn)行的遙感衛(wèi)星包括高、中、低軌衛(wèi)星系列(星座)，最高空間分辨率達(dá)到0.41m，最短重訪周期達(dá)0.5d，可以用于災(zāi)害發(fā)生地區(qū)的災(zāi)情快速、精確提取和科學(xué)評估。國內(nèi)外在軌主要微波遙感衛(wèi)星覆蓋了X，C，L，S等頻率的多種極化模式，可以用于多云多雨多霧地區(qū)的快速成像、地面目標(biāo)識別和災(zāi)情損失評估等。航空遙感能以較短的反應(yīng)時(shí)間對特定區(qū)域進(jìn)行大范圍多次重復(fù)觀測，提供高時(shí)間、高空間、高光譜分辨率的遙感數(shù)據(jù)。在2008年汶川地震、2010年玉樹地震和舟曲特大山洪泥石流災(zāi)害、2011年云南盈江縣地震、2012年的云南彝良地震及2013年的四川省蘆山“4.20”7.0級強(qiáng)烈地震中，民政部國家減災(zāi)中心利用最高分辨率達(dá)0.1m的航空影像對災(zāi)區(qū)的災(zāi)害范圍、基礎(chǔ)設(shè)施實(shí)物量、直接經(jīng)濟(jì)損失進(jìn)行了精細(xì)評估，對交通線擁堵、堰塞湖、滑坡泥石流、居民安置點(diǎn)分布與規(guī)劃、房屋恢復(fù)重建等情況進(jìn)行了監(jiān)測評估。
3重大自然災(zāi)害監(jiān)測評估的空間數(shù)據(jù)共享存在的問題
空間技術(shù)減災(zāi)涉及空間數(shù)據(jù)的獲取、傳輸、管理、應(yīng)用和服務(wù)等多個(gè)環(huán)節(jié)，空間數(shù)據(jù)獲取是前提，交換共享是保障，海量數(shù)據(jù)智能管理是基礎(chǔ)，集成應(yīng)用是核心，信息服務(wù)是目標(biāo)。事實(shí)上，我國空間基礎(chǔ)設(shè)施及其空間數(shù)據(jù)資源分布在多個(gè)不同的部門，由于體制機(jī)制等多種原因造成空間數(shù)據(jù)共享不暢，重大自然災(zāi)害應(yīng)急協(xié)同意識不強(qiáng)，使得空間數(shù)據(jù)的優(yōu)勢在提升國家防災(zāi)減災(zāi)能力過程中不能得到充分發(fā)揮。
3.1空間數(shù)據(jù)獲取缺乏統(tǒng)籌協(xié)調(diào)
我國空間基礎(chǔ)設(shè)施及其空間數(shù)據(jù)資源分布在多個(gè)不同的部門，在自然災(zāi)害發(fā)生時(shí)，尤其是在重特大自然災(zāi)害發(fā)生時(shí)，各部門均能夠在災(zāi)害發(fā)生后第一時(shí)間充分發(fā)揮自身的優(yōu)勢和能力，組織協(xié)調(diào)所擁有的空間數(shù)據(jù)獲取資源，對受災(zāi)地區(qū)進(jìn)行應(yīng)急觀測，快速獲取災(zāi)區(qū)空間數(shù)據(jù)。但是由于缺少以災(zāi)情和救災(zāi)工作為整體需求的國家空間數(shù)據(jù)應(yīng)急獲取任務(wù)的統(tǒng)籌規(guī)劃與協(xié)調(diào)，各部門所制定的應(yīng)急觀測任務(wù)存在大量冗余，導(dǎo)致應(yīng)急獲取得到的衛(wèi)星遙感和航空遙感數(shù)據(jù)在空間和時(shí)間覆蓋完備性上存在嚴(yán)重不足，一些災(zāi)區(qū)被大量重復(fù)觀測，一些災(zāi)區(qū)則缺少必要的應(yīng)急觀測數(shù)據(jù)，同時(shí)觀測時(shí)間上也難以保證必要的持續(xù)性、連貫性，不能滿足災(zāi)害全面系統(tǒng)評估在空間維度上災(zāi)區(qū)范圍全覆蓋和時(shí)間維度上災(zāi)害過程關(guān)鍵時(shí)段數(shù)據(jù)獲取的基本需求。
3.2空間數(shù)據(jù)共享缺乏機(jī)制保障
我國空間數(shù)據(jù)的獲取和生產(chǎn)正在大規(guī)模開展，國家、部門、地方和單位每天都在獲取和生產(chǎn)大量的空間數(shù)據(jù)和專題應(yīng)用產(chǎn)品，全國已經(jīng)建成多個(gè)大型空間數(shù)據(jù)庫。由于體制機(jī)制、部門利益、狹隘的政績觀、安全保密考慮和缺乏組織協(xié)調(diào)等多種原因，目前大多是各自為戰(zhàn)，許多數(shù)據(jù)庫只是限于本部門、本單位使用，重大自然災(zāi)害監(jiān)測與評估空間數(shù)據(jù)共享機(jī)制建設(shè)尚未形成，更難以達(dá)到多個(gè)系統(tǒng)之間的業(yè)務(wù)協(xié)同，導(dǎo)致一方面空間數(shù)據(jù)資源嚴(yán)重不足，難以滿足實(shí)際需要，另一方面重復(fù)建設(shè)現(xiàn)象嚴(yán)重，有限的空間數(shù)據(jù)資源大量閑置，不能得到充分利用，限制發(fā)揮其應(yīng)有的作用。于是，一個(gè)值得注意的現(xiàn)象是在重大自然災(zāi)害發(fā)生時(shí)，會(huì)出現(xiàn)多個(gè)部門根據(jù)自身所掌握的空間數(shù)據(jù)生產(chǎn)出的大量信息產(chǎn)品，基本上是互相模仿、低水平重復(fù)和災(zāi)區(qū)的局部信息反映，難以生產(chǎn)出具有綜合性、全面性和針對性的能夠體現(xiàn)高水平的專題信息產(chǎn)品。同時(shí)，空間數(shù)據(jù)共享機(jī)制建設(shè)和運(yùn)行存在重災(zāi)時(shí)輕平時(shí)、重大災(zāi)輕小災(zāi)的現(xiàn)狀，嚴(yán)重地影響了包括災(zāi)害科學(xué)研究在內(nèi)的綜合減災(zāi)能力的提升。
3.3空間數(shù)據(jù)共享缺乏技術(shù)系統(tǒng)支撐
空間數(shù)據(jù)共享技術(shù)系統(tǒng)是指在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下建立的用于空間數(shù)據(jù)接入、傳輸、交換、共享的分布式技術(shù)系統(tǒng)，橫向?qū)⑼粚蛹壍南嚓P(guān)部門數(shù)據(jù)獲取與共享系統(tǒng)互聯(lián)，縱向?qū)崿F(xiàn)國家到地方與部門業(yè)務(wù)相關(guān)的多層級數(shù)據(jù)獲取、分發(fā)和服務(wù)系統(tǒng)互通?？臻g數(shù)據(jù)共享需要技術(shù)系統(tǒng)作為支撐保障，然而，在國家防災(zāi)減災(zāi)領(lǐng)域這樣的技術(shù)系統(tǒng)尚未形成，主要體現(xiàn)在跨部門的數(shù)據(jù)共享缺乏長效穩(wěn)定的數(shù)據(jù)共享鏈路，特別是軍民數(shù)據(jù)共享鏈路缺乏技術(shù)支撐，在應(yīng)對重大自然災(zāi)害時(shí)，在已經(jīng)建立的共享聯(lián)絡(luò)機(jī)制保障下，部門間數(shù)據(jù)共享交換仍以不同存儲介質(zhì)通過人員運(yùn)送進(jìn)行，工作量大，時(shí)效性差?？绮块T、跨層級的空間數(shù)據(jù)共享平臺尚未建立，盡管已經(jīng)建立了多個(gè)與防災(zāi)減災(zāi)相關(guān)的技術(shù)支撐系統(tǒng)，相互之間從數(shù)據(jù)共享標(biāo)準(zhǔn)體系、技術(shù)接口、交換共享協(xié)議和系統(tǒng)間的連通性均存在較大差距，形成了一個(gè)個(gè)的封閉孤立技術(shù)系統(tǒng)，導(dǎo)致綜合利用多源空間數(shù)據(jù)開展應(yīng)急處置任務(wù)反應(yīng)速度慢，多系統(tǒng)的整體效益低下，嚴(yán)重地制約了空間數(shù)據(jù)的共享乃至防災(zāi)減災(zāi)工作有效的信息支撐保障。因此，迫切需要建立天地一體化的端到端的“一站式”防災(zāi)減災(zāi)空間數(shù)據(jù)共享網(wǎng)絡(luò)和技術(shù)平臺，以滿足減災(zāi)與應(yīng)急工作的需求。
3.4空間數(shù)據(jù)應(yīng)用缺乏相互協(xié)同支持
防災(zāi)減災(zāi)領(lǐng)域空間數(shù)據(jù)應(yīng)用需要在深入分析空間信息產(chǎn)品與服務(wù)需求的基礎(chǔ)上，建立產(chǎn)品與服務(wù)體系，根據(jù)各部門在災(zāi)害管理中的職能定位，確定空間信息產(chǎn)品研制、生產(chǎn)和服務(wù)的任務(wù)分工，建立數(shù)據(jù)鏈、信息鏈和產(chǎn)品鏈，實(shí)現(xiàn)部門間相互支持、協(xié)同服務(wù)的工作模式。然而，這種工作模式的建立已經(jīng)在專家層面上有所研究和呼吁，但尚未在工作中實(shí)現(xiàn)，這也是造成空間信息服務(wù)低水平重復(fù)和服務(wù)不充分并存的主要原因之一。在《國家綜合防災(zāi)減災(zāi)規(guī)劃(2011~2015年)》中提出了實(shí)施“國家綜合減災(zāi)與風(fēng)險(xiǎn)管理信息化建設(shè)工程”，正是基于這種現(xiàn)狀，計(jì)劃利用信息化手段和多種基礎(chǔ)信息資源，建立災(zāi)害管理及空間數(shù)據(jù)減災(zāi)應(yīng)用“系統(tǒng)的系統(tǒng)”和業(yè)務(wù)協(xié)同機(jī)制，加強(qiáng)空間數(shù)據(jù)集成應(yīng)用能力，實(shí)現(xiàn)相關(guān)部門之間涉災(zāi)業(yè)務(wù)協(xié)同、資源共享和規(guī)?；瘧?yīng)用，提升自然災(zāi)害信息獲取、分析、研判、決策能力。
3.5空間數(shù)據(jù)共享缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范
標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范是空間數(shù)據(jù)共享和協(xié)同應(yīng)用的軟環(huán)境保障。在基礎(chǔ)類標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中，目前只有“地球空間數(shù)據(jù)交換格式”成為國家標(biāo)準(zhǔn)，但缺乏相應(yīng)的軟件工具，國內(nèi)使用還不普遍。一些重要的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，如空間元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、空間元數(shù)據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行規(guī)范、空間數(shù)據(jù)共享模型等還停留在方案設(shè)計(jì)階段，與真正成為國家標(biāo)準(zhǔn)還有相當(dāng)大的距離；一些重要的基礎(chǔ)性標(biāo)準(zhǔn)，如空間信息系統(tǒng)軟件功能標(biāo)準(zhǔn)、空間數(shù)據(jù)傳送協(xié)議、空間互操作協(xié)議、空間信息查詢與服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)等尚未開始研究。在應(yīng)用類標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中，尚未建立一個(gè)行業(yè)的空間信息系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范或標(biāo)準(zhǔn)。在行業(yè)和工程標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中，也沒有建立空間信息系統(tǒng)軟件質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、空間信息應(yīng)用工程質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、工程承擔(dān)單位資質(zhì)論證標(biāo)準(zhǔn)、建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)等。
4解決途徑
4.1加強(qiáng)重大自然災(zāi)害空間數(shù)據(jù)共享統(tǒng)籌協(xié)調(diào)
為加強(qiáng)空間數(shù)據(jù)共享，促進(jìn)重大自然災(zāi)害應(yīng)對空間信息服務(wù)能力，需要在不斷完善國家綜合防災(zāi)減災(zāi)管理體制的基礎(chǔ)上，圍繞各類自然災(zāi)害和災(zāi)害管理全過程信息支撐的重大需求，加強(qiáng)國家空間數(shù)據(jù)資源的頂層設(shè)計(jì)和統(tǒng)籌規(guī)劃，建立健全防災(zāi)減災(zāi)空間數(shù)據(jù)獲取與共享機(jī)制，不斷強(qiáng)化統(tǒng)籌協(xié)調(diào)力度，明確和細(xì)化空間數(shù)據(jù)共享和應(yīng)用各節(jié)點(diǎn)責(zé)任，固化和發(fā)展與國家防災(zāi)減災(zāi)工作機(jī)制相配套的空間數(shù)據(jù)共享運(yùn)行流程和程序，確保機(jī)制落到實(shí)處。防災(zāi)減災(zāi)空間數(shù)據(jù)獲取與共享機(jī)制建設(shè)需要與時(shí)俱進(jìn)和不斷優(yōu)化，需要加強(qiáng)防災(zāi)減災(zāi)領(lǐng)域空間數(shù)據(jù)獲取與服務(wù)全社會(huì)有序參與的社會(huì)動(dòng)員能力，需要健全部門之間、區(qū)域之間、政府和企業(yè)之間的協(xié)調(diào)聯(lián)動(dòng)，最大限度避免以往一些機(jī)制存在的對接不暢、運(yùn)行效率不高等問題。需要建立空間技術(shù)應(yīng)對重大自然災(zāi)害應(yīng)急預(yù)案，空間數(shù)據(jù)獲取、共享和應(yīng)用的各關(guān)聯(lián)單位建立應(yīng)急預(yù)案和響應(yīng)工作規(guī)程，注重應(yīng)急預(yù)案可操作性和可應(yīng)用性，注重各級預(yù)案有效銜接，形成應(yīng)急預(yù)案體系并定期開展演練，充分發(fā)揮各方力量，提高重大自然災(zāi)害應(yīng)急工作效果。
4.2加強(qiáng)重大自然災(zāi)害空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)
充分利用互聯(lián)網(wǎng)和國家電子政務(wù)網(wǎng)絡(luò)，加強(qiáng)重大自然災(zāi)害空間數(shù)據(jù)開放共享信息化建設(shè)，逐步實(shí)現(xiàn)安全互聯(lián)互通、資源共享公用和業(yè)務(wù)協(xié)同，深化空間數(shù)據(jù)信息資源的開發(fā)利用。充分利用國家正在建設(shè)的人口信息資源庫、法人單位信息資源庫、空間地理信息資源庫、宏觀經(jīng)濟(jì)信息資源庫和文化信息資源庫等，面向防災(zāi)減災(zāi)業(yè)務(wù)要求，加強(qiáng)空間數(shù)據(jù)與它們之間的集成應(yīng)用、融合應(yīng)用和綜合應(yīng)用，發(fā)展面向防災(zāi)減災(zāi)應(yīng)用的空間分析模型庫、方法庫和決策支持系統(tǒng)，形成一批防災(zāi)減災(zāi)空間數(shù)據(jù)共享應(yīng)用信息系統(tǒng)和業(yè)務(wù)支撐系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)跨部門、跨區(qū)域、跨層級防災(zāi)減災(zāi)信息系統(tǒng)的協(xié)同互動(dòng)和資源共享，提高對我國大城市、城市群、人口密集區(qū)和經(jīng)濟(jì)核心區(qū)的災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)調(diào)查與評估能力，提高城鄉(xiāng)區(qū)域和基層社區(qū)的空間信息服務(wù)能力，提高重大自然災(zāi)害的綜合防范和應(yīng)對能力，提升應(yīng)急救災(zāi)信息預(yù)測預(yù)警通報(bào)、綜合分析研判和決策指揮支持能力。加強(qiáng)自然災(zāi)害空間數(shù)據(jù)信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，加強(qiáng)對地觀測系統(tǒng)的天地統(tǒng)籌、地面應(yīng)用系統(tǒng)統(tǒng)籌，全面提升我國衛(wèi)星遙感和航空遙感數(shù)據(jù)資源的自主保障能力。完善自然災(zāi)害“天、地、現(xiàn)場”一體化立體監(jiān)測體系，提高綜合觀測、高分辨率觀測、應(yīng)急觀測能力，逐步建成國家統(tǒng)一的衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)接收和處理系統(tǒng)，構(gòu)建物理分散、邏輯集中、共享開放的遙感數(shù)據(jù)中心和共享服務(wù)平臺。加強(qiáng)衛(wèi)星遙感、通信廣播和導(dǎo)航定位基礎(chǔ)設(shè)施融合，提高信息傳輸與服務(wù)能力，縱向上實(shí)現(xiàn)多級平臺互聯(lián)互通與協(xié)同服務(wù)，橫向上連通各類用戶，實(shí)現(xiàn)便捷、及時(shí)的一站式空間數(shù)據(jù)共享服務(wù)。健全技術(shù)體系，完善服務(wù)能力，實(shí)現(xiàn)全天候、全天時(shí)、全球范圍的災(zāi)害監(jiān)測業(yè)務(wù)運(yùn)行系統(tǒng)，形成為防災(zāi)減災(zāi)公共服務(wù)提供標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)模化和可持續(xù)更新的空間信息產(chǎn)品與服務(wù)體系，提高跨部門協(xié)同的高層次空間數(shù)據(jù)綜合應(yīng)用服務(wù)水平。同時(shí)，要積極建立和利用空間技術(shù)減災(zāi)領(lǐng)域的各種國際合作機(jī)制，拓寬空間數(shù)據(jù)資源獲取渠道，在重大自然災(zāi)害應(yīng)急情況下共享盡可能多的實(shí)時(shí)衛(wèi)星數(shù)據(jù)。
4.3加強(qiáng)重大自然災(zāi)害空間數(shù)據(jù)共享軟環(huán)境建設(shè)
目前，國家在空間數(shù)據(jù)信息共享方面的法律法規(guī)建設(shè)相對滯后，法律法規(guī)體系不完備，關(guān)于對地觀測數(shù)據(jù)采集、共享、應(yīng)用等方面的立法工作仍處于研究論證階段，需要從國家戰(zhàn)略高度，根據(jù)空間基礎(chǔ)設(shè)施持續(xù)發(fā)展和空間數(shù)據(jù)開放共享的需要，建立適合我國國情的法律法規(guī)體系，完善和制定單項(xiàng)法律法規(guī)。在防災(zāi)減災(zāi)領(lǐng)域現(xiàn)行的相關(guān)法律法規(guī)基本上都是由各部委牽頭制訂的單災(zāi)種法律法規(guī)，相關(guān)法律法規(guī)的銜接性較差，需要建立一部“總攬全局、立足綜合”的綜合減災(zāi)基本法，并將空間數(shù)據(jù)獲取與共享的相關(guān)規(guī)定納入其范疇。在空間數(shù)據(jù)共享政策方面，需要加強(qiáng)對空間數(shù)據(jù)共享過程中產(chǎn)權(quán)保護(hù)的政策創(chuàng)制，提高全社會(huì)對空間數(shù)據(jù)資源及其產(chǎn)品著作權(quán)的保護(hù)意識，明確空間數(shù)據(jù)信息的產(chǎn)權(quán)歸屬、產(chǎn)權(quán)的具體內(nèi)容、信息共享中的產(chǎn)權(quán)定位，以及產(chǎn)權(quán)轉(zhuǎn)讓過程中的保密要求，防止出現(xiàn)盜版行為，保障空間數(shù)據(jù)獲取、生產(chǎn)和增值服務(wù)投資方獲得經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的權(quán)益。按照我國的著作權(quán)法，空間數(shù)據(jù)信息產(chǎn)品中存在的著作權(quán)包括發(fā)表權(quán)、署名權(quán)、修改權(quán)、保護(hù)作品完整權(quán)、復(fù)制權(quán)、發(fā)行權(quán)、出租權(quán)、展覽權(quán)、表演權(quán)、放映權(quán)、廣播權(quán)、信息網(wǎng)絡(luò)傳播權(quán)、攝制權(quán)、改編權(quán)、翻譯權(quán)、匯編權(quán)和應(yīng)當(dāng)由著作權(quán)人享有的其他權(quán)利。在數(shù)據(jù)政策方面，需要在平等無歧視原則下，制定關(guān)于空間數(shù)據(jù)獲取、原始數(shù)據(jù)共享、國產(chǎn)衛(wèi)星數(shù)據(jù)推廣、產(chǎn)品分類分級、增值產(chǎn)品服務(wù)、數(shù)據(jù)存檔、數(shù)據(jù)記錄、數(shù)據(jù)檢索、數(shù)據(jù)保密、數(shù)據(jù)分發(fā)、數(shù)據(jù)共享、數(shù)據(jù)版權(quán)和許可、國際服務(wù)等方面的政策，并規(guī)定在重大自然災(zāi)害事件應(yīng)急期間，空間數(shù)據(jù)獲取管理單位應(yīng)該根據(jù)國家應(yīng)急工作實(shí)際需要，根據(jù)應(yīng)急等級確定優(yōu)先目標(biāo)區(qū)域，在保證時(shí)間指標(biāo)和質(zhì)量指標(biāo)的前提下開展空間數(shù)據(jù)共享服務(wù)。
在防災(zāi)減災(zāi)領(lǐng)域空間數(shù)據(jù)共享標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系方面，需要加快多層次、多專題的數(shù)據(jù)與服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范制定和完善，從國家層面強(qiáng)化部門、領(lǐng)域空間數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化，建立空間數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品、災(zāi)害監(jiān)測信息產(chǎn)品和災(zāi)害預(yù)報(bào)預(yù)警、模擬仿真、評估評價(jià)等專題產(chǎn)品，以及資源共享、互聯(lián)互通、數(shù)據(jù)整合、網(wǎng)絡(luò)集成應(yīng)用等構(gòu)成的防災(zāi)減災(zāi)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系，統(tǒng)一各級空間數(shù)據(jù)及其減災(zāi)專題產(chǎn)品的時(shí)空基準(zhǔn)、信息編碼、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)交換協(xié)議和元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，既要重視分類建立，也要重視綜合集成，形成行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和國家標(biāo)準(zhǔn)，與國際標(biāo)準(zhǔn)接軌，促進(jìn)防災(zāi)減災(zāi)領(lǐng)域空間數(shù)據(jù)共享、聯(lián)動(dòng)更新、應(yīng)用集成和協(xié)同服務(wù)體制機(jī)制建設(shè)，保障防災(zāi)減災(zāi)領(lǐng)域空間數(shù)據(jù)資源開發(fā)利用和跨部門、跨地區(qū)網(wǎng)絡(luò)化信息系統(tǒng)的建設(shè)與運(yùn)行。同時(shí)，加強(qiáng)防災(zāi)減災(zāi)領(lǐng)域空間技術(shù)應(yīng)用的人才培養(yǎng)、專業(yè)隊(duì)伍和機(jī)構(gòu)建設(shè)，加強(qiáng)專業(yè)教育與科學(xué)普及、知識評估和知識更新并使之常態(tài)化、機(jī)制化，也是重大自然災(zāi)害空間數(shù)據(jù)共享軟環(huán)境建設(shè)的重要組成部分。
5結(jié)論和討論
我國建立空間數(shù)據(jù)資源共享在標(biāo)準(zhǔn)、政策與立法方面還存在許多待解決的問題。需要完善和明確國家減災(zāi)空間數(shù)據(jù)信息共享的指導(dǎo)方針，建立相應(yīng)的政策體系和法律法規(guī)，建立信息共享的管理環(huán)境；需要建立完整的國家減災(zāi)空間數(shù)據(jù)信息的標(biāo)準(zhǔn)體系，統(tǒng)一部門間、系統(tǒng)間和不同歷史時(shí)期數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)；需要解決信息封閉、信息壁壘和信息壟斷的問題；引入市場機(jī)制，合理制定價(jià)格，推動(dòng)信息共享。因此，為了促進(jìn)數(shù)據(jù)資源的開發(fā)利用、保障國家安全、提升社會(huì)管理水平，我國減災(zāi)空間信息資源應(yīng)以共享為核心，以建立減災(zāi)空間數(shù)據(jù)信息共享機(jī)制為重點(diǎn)，加強(qiáng)我國對空間信息基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展的宏觀協(xié)調(diào)，打破部門和單位的界限，激活現(xiàn)有資源，提高利用效率，充分利用現(xiàn)代化先進(jìn)的信息技術(shù)，在全面整合、優(yōu)化現(xiàn)有資源的基礎(chǔ)上，建立我國防災(zāi)減災(zāi)空間數(shù)據(jù)信息基礎(chǔ)設(shè)施，為我國防災(zāi)減災(zāi)服務(wù)。
本文作者：范一大 單位：民政部國家減災(zāi)中心、民政部減災(zāi)和應(yīng)急工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室
一、充分認(rèn)識加快共享系統(tǒng)建設(shè)的重要性
我市是全國四大滑坡泥石流高發(fā)區(qū)之一，地形地貌特殊，生態(tài)環(huán)境脆弱，山洪滑坡泥石流災(zāi)害頻發(fā)，加之地震導(dǎo)致山體松動(dòng)，自然災(zāi)害對人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全的威脅進(jìn)一步增大。近兩年來，由于災(zāi)后重建項(xiàng)目的實(shí)施，我市氣象、國土、水務(wù)、滑坡泥石流預(yù)警管理等部門自然災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警體系建設(shè)取得了較大進(jìn)展，在防災(zāi)減災(zāi)工作中發(fā)揮了重要作用。特大暴洪災(zāi)害，由于氣象部門預(yù)警信息及時(shí)，為組織群眾撤離現(xiàn)場贏得了寶貴時(shí)間，有效減少了人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。但是，當(dāng)前我市自然災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警體系建設(shè)還存在一些突出問題，表現(xiàn)在各部門之間信息共享工作滯后，多頭重復(fù)建設(shè)嚴(yán)重，監(jiān)測站點(diǎn)布局不盡合理，造成人力、物力、財(cái)力浪費(fèi)，嚴(yán)重制約著我市自然災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警整體水平的提升。加快共享系統(tǒng)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)軟硬件資源共享，對于提高自然災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警綜合能力和水平，保障人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全具有重要的意義，是當(dāng)前刻不容緩的一項(xiàng)重要任務(wù)。
二、共享系統(tǒng)建設(shè)進(jìn)展情況
市委、市政府高度重視共享系統(tǒng)建設(shè)工作，主要領(lǐng)導(dǎo)和分管領(lǐng)導(dǎo)多次作出重要批示，召開專題會(huì)議進(jìn)行研究。經(jīng)過各縣區(qū)和相關(guān)部門的共同努力，共享系統(tǒng)建設(shè)工作取得突破性進(jìn)展。目前，氣象部門和水務(wù)部門已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)互通，共連入共享系統(tǒng)監(jiān)測站點(diǎn)430個(gè)，其中氣象部門215個(gè)、水務(wù)部門215個(gè)。但由于部分縣區(qū)監(jiān)測站點(diǎn)項(xiàng)目建設(shè)進(jìn)度緩慢，接入共享系統(tǒng)的站點(diǎn)較少，嚴(yán)重影響共享系統(tǒng)正常運(yùn)行和作用的發(fā)揮。水務(wù)部門分布在、縣的100個(gè)自動(dòng)雨量監(jiān)測站點(diǎn)，國土資源部門分布在全市的180個(gè)監(jiān)測預(yù)警站點(diǎn)仍在建設(shè)當(dāng)中，離市委、市政府的要求還有很大差距。
三、加快項(xiàng)目建設(shè)進(jìn)度，確保按期完成任務(wù)
相關(guān)縣區(qū)和單位對以上問題要引起高度重視，加強(qiáng)組織領(lǐng)導(dǎo)，采取有力措施，認(rèn)真研究解決項(xiàng)目建設(shè)工作中存在的困難和問題，加快項(xiàng)目建設(shè)進(jìn)度，確保按時(shí)完成任務(wù)。
（一）國土資源部門已建成的監(jiān)測預(yù)警站點(diǎn)，要在6月5日前與市氣象局銜接并入共享系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)。長江上游滑坡泥石流預(yù)警系統(tǒng)管理局、市水文局要盡快解決當(dāng)前工作中存在的問題，務(wù)必于6月10日前并入共享系統(tǒng)。
（二）國土資源部門，縣水務(wù)部門在建的監(jiān)測預(yù)警站點(diǎn)項(xiàng)目進(jìn)度較慢，以上縣區(qū)和部門要嚴(yán)格按照《市擬建自然災(zāi)害監(jiān)測站點(diǎn)布局表》的要求，強(qiáng)化督促檢查，加快建設(shè)進(jìn)度，確保在6月30日前完成建設(shè)任務(wù)并入共享系統(tǒng)。
（三）氣象、水務(wù)、國土資源已建成的相互重復(fù)的監(jiān)測站點(diǎn)，要參照《市應(yīng)遷自動(dòng)監(jiān)測站點(diǎn)統(tǒng)計(jì)表》，務(wù)必在6月15日前完成搬遷任務(wù)。
（四）各縣區(qū)政府，市氣象局、市水務(wù)局、泥石流預(yù)警管理局、市水文局、市國土資源局，于6月15日前將共享系統(tǒng)建設(shè)情況上報(bào)市政府。對于未能按時(shí)完成任務(wù)的縣區(qū)和單位將進(jìn)行通報(bào)批評，由于工作不力、進(jìn)度緩慢影響防災(zāi)抗災(zāi)工作造成嚴(yán)重?fù)p失的，要追究相關(guān)責(zé)任。
摘要：高速鐵路自然災(zāi)害及異物侵限監(jiān)測系統(tǒng)（以下簡稱災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)）是鐵路安全保障的重要組成部分，對安全性、穩(wěn)定性的要求很高，而其安全性、穩(wěn)定性的實(shí)現(xiàn)又很大程度上依賴于其網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)。現(xiàn)有災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)方案沒有對各個(gè)組成部分進(jìn)行說明，當(dāng)出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)故障時(shí)，不易分析和定位問題。
關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化；設(shè)計(jì)分析；網(wǎng)絡(luò)技術(shù)指標(biāo)
本文緊密結(jié)合鐵路自然災(zāi)害及異物侵限監(jiān)測系統(tǒng)的業(yè)務(wù)需求及鐵路通信系統(tǒng)現(xiàn)狀，靈活利用現(xiàn)有技術(shù)手段，形成一套安全、可靠、合理、易于實(shí)施的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)優(yōu)化方案。
本文主要結(jié)合災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀，從廣域網(wǎng)通信技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)安全幾個(gè)方面入手進(jìn)行分析，對現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)方案進(jìn)行了設(shè)計(jì)優(yōu)化，提出優(yōu)化方案，并給出相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)指標(biāo)。
1既有系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)情況
災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)包括現(xiàn)場監(jiān)測設(shè)備，監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)處理設(shè)備和終端設(shè)備，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)也包括了這幾個(gè)層次。根據(jù)對既有線路的網(wǎng)絡(luò)情況調(diào)研，如廈深線，溫福線，滬昆客專江西段等，發(fā)現(xiàn)如下問題：
各線路網(wǎng)絡(luò)方案各異，無網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)規(guī)范；
網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)不明確；
缺乏有效的網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)手段；
網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量無法監(jiān)控，出現(xiàn)故障不易定位；
2網(wǎng)絡(luò)方案設(shè)計(jì)分析
2.1廣域網(wǎng)通信技術(shù)選擇
鐵路自然災(zāi)害及異物侵限監(jiān)測廣域網(wǎng)包括線路數(shù)據(jù)處理中心與基站、終端、路局中心、相鄰線路中心之間的網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備及線路。從統(tǒng)一建設(shè)、集中維護(hù)、節(jié)省投資等多方面考慮，自然災(zāi)害及異物侵限監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)應(yīng)充分利用既有鐵路通信專網(wǎng)資源進(jìn)行構(gòu)建。目前可供選擇鐵路通信平臺主要有SDH（同步數(shù)字體系）、MSTP（多業(yè)務(wù)傳送平臺）、IP數(shù)據(jù)網(wǎng)、工業(yè)級IP光纖環(huán)網(wǎng)四種。
從業(yè)務(wù)容量來講，以上幾種通信網(wǎng)絡(luò)都可以滿足本系統(tǒng)的需求；從安全性來講，IP數(shù)據(jù)網(wǎng)不適宜；從可靠性上來講，除IP數(shù)據(jù)網(wǎng)以外，都有類似環(huán)形的保護(hù)機(jī)制和低延遲切換機(jī)制；從性價(jià)比來看，工業(yè)級IP光纖環(huán)網(wǎng)投資性價(jià)比較低，且本系統(tǒng)不能夠與其共用網(wǎng)絡(luò)。因此，本系統(tǒng)不適宜采用IP數(shù)據(jù)網(wǎng)和工業(yè)級IP光纖環(huán)網(wǎng)進(jìn)行構(gòu)建。
相比SDH，MSTP技術(shù)顯然更適合本系統(tǒng)。因此，應(yīng)優(yōu)先采用MSTP方式來構(gòu)建。在不具備MSTP接入條件的情況下，可采用SDH方式。
2.2網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
2.2.1災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)組網(wǎng)方案
目前，已開通的高速鐵路災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)均采用以太網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)，以多業(yè)務(wù)傳送節(jié)點(diǎn)（MSTP）魘湎低匙魑信息承載平臺，其通信組網(wǎng)方案主要有環(huán)型、星型和樹型 3 種結(jié)構(gòu)。
環(huán)型網(wǎng)的組網(wǎng)原理是利用MSTP傳輸設(shè)備的二層交換功能在每個(gè)網(wǎng)元以太網(wǎng)業(yè)務(wù)處理板的二層交換模塊中建立虛擬網(wǎng)橋，利用虛擬網(wǎng)橋互連組建環(huán)型網(wǎng)絡(luò)， 星型網(wǎng)是最簡單的組網(wǎng)方式，它利用以太網(wǎng)私有專線（EPL）方式在現(xiàn)場監(jiān)控設(shè)備和監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)處理設(shè)備間建立一個(gè)點(diǎn)對點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)。
樹型網(wǎng)采用 EPL與EVPL（以太網(wǎng)虛擬私有專線）相結(jié)合，分層匯聚收斂的方式傳送防災(zāi)安全監(jiān)控系統(tǒng)信息，構(gòu)成一個(gè)邏輯上是星型但物理上是樹形的網(wǎng)絡(luò)， 通過前面的分析可知，3 種組網(wǎng)方案各有優(yōu)缺點(diǎn)，如表1 所示。
2.2.2匯聚車站與中心網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架方案
線路處理中心與匯聚車站是典型的一對多通信模型，適合用MSTP網(wǎng)絡(luò)承載?？紤]到MSTP在物理線路上具有完善的環(huán)網(wǎng)保護(hù)功能，并可以增加基于MSTP的二層環(huán)網(wǎng)保護(hù)。這樣整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中存在兩套冗余機(jī)制，完全可以滿足系統(tǒng)對網(wǎng)絡(luò)平臺安全性的要求。
線路處理中心與基站間的內(nèi)部邏輯架構(gòu)建議采用雙星型和雙環(huán)型兩種方式：
2.2.3線路中心之間網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架方案
線路中心之間組網(wǎng)方案取決于業(yè)務(wù)需求。假設(shè)有A1、A2、A3、…An共n個(gè)線路中心，這n個(gè)線路中心可能有數(shù)據(jù)交互，也可能沒有數(shù)據(jù)交互。如只有兩個(gè)線路中心，可以使用MSTP點(diǎn)到點(diǎn)模式直接組建直連雙網(wǎng)，如有兩個(gè)以上線路中心進(jìn)行互聯(lián)，則建議采用網(wǎng)絡(luò)通道采用網(wǎng)狀或部分網(wǎng)狀構(gòu)建，帶寬根據(jù)業(yè)務(wù)需要設(shè)計(jì)。
2.2.4路局中心與線路中心之間網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架方案
路局中心集中接入各個(gè)線路中心，以實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一調(diào)度和管理。網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)采用MSTP構(gòu)建雙網(wǎng)，如果線路中心相對獨(dú)立，可以直接點(diǎn)對點(diǎn)接入路局中心；如有多個(gè)線路中心需要數(shù)據(jù)交互的情況，則可采用網(wǎng)狀或部分網(wǎng)狀架構(gòu)。網(wǎng)絡(luò)帶寬依據(jù)所接入的業(yè)務(wù)需求進(jìn)行設(shè)計(jì)即可。
2.3局域網(wǎng)安全設(shè)計(jì)
網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)計(jì)主要從防火墻技術(shù)、入侵檢測技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)隔離技術(shù)幾個(gè)方面考慮，設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)安全方案。
在不同線路中心之間、局中心和線路中心之間、本系統(tǒng)和其他系統(tǒng)之間等邊界接口處，應(yīng)采用硬件防火墻進(jìn)行數(shù)據(jù)訪問控制。通過在防火墻上部署相應(yīng)安全策略，阻斷未經(jīng)允許和授權(quán)的非法訪問，來保證邊界訪問安全。
在同一系統(tǒng)內(nèi)部，主要考慮線路數(shù)據(jù)處理中心與基站、終端之間的訪問控制、隔離及相關(guān)防病毒措施，具體如下：
1） 為減小廣播風(fēng)暴的影響范圍，采用了vlan隔離技術(shù)。
2） 服務(wù)器、終端、監(jiān)控主機(jī)都啟用了操作系統(tǒng)自帶的防火墻功能，通過合理的策略設(shè)置，來禁止系統(tǒng)內(nèi)部的非法訪問。
3） 服務(wù)器和各終端均部署防病毒殺毒軟件，并開啟威脅實(shí)時(shí)防護(hù)功能，一旦感知到有病毒威脅，則自動(dòng)采取掃描、隔離、清除等措施，確保病毒無法感染、傳播；另外，需定期下載安裝最新病毒庫，并進(jìn)行全盤掃描。
4） 各個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口處考慮網(wǎng)口防雷方案。
3網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方案以及技術(shù)指標(biāo)
3.1數(shù)據(jù)處理中心網(wǎng)絡(luò)方案
3.1.1廣域網(wǎng)
廣域網(wǎng)采用雙網(wǎng)冗余架構(gòu)，并采用延遲小、保護(hù)特性完備的傳輸專網(wǎng)通道，接口為RJ45。終端至數(shù)據(jù)處理中心廣域網(wǎng)采用點(diǎn)對點(diǎn)、雙網(wǎng)結(jié)構(gòu)，基站至數(shù)據(jù)處理中心廣域網(wǎng)采用雙網(wǎng)、MSTP 點(diǎn)到多點(diǎn)以太網(wǎng)匯聚架構(gòu)。
應(yīng)優(yōu)先采用MSTP方式來構(gòu)建。在不具備MSTP接入條件的情況下，可采用SDH方式。
3.1.2局域網(wǎng)
局域網(wǎng)采用雙網(wǎng)冗余架構(gòu)：數(shù)據(jù)處理中心采用2臺三層核心交換機(jī)，組成A、B兩套網(wǎng)絡(luò)；數(shù)據(jù)處理中心的服務(wù)器配置A、B兩塊網(wǎng)卡（地址也分為A、B兩套，每個(gè)網(wǎng)卡上配置一套），分別上聯(lián)至2臺核心交換機(jī)上；監(jiān)控終端同樣配置雙網(wǎng)卡，分別通過2條通信通道連接至數(shù)據(jù)處理中心的2臺核心交換機(jī)。同時(shí)，數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和應(yīng)用服務(wù)器采用雙機(jī)集群配置，監(jiān)控軟件采用雙收雙發(fā)策略。這樣，當(dāng)其中任意服務(wù)器、交換機(jī)、網(wǎng)卡、應(yīng)用軟件發(fā)生單點(diǎn)故障時(shí)，都能保證業(yè)務(wù)不中斷，最大限度地保證了系統(tǒng)的高可用性。
數(shù)據(jù)處理中心的主要設(shè)備連接圖如圖3所示：
3.2網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)方案
通過前面的分析可知，3 種組網(wǎng)方案各有優(yōu)缺點(diǎn)，如表2 所示。
根據(jù)以上分析，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案優(yōu)先考慮樹形結(jié)構(gòu)。
匯聚車站與中心的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)建議采用雙星型和雙環(huán)型兩種方式。
線路中心之間、路局中心與線路中心之間建議采用網(wǎng)狀或部分網(wǎng)狀構(gòu)建，帶寬根據(jù)業(yè)務(wù)需要設(shè)計(jì)。
3.3網(wǎng)絡(luò)示意圖
通過以上的分析和設(shè)計(jì)，形成鐵路自然災(zāi)害及異物侵限監(jiān)測系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)示意圖，具體如下：
3.4網(wǎng)絡(luò)安全優(yōu)化設(shè)計(jì)
3.4.1廣播風(fēng)暴的抑制
解決廣播風(fēng)暴需要從監(jiān)控和管理兩個(gè)方面進(jìn)行解決。
1）保證網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及線纜質(zhì)量
在資金允許的條件下使用較高檔次的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及線纜，保證網(wǎng)絡(luò)通信質(zhì)量。從硬件上減少故障發(fā)生機(jī)率。
2）避免出現(xiàn)環(huán)路
優(yōu)先使用星型、樹形的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
3）做好惡意軟件的防控工作
應(yīng)部署專業(yè)的殺毒軟件，并及時(shí)進(jìn)行病毒庫；原則上應(yīng)2周升級一次病毒庫；加強(qiáng)日常病毒管理和查殺；嚴(yán)格控制U盤和光盤等高風(fēng)險(xiǎn)移動(dòng)介質(zhì)的使用。主機(jī)應(yīng)卸載不必要的服務(wù)、關(guān)閉不必要的端口，以最大限度地減少漏洞，提高系統(tǒng)的安全性和可靠性。
4）充分利用網(wǎng)管軟件和工具進(jìn)行監(jiān)控和定位
應(yīng)使用網(wǎng)絡(luò)管理軟件，對整個(gè)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀況進(jìn)行定期有效監(jiān)控，故障時(shí)可迅速定位故障源頭。
5）采用VLAN技術(shù)
VLAN是一種將局域網(wǎng)從邏輯上劃分成一個(gè)個(gè)網(wǎng)段，從而實(shí)現(xiàn)虛擬工作組的數(shù)據(jù)交換技術(shù)。VLAN不能消除廣播風(fēng)暴，但可以有效地隔離廣播包的傳播，限制和縮小廣播風(fēng)暴的影響范圍，因此在工程中得到了廣泛應(yīng)用。它通過在以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀基礎(chǔ)上增加的VLAN ID字段，實(shí)現(xiàn)了把物理交換機(jī)劃分成若干個(gè)不同的邏輯交換機(jī)的功能。
按照實(shí)現(xiàn)方法的不同，可以分為基于交換機(jī)端口的VLAN、基于計(jì)算機(jī)MAC地址的VLAN和基于IP地址的VLAN三類。
在災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)中應(yīng)綜合使用前兩種方式進(jìn)行VLAN劃分。
3.4.2 ARP欺騙的優(yōu)化及解決
ARP（Address Resolution Protocol，地址解析協(xié)議）是一個(gè)位于TCP/IP協(xié)議棧中的底層協(xié)議，對應(yīng)于數(shù)據(jù)鏈路層，基本功能就是將網(wǎng)絡(luò)層（IP層，也就是相當(dāng)于OSI的第三層）地址解析為數(shù)據(jù)連接層（MAC層，也就是相當(dāng)于OSI的第二層）的MAC地址，以保證通信的進(jìn)行。
ARP自身存在著很多安全缺陷，因此成為網(wǎng)絡(luò)攻擊的主要目標(biāo)之一。
為避免ARP攻擊帶來的危害，一方面可利用殺毒軟件進(jìn)行ARP病毒的查殺；另一方面，可綜合利用交換機(jī)設(shè)備提供的多種ARP安全特性（如ARP報(bào)文限速、ARP Miss消息限速、ARP嚴(yán)格學(xué)習(xí)、ARP表項(xiàng)限制、ARP表項(xiàng)固化、動(dòng)態(tài)ARP檢測等），對ARP的攻擊進(jìn)行防范、檢測和應(yīng)對，從而屏蔽ARP攻擊，保障網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的安全運(yùn)行。
上述安全策略各有側(cè)重點(diǎn)，但大多可以互相疊加、協(xié)同生效，可根據(jù)應(yīng)用場景特點(diǎn)及設(shè)備特性靈活配置。
3.5網(wǎng)絡(luò)技術(shù)指標(biāo)
1） 應(yīng)優(yōu)先采用MSTP方式來構(gòu)建。在不具備MSTP接入條件的情況下，可采用SDH方式。
2） 災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)宜星型、樹型的方式來組網(wǎng)。
3） 對于監(jiān)測點(diǎn)數(shù)量多，分散廣，數(shù)據(jù)量小的子系統(tǒng)（如氣象監(jiān)測、異物監(jiān)測），考慮到帶寬容量和控制以太網(wǎng)廣播域大小，為合理節(jié)省通信資源，建議優(yōu)先采用雙環(huán)型結(jié)構(gòu)，每個(gè)2M環(huán)內(nèi)不宜超過10個(gè)基站。對于監(jiān)測點(diǎn)較少、數(shù)據(jù)量較大的子系統(tǒng)（如地震），可優(yōu)先按照雙星型考慮，每個(gè)監(jiān)測點(diǎn)獨(dú)享一個(gè)2M通道。
4） 災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)處理設(shè)備處的核心網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)采用知名品牌，并按照雙路供電配置。
5） 在不同線路中心之間、局中心和線路中心之間、本系統(tǒng)和其他系統(tǒng)之間等邊界接口處，應(yīng)采用硬件防火墻進(jìn)行數(shù)據(jù)訪問控制。
6） 設(shè)備互聯(lián)網(wǎng)線通過室外h境需考慮防雷方案，室內(nèi)網(wǎng)線布設(shè)距離大于50m時(shí)需考慮防雷方案。易發(fā)生雷雨天氣地區(qū)在監(jiān)控單元接入網(wǎng)絡(luò)前需考慮防雷方案。
7） 服務(wù)器和各終端均部署防病毒殺毒軟件，并開啟威脅實(shí)時(shí)防護(hù)功能，一旦感知到有病毒威脅，則自動(dòng)采取掃描、隔離、清除等措施，確保病毒無法感染、傳播；另外，需定期下載安裝最新病毒庫，并進(jìn)行全盤掃描
8） 災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備IP根據(jù)統(tǒng)一的規(guī)范設(shè)置。
9） 害監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)需考慮完備的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控方案。
7月19日，我國環(huán)境一號A／B星及長征二號丙改進(jìn)型火箭順利通過出廠審定，即將執(zhí)行一箭雙星發(fā)射任務(wù)。這兩顆衛(wèi)星是我國“環(huán)境與災(zāi)害監(jiān)測預(yù)報(bào)小衛(wèi)星星座”的光學(xué)衛(wèi)星，除了具有高時(shí)間分辨率外，還有超光譜成像等技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)。衛(wèi)星入軌后，將大大提高我國對環(huán)境生態(tài)變化、自然災(zāi)害發(fā)生和發(fā)展過程監(jiān)測的能力。聯(lián)想到震驚中外的汶川大地震，人們不禁要問：用衛(wèi)星監(jiān)測自然災(zāi)害的作用何在呢?
衛(wèi)星監(jiān)測的獨(dú)特優(yōu)勢
眾所周知，地球上每年都發(fā)生諸如臺風(fēng)、風(fēng)暴潮、洪水、干旱、地震、滑坡、泥石流、冰雹、霜凍、病蟲害和森林大火等自然災(zāi)害，威脅著人類的安全。我國既是一個(gè)幅員遼闊、人口眾多的大國，又是一個(gè)自然災(zāi)害多發(fā)的國家。因此，采取措施有效減災(zāi)對于保障人民生命和社會(huì)財(cái)富安全具有十分重要的意義。
目前人類還不能控制和消除自然災(zāi)害，但已有能力利用航天高科技手段來監(jiān)測、預(yù)報(bào)自然災(zāi)害，為及時(shí)采取相應(yīng)措施提供依據(jù)以減輕災(zāi)害帶來的損失。世界上不少國家利用多種衛(wèi)星在減災(zāi)方面取得了大量的實(shí)際成果。如1986年7號臺風(fēng)襲擊我國東南部沿海地區(qū)時(shí)，由于氣象衛(wèi)星提前72小時(shí)給出預(yù)報(bào)，各地政府和群眾采取相應(yīng)措施，使此次災(zāi)害減少損失達(dá)10多億元。
在空間技術(shù)日臻成熟的今天，利用衛(wèi)星監(jiān)測地球是一種最經(jīng)濟(jì)、能取得最好效果的手段。根據(jù)主要監(jiān)測對象的不同，可分為氣象衛(wèi)星、資源衛(wèi)星、海洋衛(wèi)星和國土普查衛(wèi)星等。綜合這些衛(wèi)星提供的大量遙感圖像資料，加上衛(wèi)星特有的快速、大面積重點(diǎn)連接觀測的優(yōu)點(diǎn)，就可以嚴(yán)密監(jiān)測地面的一切自然變異，為減災(zāi)救災(zāi)提供可靠信息。這是其他手段無法達(dá)到的。
毋庸置疑，災(zāi)害信息還應(yīng)包括災(zāi)害發(fā)生的地理位置，為預(yù)報(bào)災(zāi)害出現(xiàn)的具體地點(diǎn)和指揮防災(zāi)抗災(zāi)、減災(zāi)救災(zāi)提供依據(jù)。雖然多種衛(wèi)星的遙感圖像資料可以預(yù)報(bào)災(zāi)害發(fā)生的地理位置，但定位精度只能滿足一般要求。為了定位精度更高，能給出災(zāi)害具體位置，就需采用美國的導(dǎo)航星全球定位系統(tǒng)、俄羅斯的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)和我國的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。
一旦出現(xiàn)災(zāi)難后，災(zāi)情上報(bào)與指揮調(diào)度就成為救災(zāi)減災(zāi)的重要保障條件。此時(shí)的通信聯(lián)系一般以數(shù)據(jù)和話音雙向通信為主。在地面通信線路遭到破壞的情況下，為保證通信暢通，應(yīng)主要依靠衛(wèi)星通信，而以地面微波中繼通信和短波通信作為輔助手段。通過通信衛(wèi)星不僅能向各地電視臺播放災(zāi)害新聞，而且能取得與奔赴災(zāi)區(qū)的車載移動(dòng)通信站的聯(lián)系，保證救災(zāi)人員與指揮部的通信暢通。
當(dāng)然，上述各種衛(wèi)星功能的發(fā)揮，都離不開地面應(yīng)用系統(tǒng)的配合。為使讀者能夠了解這些基本原理，下面我們用衛(wèi)星抗震救災(zāi)的具體事例加以說明。
救災(zāi)中發(fā)揮重要作用
5月12日四川汶川發(fā)生8級地震后，我國啟動(dòng)衛(wèi)星管理應(yīng)急模式，動(dòng)用9種型號15顆衛(wèi)星為救援行動(dòng)提供技術(shù)支持，顯示了航天技術(shù)在抗震救災(zāi)中的重要作用。
北斗星確保導(dǎo)航定位地震后通信和道路中斷，災(zāi)區(qū)失去了和外界的聯(lián)系。當(dāng)首批武警官兵到達(dá)重災(zāi)區(qū)后，便使用北斗用戶終端機(jī)，通過北斗導(dǎo)航定位衛(wèi)星，連夜陸續(xù)發(fā)回實(shí)時(shí)災(zāi)情數(shù)據(jù)，讓指揮部掌握了第一手資料。在地震當(dāng)日下午，中國衛(wèi)星導(dǎo)航定位應(yīng)用管理中心即緊急調(diào)撥1000臺北斗用戶終端機(jī)贈(zèng)給一線救援部隊(duì)，成為指揮部和前方救援人員最有力的通信助手。北斗星是靜止軌道衛(wèi)星，猶如掛在空中的燈塔。由2顆工作星和1顆備份星組成的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，為緊急救援提供了時(shí)效保障。
鑫諾星保障災(zāi)區(qū)通信廣大觀眾從電視上了解地震新聞和信息，都是通過鑫諾一號、二號等靜止軌道通信廣播衛(wèi)星開通的電視傳輸通道而實(shí)現(xiàn)的。管理這些衛(wèi)星的中國直播衛(wèi)星有限公司，在地震后為多家電視媒體開通14個(gè)臨時(shí)電視傳輸通道，并及時(shí)為中國聯(lián)通、武警部隊(duì)等用戶緊急提供了衛(wèi)星資源和擴(kuò)容寬帶資源。與此同時(shí)，公司設(shè)法調(diào)整內(nèi)部資源，準(zhǔn)備了轉(zhuǎn)發(fā)器帶寬，滿足了11輛中國移動(dòng)應(yīng)急通信車奔赴災(zāi)區(qū)現(xiàn)場使用的需求。這使汶川、茂縣、綿陽等重災(zāi)區(qū)迅速恢復(fù)了衛(wèi)星電話聯(lián)系。開進(jìn)北川等地區(qū)的應(yīng)急通信車，保障了抗震救災(zāi)的通信暢通。
資源星提供監(jiān)測資料為了對比地震前后的圖像和實(shí)時(shí)監(jiān)測災(zāi)情，這次動(dòng)用了中巴資源衛(wèi)星一號02、02B和中國資源衛(wèi)星二號03三顆太陽同步軌道衛(wèi)星。超期服役的中巴資源一號02星是2003年10月21日發(fā)射升空的，本已停止工作，5月13日9時(shí)被重新啟動(dòng)后，才實(shí)現(xiàn)了3星協(xié)同運(yùn)行，滿足了監(jiān)測要求。其后，衛(wèi)星應(yīng)用中心每天安排1顆資源衛(wèi)星經(jīng)過災(zāi)區(qū)上空并成像，地面工作人員及時(shí)把衛(wèi)星下傳數(shù)據(jù)處理出影像圖，為救災(zāi)工作提供了決策參考資料。資源衛(wèi)星圖片不僅發(fā)現(xiàn)了多處滑坡和堰塞湖，而且為防止次生災(zāi)害提供了技術(shù)服務(wù)。有專家指出，衛(wèi)星監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，汶川地震使其所在的龍門山升高了9米，說明龍門山造山運(yùn)動(dòng)仍在進(jìn)行，這是非常值得重視的科學(xué)問題。另外，對地觀測的北京一號小衛(wèi)星也傳回大量地震影像，為恢復(fù)災(zāi)區(qū)道路、評估災(zāi)害損失提供了寶貴資料。
氣象星觀測災(zāi)區(qū)風(fēng)云掌握氣象變化情況對震后救援工作非常重要。為此，國家衛(wèi)星氣象中心通過風(fēng)云一號D太陽同步軌道氣象衛(wèi)星和風(fēng)云二號C和D兩顆靜止軌道氣象衛(wèi)星發(fā)回地面的資料，仔細(xì)分析災(zāi)區(qū)氣象情況，及時(shí)為救援工作提供氣象服務(wù)。
風(fēng)云二號兩顆衛(wèi)星可對災(zāi)區(qū)連續(xù)進(jìn)行氣象觀測，實(shí)時(shí)將資料發(fā)回地面。地面指令兩星啟動(dòng)加密預(yù)案，它們每隔15分鐘交替提供1張衛(wèi)星云圖，為災(zāi)區(qū)氣象部門提供了更加準(zhǔn)確的監(jiān)測數(shù)據(jù)。此外，地震發(fā)生后，我國還得到了歐洲空間局和美國、日本、加拿大等國的衛(wèi)星數(shù)據(jù)資料，幫助震區(qū)救災(zāi)，充分體現(xiàn)了國際空間合作的重要性。
值得期待的兩顆新星
監(jiān)測自然災(zāi)害，除了前面講過的幾種衛(wèi)星以外，有的國家還使用裝有合成孔徑雷達(dá)的微波遙感衛(wèi)星，簡稱雷達(dá)衛(wèi)星。這種衛(wèi)星具有全天候?qū)Φ赜^測能力，特別適于對自然災(zāi)害的監(jiān)測，故又將其稱為“減災(zāi)衛(wèi)星”。
我國已經(jīng)使用飛機(jī)裝載合成孔徑雷達(dá)監(jiān)測災(zāi)情，并取得良好效果。不過，當(dāng)受災(zāi)面積比較大時(shí)，使用這種航空遙感的辦法，飛機(jī)就得多次起降，工作周期為10天的循環(huán)監(jiān)測便顯得費(fèi)用過高，很不經(jīng)濟(jì)。為此，21世紀(jì)初，我國成功地研制出星載合成孔徑雷達(dá)，并實(shí)現(xiàn)了對地成像。
兩顆新星的有效載荷，可以說既有可見光遙感器，又有微波遙感器，是兩者的綜合裝置。星載可見光的應(yīng)用雖有局限性，但也有明顯優(yōu)點(diǎn)。如探測云圖和植被通常采用0.58～0.68微米譜段的可見光，探測火情則用355～393微米譜段的中紅外，合成孔徑雷達(dá)就難以完成這些任務(wù)。星載合成孔徑雷達(dá)微波遙感器卻能利用微波穿透云層和一定地表深度的能力，根據(jù)介電常數(shù)與雷達(dá)回波強(qiáng)度的關(guān)系，可探測出地表層下一定深度的土壤水分等情況，還彌補(bǔ)了可見光與紅外遙感器不能進(jìn)行全天候?qū)Φ赜^測的不足。綜合利用這兩類星載遙感器，能夠獲得精度較高的監(jiān)測數(shù)據(jù)，從中提取更多的有用信息，為減災(zāi)提供更有效的技術(shù)支持。
環(huán)境一號A／B星投入使用后，可獲得高時(shí)間分辨率、中等空間分布率的對地觀測數(shù)據(jù)，對我國大部分地區(qū)可實(shí)現(xiàn)每天一次重復(fù)觀測，將大大緩解目前對地觀測數(shù)據(jù)緊缺局面。衛(wèi)星數(shù)據(jù)不僅能為環(huán)境與減災(zāi)業(yè)務(wù)運(yùn)行系統(tǒng)提供重要保障，還將成為很多部門日常業(yè)務(wù)的重要數(shù)據(jù)源?；诃h(huán)境衛(wèi)星數(shù)據(jù)建立的環(huán)境與減災(zāi)應(yīng)用系統(tǒng)，對推動(dòng)遙感衛(wèi)星業(yè)務(wù)服務(wù)具有重要的示范作用。就汶川震后的恢復(fù)重建來說，兩顆新星就可對震區(qū)地殼變化情況進(jìn)行調(diào)查，為新的大型建筑和重要交通線路選址提供寶貴資料。
環(huán)境一號A／B星還將對推動(dòng)我國遙感衛(wèi)星國際合作以及在國際衛(wèi)星相關(guān)事務(wù)等方面具有非常重要的作用。不難想象，待我國“環(huán)境與災(zāi)害監(jiān)測預(yù)報(bào)小衛(wèi)星星座”建成后，該星座系統(tǒng)的作用將會(huì)更為巨大。按照預(yù)定計(jì)劃，由8顆衛(wèi)星組成的“環(huán)境與災(zāi)害監(jiān)測小衛(wèi)星星座”具有高時(shí)間分辨率和全天候的觀測能力，能夠及時(shí)準(zhǔn)確地對自然災(zāi)害、環(huán)境污染和生態(tài)情況進(jìn)行大范圍、連續(xù)動(dòng)態(tài)監(jiān)測。
