用于对小流域自然灾害进行应急预案的三维可视化及快速制图的方法及模型与流程

1.本发明涉及灾害防治技术领域，特别涉及一种用于对小流域自然灾害进行应急预案的三维可视化及快速制图的方法及模型。
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背景技术：

3.中国的自然灾害种类多、分布广、频率高、强度大，常常造成巨大的损失。及时高效地掌握灾情，科学有效地防灾减灾，对保障人民生命财产安全意义重大。在突发事件应急处置和防灾减灾中，测绘地理信息具有不可或缺的作用，应急测绘保障的核心任务之一是为突发公共事件高效有序地开展地图制作服务。
4.防灾减灾工作对快速制图服务的时效性提出了非常高的要求，通常为几小时或更短时间，而常规制图需要一至两天，甚至更长时间，因此常规制图无法满足防灾减灾要求。
5.虽然目前有大量关于快速制图的研究和应用，如专利申请号为201210115749.1，名称为“一种基于数据库驱动的地形图快速制图方法”给出了一种快速制图方法，利用已建成的地型数据库快速生产相应比例尺的地形图，实现制图数据库与地形数据库一体化存储、集成管理和同步更新；又如名称为“基础测绘数据库快速制图系统设计与开发”的硕士学位论文等公开了利用测绘的方式进行快速制图的方法，然而，此种虽然能够快速形成相应区域的地图，但无法对自然灾害进行监控和预防，更无法提供有效的应急预案。
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技术实现要素：

7.本发明的目的在于提供一种用于对小流域自然灾害进行应急预案的三维可视化及快速制图的方法及模型，以解决现有快速制图无法对自然灾害进行监控和预防，也无法提供应急预案的问题。
8.为解决上述技术问题，本发明提供一种用于对小流域自然灾害进行应急预案的三维可视化及快速制图的方法，所述三维可视化及快速制图的方法包括：步骤一，获取地理数据，并根据所述地理数据构建数据层；步骤二，在所述数据层上构建功能层，以实现对小流域自然灾害的监控，并根据监控的内容自动生成应急预案；步骤三，在所述功能层上构建可视化交互层，以3d展示小流域的当前形貌，以及在生成预案后根据所述应急预案进行虚拟推演。
9.可选的，在所述的用于对小流域自然灾害进行应急预案的三维可视化及快速制图的方法中，步骤一包括：获取地理数据，所述地理数据包括基础资源信息、接报信息、辅助决策信息和应急处置信息，所述基础资源信息包括地质信息、水文信息和气象信息；
利用所述基础资源信息构建3d可视化地图；从所述接报信息中提取接报关键词，并对所述接报关键词设置优先级顺序，从而确认接报信息中的关键信息；从所述辅助决策信息中提取辅助决策关键词，并对所述辅助决策关键词设置优先级顺序，从而确认辅助决策信息在决策时的权重；结合所述关键信息和所述辅助决策信息及其权重，以得到自然灾害类别，所述自然灾害类别包括自然灾害类型和等级；将所述自然灾害类别与对应的所述应急处置信息进行绑定，形成初级预案；所述3d可视化地图和所述初级预案构成所述数据层。
10.可选的，在所述的用于对小流域自然灾害进行应急预案的三维可视化及快速制图的方法中，所述步骤二包括：在小流域处设置多个监测站，实时获取所述监测站监测到的监测信息，所述监测信息包括地质信息、水文信息和气象信息；根据所述监测信息对小流域在未来时刻是否会发生自然灾害进行预估并形成预估结果，所述预估结果包括自然灾害发生的可能性及自然灾害发生的类别、时间和区域；根据所述预估结果判定应急响应级别，并根据应急响应级别进行报警；根据所述预估结果和所述初级预案自动生成应急预案，并在所述3d可视化地图上进行推演，所述应急预案包括灾害应对预案和灾后重建预案。
11.可选的，在所述的用于对小流域自然灾害进行应急预案的三维可视化及快速制图的方法中，根据所述监测信息对小流域在未来时刻是否会发生自然灾害进行预估并形成预估结果的方法包括：对所述自然灾害类别按照时间先后顺序进行统计，并按照自然灾害类型进行分类；以时间为横坐标，以同一类型的自然灾害的等级为纵坐标绘制折线图，并得到该类型的自然灾害的发生规律函数qx(t,c,m)，其中，qx为某一类型的自然灾害，t为时间，c为在t时刻自然灾害发生的等级，m为t时刻的基础资源信息；汇总所有类型的自然灾害的发生规律函数qx(t,c,m)以得到自然灾害的发生规律函数集{qx(t,c,m)}；在3d可视化地图上将发生过自然灾害的区域进行标注，并展示对应的发生规律函数qx(t,c,m)的具体数值；将所述监测信息与所述发生规律函数集{qx(t,c,m)}进行匹配，若监测信息与所述发生规律函数集{qx(t,c,m)}中的某一m匹配，则标记此时m对应的qx、t和c为可能发生自然灾害的类型、时间和等级。
12.可选的，在所述的用于对小流域自然灾害进行应急预案的三维可视化及快速制图的方法中，根据所述监测信息对小流域在未来时刻是否会发生自然灾害进行预估并形成预估结果的方法还包括：利用所述地理数据对所述发生规律函数集{qx(t,c,m)}进行学习优化；利用已发生的自然灾害数据对所述发生规律函数集{qx(t,c,m)}进行学习优化。
13.可选的，在所述的用于对小流域自然灾害进行应急预案的三维可视化及快速制图
的方法中，步骤三包括：根据所述监测信息实时调整所述3d可视化地图的形貌，所述形貌包括地质形貌、水域形貌和气象状态；在3d可视化地图上进行标注，包括等高线、水位线、道路和建筑；将应急预案以3d动态展示的方式在所述3d可视化地图上进行推演，以展示自然灾害的发生过程、应对过程和灾后重建过程。
14.可选的，在所述的用于对小流域自然灾害进行应急预案的三维可视化及快速制图的方法中，在3d可视化地图上进行标注的方法包括：基于几何多维的特征提取方法对3d可视化地图进行特征提取，以智能识别各类地图特征；基于比例尺对智能识别的各类地图特征进行标注；人工核验，对已标注的内容进行确认，并对未识别的内容进行手动标注。
15.可选的，在所述的用于对小流域自然灾害进行应急预案的三维可视化及快速制图的方法中，将应急预案以3d动态展示的方式在所述3d可视化地图上进行推演的方法包括：将所述预估结果和所述地理数据进行对比，挑选出差异最小的地理数据所对应的3d可视化地图状态为自然灾害发生后的末态；将该末态与当前3d可视化地图的状态进行对比，找到发生变化的参数，并将发生变化的参数按照预设规则进行变动，以使发生变化的参数在预设时间内由当前3d可视化地图的状态变化为末态；根据所述应急预案自动生成动态活动，并将所述动态活动加载于所述3d可视化地图。
16.为解决上述技术问题，本发明还提供一种用于对小流域自然灾害进行应急预案的三维可视化及快速制图的模型，所述模型根据如上任一项所述的用于对小流域自然灾害进行应急预案的三维可视化及快速制图的方法构建而成，所述三维可视化及快速制图的方法包括数据层、功能层和可视化交互层；所述数据层用于获取并保存地理数据，以形成3d可视化地图和初级预案；所述功能层用于对小流域自然灾害进行监控，并根据监控的内容自动生成应急预案；所述可视化交互层用于3d展示小流域的当前形貌，以及在生成预案后根据所述应急预案进行虚拟推演。
17.可选的，在所述的用于对小流域自然灾害进行应急预案的三维可视化及快速制图的模型中，所述可视化交互层为利用虚拟现实和/或全息影像技术形成的基于所述3d可视化地图的可手控操作的平台。
18.本发明提供的用于对小流域自然灾害进行应急预案的三维可视化及快速制图的方法及模型，包括获取地理数据，并根据所述地理数据构建数据层；在所述数据层上构建功能层，以实现对小流域自然灾害的监控，并根据监控的内容自动生成应急预案；在所述功能层上构建可视化交互层，以3d展示小流域的当前形貌，以及在生成预案后根据所述应急预案进行虚拟推演。通过对小流域进行实时监控，并自动生成应急预案，使得对小流域自然灾害的预防更加主动；通过可视化交互层，能够以3d方式展示小流域的当前形貌并进行应急预案的虚拟推演，使得人们可以直观的确认自然灾害带来的损失和应急预案是否匹配，解决了现有快速制图无法对自然灾害进行监控和预防，也无法提供应急预案的问题。
19.附图说明
20.图1为本实施例提供的用于对小流域自然灾害进行应急预案的三维可视化及快速制图的方法流程图；图2为实施例提供的用于对小流域自然灾害进行应急预案的三维可视化及快速制图的模型结构示意图。
21.具体实施方式
22.以下结合附图和具体实施例对本发明提出的用于对小流域自然灾害进行应急预案的三维可视化及快速制图的方法及模型作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。此外，附图所展示的结构往往是实际结构的一部分。特别的，各附图需要展示的侧重点不同，有时会采用不同的比例。
23.需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及附图说明中的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
24.本实施例提供一种用于对小流域自然灾害进行应急预案的三维可视化及快速制图的方法，如图1所示，所述三维可视化及快速制图的方法包括：步骤一，获取地理数据，并根据所述地理数据构建数据层；步骤二，在所述数据层上构建功能层，以实现对小流域自然灾害的监控，并根据监控的内容自动生成应急预案；步骤三，在所述功能层上构建可视化交互层，以3d展示小流域的当前形貌，以及在生成预案后根据所述应急预案进行虚拟推演。
25.本实施例提供的用于对小流域自然灾害进行应急预案的三维可视化及快速制图的方法，通过对小流域进行实时监控，并自动生成应急预案，使得对小流域自然灾害的预防更加主动；通过可视化交互层，能够以3d方式展示小流域的当前形貌并进行应急预案的虚拟推演，使得人们可以直观的确认自然灾害带来的损失和应急预案是否匹配，解决了现有快速制图无法对自然灾害进行监控和预防，也无法提供应急预案的问题。
26.具体的，在本实施例中，步骤一包括：s11，获取地理数据，所述地理数据包括但不限于基础资源信息、接报信息、辅助决策信息和应急处置信息，所述基础资源信息包括但不限于地质信息、水文信息和气象信息。其中，地质信息可以为地质结构、地形地貌、高度、深度、密度等；水文信息包括水流走向、宽度、深度、水体、涨落潮时间等；气象信息包括温度、湿度和其他气象信息等。
27.s12，利用所述基础资源信息构建3d可视化地图。在本实施例中，可以借助虚拟现实或全息影像技术实现3d可视化地图的构建，具体的构建方法为相关领域技术人员所熟知的，此处不再赘述。构建的3d可视化地图是与小流域实际情况等比例的，因此可以细致、立
体、直观地显示小流域的当前地理形貌，便于人们掌握小流域处的地质情报。
28.s13，从所述接报信息中提取接报关键词，并对所述接报关键词设置优先级顺序，从而确认接报信息中的关键信息。接报信息为人们上报的小流域处存在的自然灾害，考虑到部分自然灾害是局域性的、小面积的，因此不可能通过地质活动等收集到的基础资源信息获知，通过接报信息能够更加全面的获知地质情况。对接报信息设置关键词，可以过滤掉多余无用的信息，从而提取对获取自然灾害有用的信息；通过对提取的关键词进行优先级排序，使得接报信息均按照同一规律进行排序，有利于数据的汇总和整理，避免数据杂乱。
29.s14，从所述辅助决策信息中提取辅助决策关键词，并对所述辅助决策关键词设置优先级顺序，从而确认辅助决策信息在决策时的权重。辅助决策信息是为了对部分自然灾害的标识进行加强，以及对一些自然灾害进行过滤的信息，避免冗余、无用的信息被收录，从而导致模型计算的预估结果出现偏差。与接报信息类似的，设置优先级顺序可以确定哪些自然灾害是需要被加强的，哪些是需要被过滤的，以及确认其在决策时的权重，使得预估结果更加准确。
30.s15，结合所述关键信息和所述辅助决策信息及其权重，以得到自然灾害类别，所述自然灾害类别包括但不限于自然灾害类型和等级。
31.s16，将所述自然灾害类别与对应的所述应急处置信息进行绑定，形成初级预案。初步预案包括以往自然灾害发生后对应采取的应急处置措施，当然，在某些情形下，如有对已经采取的应急处置措施进行优化备案，则也可以将优化备案后的应急处置措施与对应的自然灾害相绑定。
32.其中，所述3d可视化地图和所述初级预案构成所述数据层。
33.进一步的，在本实施例中，所述步骤二包括：s21，在小流域处设置多个监测站，实时获取所述监测站监测到的监测信息，所述监测信息包括地质信息、水文信息和气象信息。具体的，可以利用gps、gis、rs遥感等技术实现对小流域的地质监测，其中地质信息包括但不限于土壤成分、地势、结构等，水文信息包括但不限于水体深度、宽度、水质、水体流向等，气象信息包括但不限于温度、湿度及其他气象灾害等。
34.s22，根据所述监测信息对小流域在未来时刻是否会发生自然灾害进行预估并形成预估结果，所述预估结果包括自然灾害发生的可能性及自然灾害发生的类别、时间和区域。
35.具体的，在本实施例中，根据所述监测信息对小流域在未来时刻是否会发生自然灾害进行预估并形成预估结果的方法包括：对所述自然灾害类别按照时间先后顺序进行统计，并按照自然灾害类型进行分类，例如，可以分为泥石流、坍塌、滑坡等。
36.以时间为横坐标，以同一类型的自然灾害的等级为纵坐标绘制折线图，并得到该类型的自然灾害的发生规律函数qx(t,c,m)，其中，qx为某一类型的自然灾害，t为时间，c为在t时刻自然灾害发生的等级，m为t时刻的基础资源信息。由于基础资源信息为文字，因此，在实际的函数构建中，可以先对基础资源信息进行关键词提取，并将相应的关键词设置为一个数字代码，从而代入函数中。
37.汇总所有类型的自然灾害的发生规律函数qx(t,c,m)以得到自然灾害的发生规律
函数集{qx(t,c,m)}，这一函数集可以作为一个数据库进行保存和应用，当然，若有现存的数据库，也可以进行等效替代。
38.在3d可视化地图上将发生过自然灾害的区域进行标注，并展示对应的发生规律函数qx(t,c,m)的具体数值，如此，便于人们直观地了解小流域上发生的自然灾害历史情况。
39.将所述监测信息与所述发生规律函数集{qx(t,c,m)}进行匹配，若监测信息与所述发生规律函数集{qx(t,c,m)}中的某一m匹配，则标记此时m对应的qx、t和c为可能发生自然灾害的类型、时间和等级。匹配可以理解为两者的重合度大于预设阈值，如匹配度大于80%表示匹配。以及在进行匹配时，一个m可能对应多个t，应当选取最接近当前时刻的未来时刻的t作为函数的正解，从而能够预估最先发生的自然灾害。
40.当然，在设置发生规律函数时，还可以加入位置坐标信息作为一个元素，如生成函数qx(t,c,m,l)，其中l可以表示为发生自然灾害的中心地理坐标l(x,y)。
41.较佳的，在本实施例中，根据所述监测信息对小流域在未来时刻是否会发生自然灾害进行预估并形成预估结果的方法还包括：利用所述地理数据对所述发生规律函数集{qx(t,c,m)}进行学习优化；利用已发生的自然灾害数据对所述发生规律函数集{qx(t,c,m)}进行学习优化。
42.通过学习优化，能够有效提高函数对自然灾害预警的准确度，从而能够有效指导人们进行应急预案。
43.s23，根据所述预估结果判定应急响应级别，并根据应急响应级别进行报警。例如，可以通过报警灯的不同颜色、不同闪烁频率，或者通过蜂鸣器的不同声音来区分不同的应急响应级别，以快速通知人员进行应急响应。
44.s24，根据所述预估结果和所述初级预案自动生成应急预案，并在所述3d可视化地图上进行推演，所述应急预案包括灾害应对预案和灾后重建预案。通过在3d可视化地图上进行推演，可以使人们直观地发现应急预案中存在的问题点和不足，从而能够在此基础上对对应急预案进行改善，从而在自然灾害真实到来时，能够心中有数、从容应对，将损失降低到最小。
45.在本实施例中，步骤三包括：s31，根据所述监测信息实时调整所述3d可视化地图的形貌，所述形貌包括地质形貌、水域形貌和气象状态。当然，考虑到地质变动的微弱特点，在其他实施例中，也可以定期对3d可视化地图进行更新，从而减小模型的运算量。
46.s32，在3d可视化地图上进行标注，包括等高线、水位线、道路和建筑。具体的，在3d可视化地图上进行标注的方法包括：基于几何多维的特征提取方法对3d可视化地图进行特征提取，以智能识别各类地图特征；基于比例尺对智能识别的各类地图特征进行标注；人工核验，对已标注的内容进行确认，并对未识别的内容进行手动标注。
47.当然，在其他实施例中，还可以采用其他标注方法，其他标注方法可以参考快速制图技术已有的标注方法，此处不再赘述。
48.s33，将应急预案以3d动态展示的方式在所述3d可视化地图上进行推演，以展示自然灾害的发生过程、应对过程和灾后重建过程。具体的，在本实施例中，将应急预案以3d动
态展示的方式在所述3d可视化地图上进行推演的方法包括：将所述预估结果和所述地理数据进行对比，挑选出差异最小的地理数据所对应的3d可视化地图状态为自然灾害发生后的末态，如此便可以减少3d可视化地图的生成量。当然，若没有匹配的3d可视化地图状态，则需要根据预估结果对3d可视化地图进行修改以满足相应的地理数据。
49.将该末态与当前3d可视化地图的状态进行对比，找到发生变化的参数，并将发生变化的参数按照预设规则进行变动，以使发生变化的参数在预设时间内由当前3d可视化地图的状态变化为末态。例如在发生山体滑坡时，土石的坠落在每一时刻的速度是不同的，因此需要根据实际情况设置其演变过程，从而使得3d可视化地图的推演更加真实。
50.根据所述应急预案自动生成动态活动，并将所述动态活动加载于所述3d可视化地图。动态活动包括但不限于地质变化活动和人员运动活动等。具体的动画设置和实现为相关领域技术人员所能够实现的，此处不再赘述。
51.本实施例还提供一种用于对小流域自然灾害进行应急预案的三维可视化及快速制图的模型，如图2所示，所述三维可视化及快速制图的方法包括数据层、功能层和可视化交互层；所述数据层用于获取并保存地理数据，以形成3d可视化地图和初级预案；所述功能层用于对小流域自然灾害进行监控，并根据监控的内容自动生成应急预案；所述可视化交互层用于3d展示小流域的当前形貌，以及在生成预案后根据所述应急预案进行虚拟推演。
52.本实施例提供的用于对小流域自然灾害进行应急预案的三维可视化及快速制图的模型，通过数据层、功能层和可视化交互层三层结构，能够实现对不同数据的接收、处理和展示，不仅能够降低运算的复杂度，还能够在数据更新时逐层进行更新，有利于数据的稳定性。
53.较佳的，在本实施例中，所述可视化交互层为利用虚拟现实和/或全息影像技术形成的基于所述3d可视化地图的可手控操作的平台。如此，人们可以无需实际与3d可视化地图进行接触，仅通过动作手势便可以实现对3d可视化地图的操作，如旋转、解剖、放大（缩小）甚至是标注等。
54.综上所述，本实施例提供的用于对小流域自然灾害进行应急预案的三维可视化及快速制图的方法及模型，包括获取地理数据，并根据所述地理数据构建数据层；在所述数据层上构建功能层，以实现对小流域自然灾害的监控，并根据监控的内容自动生成应急预案；在所述功能层上构建可视化交互层，以3d展示小流域的当前形貌，以及在生成预案后根据所述应急预案进行虚拟推演。通过对小流域进行实时监控，并自动生成应急预案，使得对小流域自然灾害的预防更加主动；通过可视化交互层，能够以3d方式展示小流域的当前形貌并进行应急预案的虚拟推演，使得人们可以直观的确认自然灾害带来的损失和应急预案是否匹配，解决了现有快速制图无法对自然灾害进行监控和预防，也无法提供应急预案的问题。
55.上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。