草原生物灾害监测预警与应急指挥平台系统设计方案

第.一章项目概述

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一.1 项目名称

一.2 项目建设背景及意义

一.3 编制依据

一.4 建设目标

第二章平台系统数据库设计

二.1 数据库建设原则

草原生物灾害监测预警和应急指挥数据库里所涉及到的数据源多样，数据类型复杂，数据格式不统一，既要考虑对接国.家级的系统平台，又要满足兼容现有各级机构已建成的系统平台，同时还要保证数据的准确、完整、及时、有.效、安全、可溯，要实现这样的目标，必须采用多种技术手段和管理方法，在先.进性和经济性之间做好平衡。

二.1.1 数据的分布和集中

在草原生物灾害监测预警和应急指挥平台里，数据从发生时态的角度可以分为“过程数据”和“结果数据”，比如在灯诱监测设备里，获取的害虫照片就是“过程数据”，而针对这些照片所做的害虫种类和数量等识别结论就是“结果数据”；在航空遥感数据里，高分辨率的航空影像是“过程数据”，对这些影像的不同光谱特征进行分析，得到的目标寄主植物病虫害损失统计是“结果数据”。一般来说过程数据的数据量比较大，特别是影像、视频类的数据，而结果数据相对比较小，大部分就是一段文本字符数据。在常规的系统平台里，过程数据都会通过各种网络传输到核心数据库里，在后台的服务器上来处理，最终得到结果数据，但是受制于草原区域的网络通信条件限制，部署在地面的监测设备里的数据量较大的过程数据往往无法顺利传输到核心数据库，也就无法对过程数据进行处理，进而无法获取结果数据，造成数据空心化。针对草原监测的这种特点，在数据库设计的时候就需要考虑边缘计算和分布式数据存储。

地面监测设备和部分航天遥感设备，要能在不受网络条件限制的情况下，基于边缘计算的技术，独立处理过程数据，把处理后的结果数据通过网络或者人工方式传输到核心数据库，而把过程数据保留在设备内，把每个设备都作为整个平台的分布式数据库，这些过程数据有一定的保存时效，根据需要可以用多种方式提取。

这种过程数据分布，结果数据集中的数据存储和管理的模式适合草原区域网络通信有限制的条件，也减轻了核心数据库的运算压力和存储空间，对监测设备的计算能力和能耗有更高的要求，可以根据实际情况灵活部署。

二.1.2 数据的时空化和可视化

草原生物灾害的相关数据都是具有空间属性的，是发生在真实三维世界里的事件。病虫害的分布、发展的趋势、周边环境的情况、监测设备的定位、物资与人员的部署、危害的影响、应急指挥的调度等，都必须依赖于实际空间坐标的信息资源支撑，同时，任何事件又有明确的时间标签，时间变化，对应事件特征和性质都会发生变化，这种基于时间和空间叠加的属性是草原生物灾害数据的一大特点。

为了便于统计分析、辅助决策、模拟仿真和应急指挥，将数据进行可视化处理是当前信息系统必备的功能。数据可视化将复杂晦涩的基础数据利用图形图像处理、计算机视觉技术，通过表达、建模以及对立体、表面、属性以及动画的方式，对数据加以可视化解释，将分布在时间、空间、不同维度、不同数据集的数据整合叠加显示，实现了数据降维、关联挖掘和扁平交互的价值。

二.1.3 数据的高可靠性和高稳定性

草原生物灾害的数据需要长时间、多维度的积累才有分析决策的价值，数据的采集、传输、存储和管理必须具有比较高的可靠性，数据的丢失和缺损，将会影响灾情的研判，导致重大的损失。这就要求在数据链上的各个环节，都要有足够的冗余设计，保证数据的准确性和完整性。

对草原生物灾害数据的采集都受各种环境和非环境因素的干扰，比如航空遥感易受云层的干扰，性诱监测会有风力的干扰，多光谱监测会受到光照条件的干扰，鼠害监测会受到人类活动的干扰等，保证监测设备在各种干扰条件下的稳定运行，对于数据的有.效性和准确性意义重大。

二.1.4 数据的安全性和可溯源性

草原生物灾害数据是国家生态安全的一部分，数据的上传、审核和发布都必须有严格的流程和技术保护，不能发生数据更改、破坏和泄露。同时，数据也要求能追根溯源，保证从端到端的数据纯净，可信，为解决今后监测与防治脱节的问题提供互信交互环境。

物联网和区块链的结合，为数据的安全和溯源提供基础技术平台，将物联网系统生产的结果数据用区块链封装，实现了数据不可篡改、源头追溯和去中心化的分布式存储，为上层的数据库调用提供原始数据，打造国内第.一条草原生物灾害数据区块链。

二.1.5 多源数据融合性

草原生物灾害数据里存在多源的数据，有航天航空遥感数据、各种比例尺地图数据、气象数据、雷达数据、病虫害监测数据等，系统要能识别管理这些数据，同时根据需要在同一个界面上按数据图层进行分类显示，需要对各种数据建立统一的分类编码规则，这是所有数据管理的基础。

由于不同监测手段存在技术局限性，监测的数据往往会有不一致，甚至相矛盾的地方，建立一个动态可调整的模型，根据数据分类和权重对不同数据进行综合分析，解决多源数据融合的问题，提供可供参考的辅助决策。

二.1.6 资源快速定位性

在进行草原生物灾害应急指挥时，通过应急物资和人员的快速定位与调用，为应急决策提供背景信息，以利于决策层做出快速准确的决策，能够为减轻灾害损失起到非常关键的作用。

二.2 草原生物灾害监测预警数据库

二.2.1 草原生物灾害分类编码规则库

按草原生物灾害涉及到内容分类设计编码规则，例如草原有害生物灾害分类代码数据、寄主植物分类代码数据等。

二.2.2 草原重点区域气象数据库

草原重点区域气象数据来源于国家气象中心、各地气象站和监测站气候仪，包括风向、风速、雨量、气温、相对湿度、太阳辐射、土壤温度、土壤湿度等常规气象要素。

二.2.3 航空遥感数据库

将无人机低空遥感拍摄的原始数据和正射DOM数据等记录下来，形成数据库。

二.2.4 昆虫雷达数据库

构建雷达数据库，数据来自实时监测系统，原始数据将以*.PPI格式和*.3PPI格式自动存于昆虫监测雷达主机并传输同步到雷达数据库。

二.2.5 航天遥感数据库

构建草原航天遥感数据库，包括每月获取高分一号、高分六号、Landsat8、sentinel等多种中分辨率的卫星遥感影像原始数据、经过正射等处理的DOM成果数据，以及开展草原生物灾害遥感监测的成果数据。DOM成果数据和遥感监测成果数据可以在统一的地理信息坐标体系下进行比对。

草原生物灾害遥感监测的成果数据是通过监测参数提取的草原灾害的受灾区域，数据格式为栅格格式。

二.2.6 基层综合监测站数据库

将基层综合监测站及其内部的各种设备信息、监测数据等记录下来，形成数据库。

二.2.7 人工调查数据库

将人工调查的过程数据和结果数据记录下来，形成数据库。

二.2.8 鼠兔灾害数据库

将鼠兔灾害监测的过程数据和结果数据记录下来，形成数据库。

二.2.9 昆虫灾害数据库

将昆虫灾害监测的过程数据和结果数据记录下来，形成数据库。

二.2.10 疫病灾害数据库

将疫病灾害监测的过程数据和结果数据记录下来，形成数据库。

二.2.11 毒害草灾害数据库

将毒害草灾害监测的过程数据和结果数据记录下来，形成数据库。

二.2.12 灾害趋势发展模型库

草原生物灾害趋势发展模型库主要依托现有的县级测报点基本情况数据、草原生物灾害分类代码数据、寄主植物分类代码数据、草原生物灾害基础数据等，根据灾害的特征和数字量化指标，应用数学方法，建立不同的模型来对灾害趋势发展进行预测，并根据实际发生情况来不断修正模型参数，以求达到更精.准的灾害预估。

二.3 空间信息库

二.3.1 GIS地图库

GIS地图数据库是以地图数字化数据为基础的数据库，是存储在计算机中的地图内容各要素（如控制点、地貌、土地类型、居民地、水文、植被、交通运输、境界等）的数字信息文件、数据库管理系统及其它软件和硬件的集合。应包含不同比例尺规格的矢量地图（DLG），遥感影像和数字高程模型数据（DEM）。

二.3.2 草原小班数据库

草原小班是草原经营、生产的最小单位，也是生物灾害调查的基本单位。草原小班的空间分布、权属信息、基础信息等构成数据库。

二.4 草原生物灾害应急指挥数据库

二.4.1 应急值班信息数据库

应急值班信息用于应急值班日常管理。应急值班信息包括：值班编码、值班起始时间、值班终止时间、带班姓名、带班联系电话、主班姓名、主班联系电话、副班姓名、副班联系电话、传真。

二.4.2 应急事件接报信息数据库

应急事件的接报信息数据，用于应急事件的上报。应急事件的接报信息包括：接报编号、事件标题、报告时间、报送方式、报送人、是否续报、报送单位、报送单位联系电话、事件类型代码、事件等级代码、事发时间、事件地点、事发地行政区划代码、事件原因、事件描述、事件地点经度、事件地点纬度、接收时间、签发领导、受灾面积、受灾人群规模、影响半径、经济损失、已采取措施、救助情况、支援请求、备注。

二.4.3 生物灾害应急储备物资数据库

构建草原有害生物灾害应急储备物资数据库，为应急指挥提供应急资源调度提供数据支撑，数据库包括储备物资品种、储备物资有.效期限、储备物资数量、储备物资用途、储备物资仓库信息、储备物资管理部门、储备物资使用部门等信息。

二.4.4 从业人员数据库

构建草原有害生物灾害从业人员数据库，根据行政区划、隶属单位、从事岗位、具备技能等各种属性进行数据录入，为日常工作和应急指挥调度提供数据支撑。

二.4.5 生物灾害预案库

在生物灾害应急指挥数据库表结构规范中，应急预案的表包括预案基本表类(预案表、预案信息表)、支持表类(预案结构树表、预案节点内容表、预案事件类型关联表、预案编制依据表、预案指标内容表)、指挥体系表类(预案指挥部表、预案任务指挥部成员表、预案专家表)、救援力量和应急处置表类(预案应急救援队伍表、预案任务表)。

二.4.6 生物灾害案例库

典型案例数据库提供国内外各种历史事件及实例，各类重大事件发生情况、影响范围、损失范围、解决方案等，主要由典型案例等实体组成。主要包括以下数据项：事件名称、等级、事件描述、事件性质、变化趋势、事件原因、发生地、发生单位、发生时间、涉及人数、影响范围、损失情况、解决方案、类似事件的防范和建议、信息来源等。

二.4.7 生物灾害文档库

文档信息包括：标题、编号、类型、密级ID、签发人、签发人、承办单位、收文编号、存档号、发放范围、事件类型、内容、备注。

二.4.8 生物灾害预测预警数据库

生物灾害事件的预测信息包括：预测ID、信息标题、事件类型、预测单位、影响范围行政区划、专业预测内容、上报单位、上报时间、备注。

生物灾害事件的预警信息包括：预警ID、信息标题、预警类别、预警单位、预警级别、预警状态、预警影响开始时间、预警影响结束时间、影响范围、防范措施、危害程度、影响方式、影响范围行政区划、上报单位、上报时间、备注。

二.4.9 生物灾害信息发布数据库

生物灾害应急事件发布信息包括：发布编号、事件编号、发布时间、发布类型代码、发布内容、发布机关备注。

第三章应用系统设计

三.1 草原生物灾害监测系统

三.1.1 基层综合监测站数据采集管理子系统

将基层综合监测站的性诱监测设备、灯诱监测设备、鼠害监测设备、蝗虫监测设备等监测设备生产的结果数据，利用物联网和区块链融合的技术，生成基础监测数据的区块链分布式数据库，然后通过移动通讯网络和北斗RDSS卫星通讯网络，把结果数据上传到核心数据库，并实现数据的同步、溯源、防篡改等功能。

构建基层综合监测站管理子系统，包括地面测报点基本情况管理、地面监测预报工作综合管理监督。

围绕管理架构维度，以分层、分级形式展示省级、市、县（市、区）三级监测预报体系及国.家级中心测报点的地理位置标识、机构信息、人员组成、区域信息等，实现“以图管点”，满足监测预报综合管理的需要。同时提供一级河流、主要公路、主要铁路、地市居民点等地理位置信息的叠加显示。

提供国.家级中心测报点地理位置信息、测报点机构信息、测报人员联络信息、测报点主测对象信息、测报点工作月历、监测预报工作展示等信息的综合展示。地面测报点踏查路线图上报、地面测报点踏查工作记录日常工作监管能力等。

支持对测报站点地理静态数据（如测报点地理位置信息）和地理动态数据（如测报点主测对象位置、踏查线路等）的叠加显示、查询、维护等操作，实现地面监测预报工作全过程综合管控可视化，强化省站对测报点的监管手段和提升监管能力，为省站及相关部门提供准确的测报信息，提供测报机构、测报人员、主测对象等综合信息集中可视化管理。

三.1.2 昆虫雷达数据采集管理子系统

利用昆虫雷达可以自动监测5km范围内、高空2000米以下的迁飞昆虫目标，对迁飞性重大害虫的起飞、上升、运转、降落各个过程进行跟踪，结合高空探照灯诱集高空飞行的昆虫，辅助判别雷达目标。提供基于时间维度、空间维度的综合监测信息，满足草原有害生物灾害日常监测，为草原灾害研判与会商决策提供数据基础支撑。雷达实时监测结果实时回传核心数据库，相关雷达原始数据定期回传。

昆虫探测雷达软件模块主要功能包括自动探测、程序控制、数据自动分析等功能。实时程序功能主要是集伺服、显示、数据存储于一体，可支持“RGB”三色图的实时合成；非实时程序功能主要是读取PPI\3PPI\RHI\立体扫描等数据，可以解算目标的移速、移向以及统计不同高度层目标的数量、密度等；垂直雷达数据解算功能主要是获得位移速度、位移方向、定向角度、到波束中心轴的最短距离、三个与体型大小有关的RCS参数（α0、α2和α4）和振翅频率，并精确解算目标的移速、移向以及统计不同高度层目标的数量、密度等。

为精确掌握大范围昆虫的飞行高度、速度、方向、体形、振翅频率等有用信息，方便地探测昆虫的分布及迁飞情况，昆虫探测雷达需支持多种数字化工作模式，工作方式可通过程序设定自动转换。昆虫探测雷达应备有动态和静态监控功能，故障诊断应迅速准确。雷达主机面板须具备显示雷达主要参数及故障的功能；雷达终端系统可直接显示监测的雷达的参数及状态。

三.1.3 航天遥感数据采集管理子系统

利用每月获取高分一号、高分六号、Landsat8等中分辨率遥感卫星数据开展草原生物灾害的大区域月度遥感监测，快速提取大范围的草原虫、鼠害的受灾区域，分析灾害等级的应用系统，为草原生物灾害的监测提供技术支撑，提高草原生物灾害监测的工作效率。

系统主要功能包括：TIFF、IMG、SHP、EVF等栅格和矢量数据的打开和保存；辐射归一化、波段运算、监测指标计算、灾害区域提取、灾害分级、专题制图等功能。

三.1.4 航空遥感数据采集管理子系统

主要是对无人机低空遥感监测进行管理，包括无人机飞行管理（空域申请、飞行计划制定、航线设计、飞行作业等），遥感数据采集处理（正射影像制作、目标自动判读、人工核验、目标物地图分布制作等）。

三.1.5 人工调查数据采集管理子系统

在人工调查的时候，测报员使用手机端工具实现回传灾情和虫情、路线指引、工作人员管理、落实工作制度的功能。

三.1.6 气象数据采集管理子系统

对接国家气象中心、各地气象站和监测站气候仪，采集包括风向、风速、雨量、气温、相对湿度、太阳辐射、土壤温度、土壤湿度等常规气象要素数据。

三.1.7 应急储备物资数据采集管理子系统

基于无线扫码、RFID等技术，对应急储备物资信息进行数据录入、修改、更新、删除等操作，以保证信息的有.效和准确。

三.1.8 从业人员数据采集管理子系统

对从业人员信息进行数据录入、修改、更新、删除等操作，以保证信息的有.效和准确。

三.2 草原生物灾害预报预警系统

三.2.1 鼠兔灾害趋势预测分析子系统

根据地面监测和航空遥感监测数据，对鼠兔品种，身体指标、种群密度、种群结构等进行分析，根据气象、环境、生态等多种因素，对鼠兔灾害事件进展情况、影响范围、影响方式、持续时间和危害程度等后果进行综合研判。

三.2.2 昆虫灾害趋势预测分析子系统

根据地面监测和航空遥感监测数据，对昆虫品种，种群密度、种群结构等进行分析，根据气象、环境、生态等多种因素，对昆虫灾害事件进展情况、影响范围、影响方式、持续时间和危害程度等后果进行综合研判。

三.2.3 疫病灾害趋势预测分析子系统

根据地面监测和航空遥感监测数据，对疫病种类，致病源、症状特征等进行分析，根据气象、环境、生态等多种因素，对疫病灾害事件进展情况、影响范围、影响方式、持续时间和危害程度等后果进行综合研判。

三.2.4 毒害草灾害趋势预测分析子系统

根据地面监测和航空遥感监测数据，对毒害草品种，身体指标、种群密度、种群结构进行分析，根据气象、环境、生态等多种因素，对毒害草灾害事件进展情况、影响范围、影响方式、持续时间和危害程度等后果进行综合研判。

三.2.5 生物灾害综合风险等级评估子系统

将生物灾害风险源、风险特征、风险进展等进行分类，每个类目设置若干影响因子，将风险源、风险特征、风险进展的因素解析为生物灾害与天敌、寄主、气候条件、生态、防治水平和其他人为因素等指标关系，并对指标进行量化和分级，最终形成若干评估分析模型，建立生物灾害的风险等级地图，为灾害处置决策提供依据。

三.2.6 生物灾害趋势发展模型管理子系统

生物灾害的影响因素众多，传统数学回归分析法只能在一定范围内预测灾害和生物及非生物因素之间的关系，更多是线性模型，随着神经网络的发展以及小波分析、混沌理论等非线性理论的提出，建立大数据多因子神经网络模型成为可能。

构建生物灾害趋势发展模型管理子系统，就是根据生物灾害的发生具有不均匀性、差异性、多样性、突发性、随机性和规律性复杂的特点，根据不同地域，不同时序的需求，建立特异性的预测模型，分类管理，让预测数据更有价值。

三.2.7 草原生物灾害预警子系统

结合趋势预测分析系统的预报信息，集成构建草原有害生物灾害预警子系统，实现草原生物灾害日常监测异常信息提醒、预警预报异常信息提醒、趋势分析异常信息提醒，并提供基于PC端和大屏端的轮播，为草原生物灾害信息发布提供支撑。

三.3 草原生物灾害应急指挥系统

三.3.1 应急响应子系统

实现草原生物灾害应急登记、事件上报等功能，完成事件的初步定位、信息通告、预警提醒等工作。同时实现值班人员排班管理、接警记录存档、事件登记、信息审核、资源查询等应急指挥管理功能。

三.3.2 指挥调度子系统

通过草原生物灾害事件信息展示、资源调度等功能，根据草原生物灾害现场情况、风险等级、应急处置需要，显示应急处置过程中各监测、处置、人员和设备点位的地图位置及详细信息，对应急工作进行任务分配管理，实时了解现场情况并根据事件的进展及时调整人员和监测点位，及时汇总现场信息并上报。

三.3.3 辅助决策子系统

根据有关应急预案，利用对生物灾害事件的研判结果，结合应急组织体系、工作流程和应急保障力量，通过对有关法规、政策、安全技术要求以及处理类似事件的案例等进行智能检索和分析，并咨询专家意见，提供应对生物灾害事件的指导流程和辅助决策方案，对拟采取的处置措施效果进行模拟仿真分析，同时根据应急过程不同阶段处置效果的反馈，实现对辅助决策方案的动态调整和优化。

三.3.4 在线会商子系统

通过视频会议、远程专家系统等，满足跨时空、跨领域、跨层级的多方协同会商需要，，实现基于一张图的远程在线会商功能，辅助生物灾害事件处置，提高事件处置效率。

三.3.5 应急保障子系统

依托已建设的应急资源管理系统，实施对专业队伍、储备物资、防治装备、交通运输、通信保障等应急资源的动态管理，为应急指挥调度提供保障。资源监控内容包括应急资源跟踪反馈，应急资源分布、应急资源状态监控等。资源信息维护实现资源的更新操作，保证资源信息的现实性。资源同步获取功能实现资源信息的同步更新，通过数据共享与交换平台实现。

三.3.6 应急预案及模拟演练子系统

实现草原生物灾害应急预案编制、评审、审批、发布、备案、修订、培训、演练、监督、评估等全过程一站式管理，快速辅助管理部门完成事前预防、事发应对、事中处置和善后管理等各项工作。

三.4 综合管理系统

三.4.1 数据可视化展示子系统

提供草原有害生物灾害数据集成可视化、综合管理可视化。在数字地球框架的基础上，展示草原有害生物灾害有害生物的实时监测与大区域遥感监测，服务草原有害生物灾害防控。集成互联网开放地图资源作为系统底图，具有单点值、区域平均值、空间连续化地图数据的可视化表达能力。直观地展现各种类型的草原有害生物灾害监测预报并动态展示林业有害生物灾害发生发展情况。实时显示文本、图片、文档多种格式数据，具有自动汇总生成统计图表和统计报告的功能。

三.4.2 信息审核子系统

由于生物灾害相关数据和信息非常多，必须根据信息的级别和分类、工作流程等，由相关责任人审核后才能进入系统进行内部分发和对外发布。

三.4.3 信息发布子系统

结合草原生物灾害数据可视化子系统和草原生物灾害应急指挥系统，集成构建草原生物灾害信息产品发布子系统，实现草原有害生物灾害预警预报发布、趋势分析发布、日常监测发布以及应急监测发布，主动、及时、便捷的服务政府、行业和社会公众，指导草原有害生物灾害防控工作。

三.4.4 数据安全与权限管理子系统

系统运行过程中会产生大量的数据，为了保证重要的数据不丢失，不被恶意修改，系统通过访问认证、权限控制、数据备份、重要操作留痕等手段来保证数据的安全性。

不同的人员和机构也对应不同的系统权限，可以在数据访问、修改、显示等各方面做控制。

三.4.5 地图数据管理子系统

实现地图管理下的地图编辑、图层管理、图形操作三个方面的功能。地图编辑功能模块包括：输入、删除、复制模块，编辑地图参数模块，编辑地图属性结构模块。每个模块彼此独立又相互联系，共同完成地图管理功能。图层管理功能包括：放大、缩小、复位、更新，以及输入比例显示地图和打印地图。图形操作功能包括：打开、关闭图层利图层初始化，其作用通过树形结构节点的选中状态来控制相应图层文件的开头状态，根据数据库中存储的开关状态来初始化树形结构节点的选种状态和图层文件的开关状态。

三.4.6 数据统计分析报表子系统

根据各种需求，将数据进行分类汇总统计，通过多种不同方法执行查询和分析，输出正确的报表，满足日常办公的需要。

三.4.7 区块链数据管理子系统

对区块链进行管理和配置，查看区块链对应数据，根据上级应用要求对原始数据进行溯源。

三.4.8 统一身份认证和单点登录子系统

单点登录的目的就是为多个应用系统提供集中统一的身份认证，实现：一点登录、多点漫游的目标，方便用户使用。

单点登录采用数字的加密和数字签名技术，对用户实行集中统一的管理和身份认证，并作为各应用系统的统一登录入口，同时为通过身份认证的合法用户签发针对各个应用系统的登录票.据，从而实现“一点登录、多点漫游”。

单点登录能够与统一权限管理系统实现无缝结合，签发合法用户的权限票.据，从而能够使合法用户进入其权限范围内的各应用系统，并完成符合其权限的操作。

三.4.9 工作流程管理子系统

从工作流程建模，到流程的部署，流程的自动化，流程的运行控制，以及流程的管理监控，形成完整的工作流程管理体系。

原创作者：湖北宏辉智讯科技有限公司