现代科学技术在应急监测预警中的应用

　　公共安全是国家安全的重要组成部分，是经济和社会发展的重要条件，是人民安居乐业与建设和谐社会的基本保证。按照《国家突发公共事件总体应急预案》的规定1，突发公共事件主要分为自然灾害、事故灾难、公共卫生事件和社会安全事件四类。随着经济全球化和一体化，经济危机事件也正逐渐成为突发公共事件的一个不可或缺的组成部分。党中央、国务院高度重视突发公共事件应急管理工作2，全面加强了应急预案体系、应急体制机制和法制建设，特别是以公共安全科技和信息技术为支撑，对突发公共事件应急管理的基础理论、关键技术应用和研究给予大力支持，建立了公共安全应急技术保障体系，加强了公共安全应急风险评价、监测监控、预测预警、动态决策、综合协调等能力，提升了国家应对突发公共事件能力，最大限度地保护了人民群众的生命和财产安全。 

　　突发公共事件具有的突发性、紧急性和高度不确定性等特点，因此在应急监测预警中，应该加强监测技术装备的轻便性、易用性、耐用性、先进性和适用性，确保不受时间、地点、空间等的限制，实现跨区域、大范围内的统一监控、统一管理、统一指挥和资源共享，满足国家突发公共事件应急处置体系的要求。我国政府重视现代科学技术在突发公共事件应急管理中的应用，积极建立应急管理科技支撑体系，加快应急管理技术及装备开发，一些成熟的技术，像监测监控技术、卫星雷达遥感技术、图像识别技术、地理信息系统（GIS）、移动监控指挥技术和通信技术在应急管理中得到广泛应用。
　　一、监测监控技术
　　监测监控对于防范突发性公共事件，在事前预防、事中监测到事后恢复重建的各个过程中均起着重要作用，主要包括现场图像监控和环境条件监测两类。通过监测监控，可以为决策部门快速、准确地提供突发公共事件的类别、分布、影响范围及发展态势等现场动态资料信息，能为有效地控制影响范围、缩短持续时间、将损失减到最小提供有力的技术支持，从而确保对事件的快速处置和正确决策。
　　1.现场图像监控
　　现场图像监控是指为了国家安全利益或者公共安全，利用事发现场已有摄像头或移动摄像头，通过网络与室内监视中心相连，对事件发生区域内特定的地点、范围进行监视，将现场的图像、语音、数据快速传回指挥中心，指挥中心不进入现场也能进行监控。
我国在公共场所设置的图像监控系统大多数是有人值守的，值班人员负责即时监看各个监控点画面，分析判断画面中出现的可疑情况，并作出正确反应。如不少城市正在建设的“平安工程”，就是在城市主干道、重要交通路口、特定公共场所、要害部位、重要设施等建立大量的视频监控摄像头（俗称“电子眼”），把视频监控和地理信息结合，指挥中心可以根据权限任意浏览每一个需要查看区域的监控信息。
　　2.环境条件监测
　　环境条件监测主要是指处置公安（消防）、医疗卫生、地震救援、矿山救护、森林消防、防洪抢险、环境污染控制、危险化学品事故救援、铁路事故、民航事故等所需的风向、风速、温度等气象条件的数据采集、水样的数据分析和危险气体空气浓度监测等。
　　环境条件监测数据一般是通过部署在事故现场或周边地区的气象、国土、水文、环境等监测站来获取的。以气象为例，各级气象部门大力推进台站建设，相继建成了143个基准气候站、684个国家基本气象站、1591个一般气象站、120个高空气象站。2416个国家气象站已全部实现观测自动化，30000多个中小尺度加密自动气象（雨量）站可每10分钟观测一次，观测时空密度大大提高，明显提升了对中小尺度天气和气象灾害的监测能力，在突发公共事件应对中扮演重要的角色3。
　　二、卫星雷达遥感技术
　　卫星遥感技术广泛运用于我国各种自然灾害的监测，为灾害的预报、预警、监测、评估，以及应急响应、灾害救助、恢复重建决策提供了有效的信息支持，发挥了不可或缺的作用。在2008年的两院院士大会上，胡锦涛总书记强调，要加快遥感地理信息系统、全球定位系统、网络通信技术的应用以及防灾减灾高技术成果转化和综合集成，建立国家综合减灾及风险管理信息共享平台，完善国家和地方灾情监测、预警、评估、应急救助指挥体系。
　　回顾近年重大自然灾害，卫星以其宏观、周期性和全天候的观测能力在防灾减灾中的必要性和迫切性越来越突出。在我国，目前有气象卫星（FY系列）、中巴地球资源卫星（CBERS）和环境减灾小卫星A、B星开展对地观测。气象卫星具有观测范围广、观测次数多、观测时效快、观测数据质量高，不受自然条件和地域条件限制等特点，所提供的信息已广泛应用于日常气象业务、环境监测、防灾减灾、大气科学研究等。事实上，气象卫星是一个高悬在太空的自动化高级气象站，是空间、遥感、计算机、通信和控制等高技术相结合的产物。从1988年到现在，我国已成功发射6颗极轨气象卫星和5颗静止气象卫星，并投入业务运行，被世界气象组织列入全球对地综合观测卫星业务序列，使我国成为世界上少数几个能同时具有研制、发射、管理极轨和静止气象卫星的国家之一。目前，我国气象卫星地面应用系统除接收处理国内卫星资料外，还接收处理国外的9颗气象卫星资料。
　　雷达遥感技术在灾害监测中发挥着重要的作用。利用遥感技术，可以有效地开展自然灾害成因研究；开展遥感灾害调查，推进自然灾害数据库建设；开展遥感灾情调查，为抗灾救灾应急决策提供快速信息支持。在地震、洪涝、台风等突发性自然灾害发生时，常规手段难以实现迅速、准确、动态的监测与预报，而遥感技术可以弥补常规手段的不足，能快速获取灾害发生后灾区的全面景观，根据灾害分类分级及影像模型，判读图像，快速确定灾情，为应急救援工作提供第一手资料。在2008年四川汶川特大地震及2010年青海玉树大地震中，有关部门使用多种航天、航空遥感技术为抗震救灾指挥部及时提供了多种类型、不同分辨率的卫星和航空遥感数据分析信息，为抗震救灾指挥系统及时全面地了解灾情、快速部署救援行动提供了可靠的信息支持。气象雷达也是监测灾害性天气的重要手段4，经过多个技术发展阶段，我国天气雷达探测性能不断改进提高，全国天气雷达网布局不断完善，至2010年底已有156部新一代多普勒天气雷达投入业务运行，实现6分钟一次的数据实时传输和拼图联网，成为世界上规模最大的雷达观测网，增强了对突发性暴雨、台风和大江大河流域强降水等重大灾害性天气的监测和预警能力。
　　三、图像识别技术
　　图像识别是利用计算机对图像进行处理、分析和理解，以识别各种不同模式的目标和对象的技术。如医疗诊断中各种医学图片的分析与识别、天气预报中的卫星云图识别、环境监测中的遥感图片识别以及指纹识别、脸谱识别等。随着计算机技术和信息技术的发展，图像识别技术获得越来越广泛的应用，在突发公共事件应急管理使用的图像识别技术主要包括公共安全图像系统和生物特征识别技术。
　　公共安全图像系统与单纯的摄像头有差别，除了监控之外，更注重图像的后期处理，即图像的存储和挖掘使用。通过整合人防、公安、交通、社区的部分图像资源，建立摄像头图层，并实现视频数字化的展示，最终实现人像识别。伦敦地铁爆炸案嫌疑人的排查就使用了这样的人像识别技术。
　　生物特征识别技术就是通过计算机与各种传感器和生物统计学原理等高科技手段密切结合，利用人体固有的生理特性和行为特征，来进行个人身份的鉴定。目前常用的生物特征识别有人脸识别、虹膜识别、手形识别、指纹识别、掌纹识别、声音识别等。生物特征具有不会遗忘或丢失、不易伪造、使用方便等优点，可以最大限度的保证个人资料的安全，最大限度地防止各种类型的刑事、经济犯罪，在公共安全控制等多种领域有着广泛的应用。
　　此外，图像识别在洪涝、火灾、地震等自然灾害的遥感处理中有着重要的应用。利用遥感资料，采取图像识别技术，就可以监测不同下垫面的受灾情况，计算出洪涝区域内旱田、果树、林地等不同下垫面受灾面积，在洪涝灾害发生后监测受灾区域，快速提供洪涝面积，为政府及有关部门采取有力措施进行援救工作提供翔实准确的数据。
　　四、地理信息系统
　　地理信息系统（GIS）是在计算机硬、软件系统支持下，对整个或部分地球表层（包括大气层）空间中的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统，是一种特定的十分重要的采集、存贮、分析、再现空间信息的系统。
　　地理信息系统以其显著的多学科交叉特征和处理空间数据的独特功能，使其被广泛地应用于众多的研究和应用领域，几乎渗透到了具有空间数据处理需求的各个方面，农业、土地利用规划、土地清查、国土整治、野生动物保护、森林防护、渔业、地质、考古、勘探、城市规划、环境保护与管理、气候监测等，极大地提高了应用领域的工作水平，显示了强大的处理复杂问题和辅助决策能力。如借助于遥感（RS）和航测等数据，对森林火灾、洪水灾情、环境污染等进行监视，就可在江河流域发生特大洪水灾害、地震灾区出现堰塞湖时，制作洪水淹没动态变化趋势影像图，为管理部门提供了有效的决策依据。
　　地理信息系统非常普遍地用于环境灾害评估与风险管理。英国考文垂大学环境灾害和风险应用研究小组基于空间数据基础设施(SDI)的城市环境灾害评估与风险管理，利用遥感与GIS技术对环境进行制图、监测、建模，形成了较为完备的人口、地形、气候、道路交通、排水系统等详细的基础空间数据，为城市应急管理与风险评估提供了重要的支持。基于SDI，制作洪水风险评估图，提供全英国境内主要河流以及沿海地图的洪水风险等级图，并提供在线交互的查询方式。同时，洪水风险图也是城市洪水应急管理的主要依据，地方应急管理官员根据洪水风险图中的不同等级的风险区域制作应急预案，并告知不同风险区域内用户应采取的准备措施、应急知识、应急电话等信息。
　　地理信息系统在应急管理中发挥效能主要取决于两个方面：一方面是需要完善环境灾害制图系统，为应急指挥提供灾前（风险区划图、应急管理信息图）、灾中（卫星、实况监测图）、灾后（灾害损失评估图）等地图；另一方面是提高地图的可读性和可用性，实现专业技术人员与决策部门、公众用户的有效沟通。因此，需要建立规范和标准，建设包括基础地理数据、应急公共数据、应急专业地理数据等在类的不同比例尺、不同坐标体系的综合应急地理数据库。
　　五、移动监控指挥技术
　　移动指挥是指迫于形势需要，指挥人员难以在固定的指挥场所实施指挥，必须在运动中或在指挥位置不断变换的情景下进行指挥。移动指挥迅速发展的基础是现代通信手段的高度发达。
　　移动指挥系统配置主要包括有/无线通信设备、移动调度终端、现场图像传输设备、现场实时摄像和录像设备、卫星通信设备、GSM通信设备、文字传真设备、辅助设备（天线、电源）等，是一套将监控、会议和指挥调度完美融合的系统，不仅要满足指挥调度中心的管理、监控、办公等功能，还要有与上级管理系统以及决策支持系统的接口，便于各类资料的传输与统计，可快速收集、掌握和处理重要信息，协调、处置突发性事件，使各部门的交流与协作更加流畅。
　　移动指挥系统主要具有以下功能：（1）现场应急通信功能，保证移动应急平台和指挥中心、现场各部门人员间的图像、数据、语音通信；（2）现场网络功能，保证移动应急平台可作为现场应急救援最高的指挥场所，进行指挥调度、超视距的现场信息采集、现场办公需求；（3）语音互联互通指挥调度功能，有效保障现场指挥人员对现场各部门人员的指挥调度和现场各部门人员的互相通信与协作；（4）视频会商功能，实现和指挥中心、各部门应急平台之间的视频会议；（5）环境信息监测监控功能，实现现场图像、地理信息、危险源侠恮以及环境参数等的采集监测等。
　　移动指挥系统一般与汽车、火车、飞机、船舶等多种交通工具配套使用，基于车载移动视频监控系统可与应急指挥中心构成一个灵活、多元、一体化的有机整体，在突发事件发生后快速开到现场，通过卫星通讯的方式把现场的信息传到指挥中心，可对反恐及刑事案件、消防安全、交通安全、安全生产、防汛指挥、抗震救灾、城市公用设施突发事件、人防指挥等，使应急处理和指挥更敏捷、更正确和合理。
　　六、通信技术
　　在应对突发公共事件的整个过程中，及时收集、传递、发布和共享信息，能够延缓危机，降低危机的损害。更重要的是，一旦出现灾难和危机，信息沟通和交换可以保证政府及时、正确决策，协调各方处理事件，尽快恢复正常的社会秩序。2003年“非典”期间，广东移动和联通的短信曾一度大塞车，短信流量比平时约递增30%以上；2001年9月11日纽约世贸大楼恐怖袭击发生后，纽约地区和华盛顿地区固定电话和移动电话都出现了严重阻塞，其中移动电话呼叫骤增了200%～600%。因此，应急通信具有时间的突发性、地点的不确定性、容量的不可预期性等特点，一旦公共通信网络出现故障，轻则会给一部分人造成工作和生活上的极大不便，重则会引起社会混乱，甚至会危及国家安危，造成严重后果，需要引起高度重视。
　　视频通信技术、宽带无线接入技术、光纤通信技术、移动通信技术、卫星通信技术等均各具特色和优势，可以有针对性地在应急中选择使用。如视频通信技术可以创造逼真的现场体验；宽带无线接入技术具有组网灵活、建设周期短、建设成本低、维护费用低等特点，同时又具有一定的移动性，尤其适合用于应急通信要求系统建设快、不受非正常情况影响等要求；光纤通信以频带宽、通信容量大、中继距离长、保密性强、抗干扰性好等优点著称，适合用于高速宽带通信网、本地网、接入网和有线电视网等的建设，尤其适合应急通信流量突然爆发的特点；移动通信不受时间、地点的限制，只要是在覆盖区内就可以自由通信，在应急通信中，可以利用移动通信的定位和处置业务，进行安全救援、位置跟踪以及交通导航等；卫星通信是真正的全球通信，具有覆盖面广、容量巨大、通信不受地理环境和气候条件的限制等诸多优点，机动灵活，接入方便，适用于多业务传输，可为全球用户提供大跨度、大范围、远距离漫游和机动灵活的移动通信服务等，实现无缝应急覆盖，具有不可替代的地位。
　　卫星通信在防灾减灾中具有不可替代作用，尤其是卫星通信与地面移动通信结合时，构成了天地一体的移动应急通信系统，可以提供覆盖从江河湖海到高山大川所有地点的应急通信服务。《国家综合减灾“十一五”规划》5在总结我国灾害应对所暴露的通信设施脆弱、应急手段匮乏、保障能力不足等问题的基础上，将“卫星减灾建设工程”确定为国家综合减灾八个重大任务之一，明确提出要“逐步建立由航天航空遥感监测、卫星通讯、卫星导航和地面应用与网络系统构成的国家卫星减灾体系，实现‘天-地-现场’一体化的空间技术减灾服务能力”。从近几年巨灾的实际发生情况来看，在大规模的自然灾害发生后，灾区公共通信网络往往遭受毁灭性破坏，隔断了灾害现场、应急救灾队伍和各级救灾指挥中心之间的实时、动态联系，导致灾区的灾害应急救助工作缺乏针对性和有效性；但完善的通信卫星保障系统在公共通信网络中断的情况下，能为指挥决策、应急联动、物资调配、信息交换等灾害救助工作提供基本通信保障，为灾害信息上报、预警信息发布、减灾知识宣传等综合减灾工作提供技术支持。
　　七、加快我国突发公共事件应急管理监测预警能力的思考
　　我国正处于社会经济发展的关键时期，也是各种矛盾的凸显期，自然灾害、事故灾难、公共卫生事件、社会安全事件等各种风险将交织并存。根据经济学的观点，人均国内生产总值在1000～3000 美元的区间，是突发公共事件的多发期；而且随着工业化、城市化进程的不断加快与突发公共事件管理体系的相对薄弱之间的矛盾越发突出，我国社会应急能力面临着严峻考验。我国突发公共事件应急体系还存在一些薄弱环节，特别是应急体系科技支撑力度不够，涉及公共安全的许多深层次问题远未解决，公共安全科技发展严重滞后于经济发展，与发达国家相比存在很大差距。因此，要立足国情，整合应急科技资源，重点围绕突发公共事件应急科技支撑体系存在的薄弱环节和共性问题，建设突发公共事件应急科技支撑体系，逐步实现公共安全从被动应付型向主动保障型、从传统经验型向现代高科技型的战略转变，全面提升政府保障公共安全、预防和处置突发公共事件的能力，促进经济社会全面协调可持续发展。
　　1.提高对突发公共事件应急管理技术水平
　　突发公共事件发生时，自然现象和人文活动相互交融，自然科学、工程科学和社会经济科学交叉渗透，这些特点决定了突发公共事件应急管理需要新的观念、理论和方法，需要新的应用科学与工程技术。因此，需要大力加强突发公共事件应急管理科技理论的基础研究，尤其应重点研究危害大、破坏性强、影响面广的重大自然灾害，认识其孕育、发生、发展、演变和时空分布特征及其变化规律，以及灾种之间、灾害与生态环境、灾害与社会经济发展之间的相互关系，不断提升我国突发公共事件应急管理科学技术支撑能力，积极应对突发公共事件频发的严峻局面。
　　2.开展突发公共事件应急管理的基础研究和应用
　　加强进行公共安全和应急管理基础研究和关键技术研发，大力支持突发公共事件应急管理领域的技术创新和产品研发。重点研究应急管理体系的复杂性科学问题、应急心理与行为的科学问题、突发公共事件的信息获取及分析的科学问题、多因素风险评估和多尺度预测预警的科学问题，以及复杂条件下应急决策的科学问题。加快解决面向事件和事件链的预防与应急准备、监测与预警、应急处置与救援、事后恢复与重建等技术，以及综合风险分析、信息获取、数据库、预测预警和应急预案、智能生成动态决策方案的集成技术。
　　3.加强对突发公共事件快速反应和应急处置的技术支撑
　　以信息、智能化技术应用为先导，发展应急管理多功能、一体化应急保障技术，形成科学预测、有效防控与高效应急的管理技术系统。综合运用遥感、地理信息、定位与网络通讯技术，研发相关关键防控技术和定量监测技术，及时捕捉各种异常现象的发生，严密跟踪其发生发展过程和变化趋势，提高早期发现与防范能力。围绕自然灾害、事故灾难、公共卫生和社会安全，研发相关预测预报技术、方法和手段，提高对重大灾害的预测预报水平。加强防灾减灾应用研究和技术开发，运用信息技术、生物技术、新材料、空间技术等，开发防灾减灾新装备和新产品。加强国家突发事件应急管理平台建设技术研究，构建国家应急管理早期监测、快速预警并具有决策敏感性、预案周密性和行动准确性的高效处置一体化应急指挥平台。
　　4.建立信息共享的突发公共事件应急管理科研和交流体制
　　我国的突发公共事件管理研究一般都属于相应的主管部门，造成信息交流和成果共享方面的重重困难，因而需要建立一套科学的科研和交流体制。要优化整合各类科技资源，把自然灾害防御体系纳入国家和各地区各部门发展规划。在应急管理研究中，制订高新技术在防灾减灾事业中的应用政策和技术规范，鼓励和确保高新技术在防灾减灾实践中的应用，实现科技成果的共享。要加大国家对应急管理的科技资金投入，加强应急管理学科建设与人才培养，加强先进适用技术的推广应用。
　　5.加强突发公共事件应急管理人才能力建设
　　当前，突发公共事件应急管理领域有大量理论问题和实际工作需要有专业机构的专业力量来进行研究，提供技术咨询，在现实中贯彻实施，以支撑政府部门的相关决策，保证其科学性。全国各级政府部门都已成立了应急管理办公室，以应对突发公共事件的发生。同时，要定期开展对政府分管领导、各类专业紧急救援队伍、非政府组织和志愿者组织的培训，将相关专业、系统的理论体系纳入培训内容，提高应急管理政策水平和应急处理能力。