基于时空大数据的交通灾害评价预警及服务关键技术.docx
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基于时空大数据的交通灾害评价预警及服务关键技术
五、项目名称:
基于时空大数据的交通灾害评估预警及服务关键技术
（一）申报奖种:
科技进步奖
（二）推荐单位意见
本项目系统解决了交通自然灾害数据获取、管理问题,攻克了传统监测手段数据单一、可靠性低的技术难题,研发的国产PB级交通灾害时空大数据分布式管理系统，打破了国外技术垄断;创新性地运用空间信息技术对自然交通灾害进行分析、预测及评估，综合运用遥感、地面监测、勘察设计等时空数据，提出的交通自然灾害的临界阈值计算方法,实现交通自然灾害的快速识别；创新性地研发了兼有考虑复杂地形地貌、具有二阶精度和自适应求解域特征的交通自然灾害动力学高效计算模拟软件，提升了交通自然灾害评估的可靠性与精准性。
研制的具有自主知识产权的交通灾害时空数据监测预警平台,为建设全国、区域、重点路段三级灾害防治体系奠定了重要的技术基础,成果总体达到国际领先水平。
本项成果被1０多个国内外设计研究和运营管理单位引进，在浙江、云南、四川和新疆等省市多条公路中推广，特别是在云南普洱旅游环线公路、浙江上三高速公路等工程项目中的应用，开创了交通自然灾害监测评估预警服务的新局面，提高了交通运输行业对地质气象灾害的防御能力,为我国交通建设、社会和经济发展做出了重要贡献。
本项成果技术创新性突出，整体技术已正式应用三年以上，成果应用经济及社会效益显著,为推动交通运输行业科技进步做出了贡献．本项成果主要完成人、主要完成单位以及所提供的材料真实有效,符合申报国家科学技术进步奖的各项条件.
推荐该项目为国家科学技术进步奖一等奖。
（三）项目简介
我国是世界上遭受自然灾害最为严重的国家之一,降低重大自然灾害对社会经济健康发展的冲击和影响，是亟待解决的重大问题。
长距离、条形带状分布的交通运输通道作为承灾体，极易受到气象与地质灾害的严重威胁。
长期以来，快速获取大范围的与灾害密切相关数据、预判潜在灾害体、准确评估灾害体的危害范围及影响程度,一直是交通自然灾害预警与防治的难点。
本项目综合交通运输工程、测绘科学技术、土木建筑工程等多学科理论与方法,逐步攻克了交通灾害时空大数据采集管理与高效计算、分布式环境下交通自然灾害协同预判、时空大数据交通自然灾害风险评估与预警等关键技术难题,研制了相应的系统平台.取得的主要技术突破和创新如下：
（1）创立了融合高分遥感、低空无人机与地面传感网的交通灾害时空大数据采集与存储理论体系，构建了分布式云环境下交通灾害时空大数据高性能计算方法，研发了国产PB级交通灾害时空大数据分布式管理系统,从源头上打破了国外技术垄断,实现了交通灾害时空大数据计算分析性能的几何级数提升。
（2）运用多源时空大数据获取丰富的地质、地理等信息参数，建立了综合考虑地形地貌、地质环境条件以及诱发因素特性的快速预判模型,创新性地提出了交通自然灾害的临界阈值计算方法,研发了分布式环境下的协同预判系统，突破了传统基于统计分析、静态数据进行交通自然灾害预判的制约瓶颈。
（3）从灾害启动的物理机理出发,构建了时空大数据驱动的交通灾害预警模型;综合考虑动力演化过程中多种复杂因素影响,进行交通灾害运动过程的数值模拟,建立了交通灾害风险评估系统,实现了预警评估从静态到动态的转变,与传统的半经验半定性的方法相补充,有效提高了预警与评估的可靠性.
通过技术创新,系统地解决了交通灾害数据获取、管理问题，有效地支撑危险性评价、风险识别评估处置以及监测预警，研制了公路自然灾害时空数据监测预警系统平台。
累计获得国家授权专利5项、软件著作权20项，在国内外期刊发表论文4０余篇（其中SＣI论文１9篇）,是国内外首次系统地利用天空地大规模数据开展灾害信息识别预判、风险评估与预警等研究。
交通灾害时空大数据多源采集与分布式管理、分布式环境下交通自然灾害协同预判、时空大数据支持下的交通自然灾害数值仿真与风险评估研究成果总体达到国际领先水平.
成果应用于国家高分对地观测重大专项,支撑了国家自然灾害空间基础设施总体系统框架构建；应用于浙江、云南、新疆和四川等省市多条公路中,社会效益和经济效益显著.
研究成果在全国范围内的推广和应用，实现了交通灾害的主动预防、应急救援的快速开展,促进了区域交通路网的系统安全和整体运营效益提升，提高了气象、地质、地震灾害的防御能力，推动了国家级防灾减灾体系建设。
（四）客观评价:
（１）成果鉴定
由中国公路学会主持,交通运输部周伟教授担任鉴定委员会主任、来自中国公路学会陈国靖教授级高工、刘家镇教授级高工等７位同行专家组成的鉴定会对“基于时空大数据的交通灾害评估预警及服务关键技术”进行了成果鉴定,鉴定委员会一致认为:
该课题研究成果总体达到国际领先水平。
（2）查新报告
交通部科技信息研究所对本成果开展了国内外科技查新（报告编号:
20153４0）。
查新显示,本项目的研究内容：
１）提出了交通灾害时空大数据多态存储技术、研发出PB级别的时空数据分布式管理系统;２）研发了分布式环境下的交通自然灾害协同预判技术和系统;3）构建了交通自然灾害动力演化的数值仿真技术和计算系统；4）构建了具备PB级数据处理能力的防灾减灾综合平台;５）研究了基于耗能原理的公路边坡位移控制设计理论与柔性防护关键技术，研制了面向工程化应用的交通自然灾害工程防护技术系列产品，在所检国内外相关文献中,除委托单位公开文献外，在其他所检文献中未见述及.
（3）软件评测报告
国家第三方软件专业测评机构对本成果软件系统在文档、功能性、可靠性、易用性、效率等五方面进行了鉴定测试,包括数据存储管理子系统、数据计算监控子系统、影像数据处理工具集软件、矢量数据处理工具集软件、三维可视化平台等组成部分,具有元数据管理、数据统计分析、算法维护、影像数据处理、矢量数据编辑、空间数据质量检测、数据加载等功能．测试结果表明该软件达到了《软件产品鉴定测试规范》的要求．
（4）用户评价
云南省普洱市交通投资（集团）有限责任公司认为:
“通过分布式环境下的交通自然灾害协同预判系统在本项目的成功应用，解决了历史交通自然灾害数据共享难、检索效率低下等问题,优化了路线走廊带,提高了安全性能,减少了公路走廊带范围内自然灾害发生的概率,节约了运营期防灾减灾成本,提升了公路灾害防御能力，社会效益显著。
”
浙江沪杭甬高速公路股份有限公司认为:
“交通灾害时空数据分布式存算系统,融合多类型、多状态、多来源的交通灾害时空数据,解决了勘察设计过程中灾害数据获取难、信息更新滞后的问题;优化了高边坡防护方案，提高了道路环境安全性能，提升了公路灾害防御能力,社会效益显著。
”
中交宇科（北京）空间技术有限公司认为：
研发成果“解决了大量在勘察设计工作中出现的自然灾害点信息缺失、快速识别和定量风险评估等技术难题,取得了明显的社会和经济效益。
”
（五）主要完成单位及创新推广贡献:
主要完成单位
创新推广贡献
中国公路工程咨询集团有限公司
主要负责总体研究框架和技术路线的制定以及项目成果的推广应用工作,主持项目的全面研究工作；依托云南省普洱旅游环线等公路项目，组织国内优势研发团队,项目组攻克了国产ＰＢ级大规模交通灾害时空数据分布式管理、天空地多源数据融合的交通自然灾害预警等系列关键技术，研制了高效能交通自然灾害防灾减灾平台，并负责项目成果的集成应用及示范推广，提高了区域交通对气象、地质、地震灾害的防御能力,极大地促进了区域交通路网的系统安全和整体运营效益提升。
浙江大学
负责交通灾害时空大数据分布式存储系统和交通自然灾害防灾减灾综合平台的研发工作,为交通自然灾害的识别、评估及预警服务提供了技术支持．
中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所
负责交通自然灾害的临界阈值计算和快速预判，研发了分布式环境下的协同预判系统，协助构建面向多级服务的交通自然灾害防灾减灾综合平台。
成都理工大学
负责交通自然灾害预警研究,协助构建面向多级服务的交通自然灾害防灾减灾综合平台。
（六）推广应用情况
成果应用于国家高分对地观测重大专项,支撑了国家自然灾害空间基础设施总体系统框架构建；应用于重大工程建设,为贵阳高（云）－金（中）公路建设、新疆赛果高速公路危险性定期评价等提供了灾害危险性评价和预警技术;应用于云南普洱旅游环线、都（江堰）—汶（川）路红椿沟泥石流防治等工程，针对工程中的具体灾害进行优化处置。
成果被1０多个国内外设计研究和运营管理单位使用,在浙江、云南、新疆和四川等省市多条公路中推广应用，效果良好,经济效益达3.2亿元,社会效益和经济效益显著。
主要应用单位情况表
应用单位
应用技术
应用的起止时间
应用单位联系人/电话
应用情况
普洱市交通投资（集团）有限公司
交通自然灾害协同预判、风险评估及柔性防护技术等
2012年６月至2０1５年6月
杨聪/１３8086５61１1
解决了历史交通自然灾害数据共享难、检索效率低下等问题，产生的经济效益约2700万元.
浙江省杭甬高速公路股份有限公司
交通灾害立体监测技术
2０12年8月至今
曹德洪／1８66７922３９９
优化了高边坡防护方案，提高了道路环境安全性能，产生的经济效益约2840万元。
中交宇科（北京）空间技术有限公司
风险评估技术及高效能交通自然灾害防灾减灾平台等
2０12年2月至今
刘玲/1512０016７4１
解决了勘察设计过程中灾害数据获取难、信息更新滞后的问题，提高了勘察设计效率，社会效益显著,产生的经济效益约4７３0万元。
（七）曾获科技奖励情况
获奖项目名称
获奖时间
奖项名称
奖励
等级
主要获奖人
授奖单位
基于时空大数据的交通灾害评估预警及服务关键技术
2015
中国公路学会科学技术奖
一等奖
王国锋、杜震洪、何思明、李建成、张丰、罗渝、刘仁义、牛玉欣、张鹏、白璐、王东坡、李新坡、宋鹏飞、张瑶、欧阳朝军
中国公路学会
交通信息机器视觉感知与智能交互处理技术及工程应用
2014
中国公路学会科学技术奖
特等奖
王国锋、王耀南、李建成、凌志刚、宋焕生、张鹏、李东方、张振军、陈铁建、宋鹏飞、白璐、毛建旭、卢笑、赵科、王珏、张长隆、牛玉欣、张蕴灵、刘玲、周云鹏、张楚金、彭湃、崔海龙、王剑文
中国公路学会
时空大数据高效能计算平台构建关键技术及应用
20１4
测绘科技进步奖
一等奖
杜震洪、王国锋、刘仁义、张丰、李建成、骆剑承、戴韫卓、鄢贞、李荣亚、黄祥志、周经纬、张蕴灵、刘玲、白璐、侯志通
中国测绘地理信息学会
（八）主要知识产权证明目录
知识产权类别
知识产权具体名称
国家
（地区）
授权号
授权日期
权利人
发明人
发明专利有效状态
发明专利
一种基于ＸML的空间数据增量同步更新方法
中国
ＺL2０11１03１82５63
2０1３/06/12
浙江大学
杜震洪、刘仁义、张丰、常磊、侯志通
有效
发明专利
一种电子地图图例内容的交互式自动更新方法
中国
ZL20111０32８192.５
2０１3／12/25
浙江大学
杜震洪、张丰、刘仁义、陈俊杰、方璇
有效
发明专利
基于空间聚合的土地利用数据更新方法
中国
ZL２012１034795３.6
2０１5/05/06
浙江大学
张丰、杜震洪、刘仁义、杨宝尧
有效
发明专利
一种移民安置区选择模糊评价方法
中国
ＺL20111031８249.3
２01４/０4/16
浙江大学
张丰、刘仁义、杜震洪、林渊钟、高美娜
有效
实用新型专利
一种恒阻大变形锚杆/锚索
中国
ＺL２014204306７７4
20１４/12／31
山地所
李新坡、何思明、吴永、王东坡、罗渝、欧阳朝军
有效
计算机软件著作权
交通自然灾害监测预警系统软件V１。
0
中国
2015SR１１6０６４
2０1４/11/14
中国公路工程咨询集团有限公司、浙江大学、中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所
有效
计算机软件著作权
交通地质灾害分布式预判系统软件V1.０
中国
20１5SＲ1１65６３
2014/10／２４
中国公路工程咨询集团有限公司、浙江大学、中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所
有效
计算机软件著作权
泥石流灾害工程防治辅助计算软件V1。
0
中国
２015ＳＲ1１６６４4
2０14／6/10
中国公路工程咨询集团有限公司、浙江大学、中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所
有效
计算机软件著作权
滑坡工程治理设计计算软件V１.0
中国
2０15SR116１7９
2014/7/5
中国公路工程咨询集团有限公司、浙江大学、中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所
有效
（九）主要完成人情况表
姓名
排名
技术职称
工作单位
完成单位
对本项目技术创造性贡献
获得国家科技奖励情况
王国锋
1
正高级
中国公路工程咨询集团有限公司
中国公路工程咨询集团有限公司
项目总负责人,负责制定项目总体研究框架与技术路线,推进研究成果应用,本项目研究工作占本人总工作量70%以上,对创新点１、2、3做出创造性贡献。
2０12年国家科技进步奖二等奖、２0１４年国家科技进步奖二等奖
杜震洪
2
副高级
浙江大学
浙江大学
项目负责人,负责交通灾害时空数据存算等方面的研究，协助制定项目总体研究框架与技术路线，推进研究成果应用,本项目研究工作占本人总工作量7０%以上,对创新点１、2做出创造性贡献。
２01２年国家科技进步奖二等奖
何思明
3
正高级
中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所
中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所
项目负责人，负责交通灾害动力演化等方面的研究,协助制定项目总体研究框架与技术路线,推进研究成果应用，工作量7０%以上，对创新点2、3做出创造性贡献。
无
李建成
4
正高级
中国公路工程咨询集团有限公司
中国公路工程咨询集团有限公司
项目负责人，负责研究成果的工程应用，本项目研究工作占本人总工作量60%以上,对创新点２、3做出创造性贡献.
无
罗渝
5
中级
中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所
中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所
项目骨干，负责交通灾害预判技术研发，本项目研究工作占本人总工作量50%以上,对创新点２做出创造性贡献。
无
宋鹏飞
6
中级
中国公路工程咨询集团有限公司
中国公路工程咨询集团有限公司
项目骨干,负责多源数据融合,本项目研究工作占本人总工作量40%以上,对创新点1、２做出创造性贡献。
无
欧阳朝军
７
副高级
中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所
中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所
项目骨干，负责交通灾害风险评估技术研发，本项目研究工作占本人总工作量3０％以上，对创新点3做出创造性贡献.
无
刘仁义
８
正高级
浙江大学
浙江大学
项目骨干,负责交通灾害时空大数据多态存储与并行处理等技术研发,本项目研究工作占本人总工作量５0%以上,对创新点1、２做出创造性贡献。
20１3年国家科技进步
二等奖
李荣亚
９
中级
浙江大学
浙江大学
项目骨干，负责交通灾害时空大数据多态存储技术研发，本项目研究工作占本人总工作量50％以上，对创新点1做出创造性贡献。
无
王东坡
１0
中级
成都理工大学
成都理工大学
项目骨干，负责交通灾害预警技术研发,本项目研究工作占本人总工作量50%以上,对创新点3做出创造性贡献。
无
牛玉欣
11
副高级
中国公路工程咨询集团有限公司
中国公路工程咨询集团有限公司
项目骨干，负责交通灾害协同识别技术研发,本项目研究工作占本人总工作量5０%以上,对创新点2做出创造性贡献。
无
李新坡
12
副高级
中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所
中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所
项目骨干,负责交通灾害运动过程的数值模拟研发,本项目研究工作占本人总工作量40%以上,对创新点３做出创造性贡献。
无
张鹏
１３
中级
中国公路工程咨询集团有限公司
中国公路工程咨询集团有限公司
项目骨干,负责交通灾害因子信息提取技术研发,本项目研究工作占本人总工作量５0%以上,对创新点２做出创造性贡献。
无
白璐
14
中级
中国公路工程咨询集团有限公司
中国公路工程咨询集团有限公司
项目骨干,参与研究成果工程应用工作，本项目研究工作占本人总工作量４0%以上,对创新点3做出创造性贡献。
无
张瑶
15
副高级
中国公路工程咨询集团有限公司
中国公路工程咨询集团有限公司
项目骨干,负责交通灾害时空数据管理系统研发,本项目研究工作占本人总工作量30％以上,对创新点3做出创造性贡献.
无
（十）完成人合作关系说明
完成人合作关系情况汇总表
序号
合作方式
合作者／
项目排名
合作时间
证明材料
备注
１
共同立项
王国锋／1
２009年
立项合同
2
共同立项
杜震洪/2
２009年
立项合同
3
共同立项
何思明/３
20０9年
立项合同
4
产业合作
王东坡/１0
20１3年
合作协议
升级会员 