泰国岩洞救援背后的GIS
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近日，一场正在泰国紧张实施的救援行动吸引了全世界的目光。在泰国政府及世界各国救援队的共同努力下，历经18天，泰国清莱府岩洞被困12名“野猪”少年足球队员及教练均被救出。
6月23日下午，清莱一所学校足球队的12名11-16岁少年结束训练后，在教练带领下进入森林公园洞穴群探险。不料突降暴雨，引发的洪水堵死了洞穴的每个入口，足球队员和他们的教练与外界完全失去了联系。消息传出后，泰国政府、部队、志愿者等迅速展开救援，国际救援队也先后赶到，提供专业支持。
搜索和救援任务以地图开始，并以地图作为操作指导并协调设备，物资和人员。在泰国岩洞救援中，救援人员依靠地图将地下世界与地面联系起来。
救援一开始，泰国矿产资源部（DMR）从Esri泰国和GIS公司引进了地理信息系统和制图专家，创建了各种地图以帮助找到男孩。
地质灾害行动中心（Geohazard Operation Center）的行动作战室成为地图创建和方案讨论的中心。
降低水位
当搜救开始时，因暴雨而暴涨的地下水位使得救援充满危险，水流的力量会冲掉潜水员面罩，冲击导向绳而导致潜水员无法保持在正确的路线上。虽然泰国皇家灌溉部门在岩洞内安排了大功率水泵，但洞内水位依然高居不下。
DMR工作人员和制图团队在GIS系统中添加了之前的岩洞测绘数据，制作出岩洞地面之上和地面之下的两部分完整的地图。
皇家灌溉部门提供了当地的地质情况数据，地质专家对数据进行分析，找到那些可以充当排水漏斗的天坑，制图人员创建3D地图以显示地面河流的流向及从地面河转入地下河的位置。志愿者按照地图对山体进行了徒步考察，观察流水的方向和水流量。专家们使用基于GIS的数据和分析来评估和模拟引水方案。
“我们必须使用数字高程模型，地质数据以及茂密的森林覆盖数据来计算洞穴，水流方向和流量，以确定洞穴内主要的水流来源，” Esri泰国和GIS公司高级航空航天测绘经理兼团队负责人Chanist Prasertburanakul说，“根据这些数据，我们发现了两股主要水源分别流入洞穴的北部和南部。”
由皇家灌溉部工程师，国家公园，野生动物和植物保护部的专家以及皇家陆军士兵组成的团队共同努力修建水坝以转移水流。他们从山洞北部的一个天坑建了长长的管道到附近稻田。尽管雨还一直下，但洞穴里的水位令人欣慰的开始下降了。
一幅显示山中水流的范围和方向的3D地图帮助确定了大坝和管道的位置
搜寻
救援团队在地质灾害行动中心（Geohazard Operation Center）设立了救援行动作战室。在这里他们建立了岩洞的数字双胞胎，对规划和实施救援提供指导。
虽然事件获得了全世界的关注，但是时间一天天过去，雨还在一直下，洞内的氧气有可能被耗尽。泰国国王陛下宣布此事为国家优先事项，来自泰国的1万多名志愿者和工作人员参加救援，其中包括2,000名士兵，150名泰国海军海豹突击队潜水员以及来自100多个政府机构的代表。岩洞潜水和后勤专家从世界各地飞来，其中有澳大利亚，比利时，加拿大，中国，捷克共和国，丹麦，芬兰，印度，以色列，日本，老挝，荷兰，俄罗斯，英国和美国的个人及团队。
随着众多专家和专业人员的聚集以及岩洞水位下降，潜水队准备出发去寻找失踪的男孩，首要工作是研究了地下洞穴地图，帮助他们在困难的通道中导航，并在脑海中标记那些复杂的扭曲的各种转弯和各种尺寸的通往岩洞的狭缝。下一步是在通往救援路线上布置导向绳和备用氧气罐。在迷宫般的通道和空间里，潜水员检查了岩洞网络的每一个死胡同，并标记在地图上。
与此同时，在地面，泰国皇家陆军用地形图和泰国皇家测绘部门提供的高分辨率航拍照片搜寻其他可供选择的洞穴入口。工程师们希望找到钻孔的地方，建立洞穴三维横截面图，从多个角度计算洞穴中心到地面的距离。
在搜寻工作的9天，好消息传来，英国洞穴救援委员会的救援潜水员里克斯坦顿说：“他们还活着，让我们感到兴奋和欣慰，这大大缓解了救援人员的压力，我们每个人的想法都是：当我们离开的时候，一定要想方设法把他们弄出来。”
洞穴地图的由来
DMR工作人员从Expedition Thai-Maros获得洞穴数据，这是一项由法国主导的调查，记录了1986年-1987年泰国-马罗斯区域洞穴的范围和横截面。当时，使用长金属卷尺进行洞穴测量。今天，激光测距仪简化测绘工作，但由于地下无法获得GPS信号，定位和地下测量仍然是一项艰巨的任务。
马丁埃利斯（Martin Ellis）博士的书《泰国洞穴第二卷：泰国北部》的详细信息被翻译出来，英国测绘人员在2014年和2015年测绘成果也被贡献出来提供参考点，距离，方位和高程变化详细信息。
总的来说，数据为制图团队提供了3D建模和3D可视化洞穴所需的内容。这些3D洞穴地图由英国洞穴测量团队，泰国海军海豹突击队和防灾减灾部门的工作人员分发和广泛使用。
“最初潜水员在搜寻中遇到了极大的困难，直到马丁埃利斯（Martin Ellis）博士提供了1987年法国人做的洞穴测绘细节图，”GIS高级技术顾问Songkorn Siangsuebchart说，“我们使用地理参考技术创建了洞穴通道的截面图，测量和关联每个通道的尺寸和每个通道交叉点的距离。有了这张地图，潜水员可以有效地计划和执行任务。“
规划救援
随着任务从搜索转移到救援，GIS团队在洞穴入口300米和1500米处安放了传感器，测量水深和氧气水平，每小时更新一次的数据被显示在地图上，提醒救援人员不断变化的地下条件。GIS团队还实时监测天气雷达信号，以预测和了解降雨量。
在孩子们被定位6天后，潜水员依然在看似不可能的条件下坚持着救援工作，从洞口到孩子们蜷缩的岩架大约需要9小时，但是12个足球队员几乎没有人会游泳或者潜水。一位勇敢的泰国海军海豹突击队潜水员还因氧气供应问题失去了生命。与此同时，陆军和志愿者继续在地面搜寻备用入口，工程师计划进行钻探应急。
7月9日，足球队的困境和救援已经成为重大的国际新闻。终于在尝试许多方法之后，潜水员首先引导四个男孩走出洞穴。
7月12日，整整18天，潜水员带领最后一组男孩和他们的教练成功脱险。
以下是一组带有时间轴的地图，显示着整个事件的过程。
泰国岩洞分布地图。2018年6月24日至27日：泰国政府和私人机构组建了搜救队。许多地图是通过社交媒体分发，但缺乏准确性。
2018年6月27日：Esri Thailand加入了搜救工作，搜救小组首先尝试将水泵带入洞穴，但水位没有显著降低。
2018年6月28日：GIS小组无法找到准确可靠的山区地形数据。因此，他们制作了一个数字高程模型，收集了航拍图像以及1986年法国人进行的泰国洞穴调查的测绘数据，根据这些数据制作出来各种地图，包括3D地图和洞穴横截面图。
2018年6月29日：暴雨导致洞内水位上升，潜水救援无法进行。GIS团队小组分析了排水天坑细节，水流方向和水量，以确定位置，进行分流。皇家灌溉部门进行岩洞周围的地质情况调查。地下细节出现在地图中。小组翻译了Martin Ellis博士的“泰国洞穴：第2卷：泰国北部”一书，2015年英国测量师对洞穴测绘的详细信息也被添加到地图中。
2018年6月30日至7月1日：救援队伍在洞的北部修建了一座石砌水坝，但水位并没有下降。Martin Ellis给团队提供了一个更详细的洞穴地图，其中包含了横断面。该团队对地图进行了地理配准（上图中显示了一个部分），以提供岩洞各部分之间的通道和距离的真实情况。这张图作为潜水队规划和实际搜索任务时使用。
2018年7月2日：在这一天，12个足球运动员和他们的教练被发现在叫做“圣山”的洞穴里。由于暴雨，水位继续上升。救援小组将水引到洞的南部。上图所示的专家们聚在一张地图上讨论转移策略。
2018年7月3日至4日：救援小组在洞的南部的上游修建更多石坝，改变了水的流向。每小时监测洞穴中的水位（如上文报告所示）表明水深减少。然而，氧气读数显示危险的低水平。
2018年7月5日至8日：3D分析通过模拟逃生井，为可能的救援提供了距离和角度的计算，以及正在进行的水位及降雨量监控
2018年7月9日：四名男孩获救。2018年7月10日：第二组四名男孩获救。2018年7月11日：最后四名男孩和他们的教练获救。
来源：Esri中国（版权归原作者及刊载媒体所有）
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编辑 /游志龙 审核 / 游志龙 韩磊
指导：万剑华教授(微信号wjh18266613129)