災害遙感

1.1 災害形式

隨着經濟的高速發展、生產規模的擴大以及資源的過度開發，自然災害損失呈逐年上升趨勢 ，其特徵表現之一為發生頻率越來越高。比如我國1991年經歷了華東地區的特大洪水；1992 ~1995年華北地區的農作物病蟲害；1996年雲南麗江的地震；1998年夏我國的特大洪 災；1999年長江中下游、太湖流域的特大洪水等重大災害。其二為損失越來越嚴重。我國自 20世紀9 0年代以來，年受災人口越來越多，造成的經濟損失更是不斷增長。

1.2 防災減災工作現狀

災害預報工作是尚未攻克的世界性技術難題，例如地震和洪水等重大災害的預報至今未得到 根本解決。因此，在災害發生後，快速獲取災情，包括災害發生的範圍、等級、受災對象， 特別是生命線工程破壞情況等，正確、有效、高速地進行救災決策，是最經濟而又最有效減 輕災害損失的手段。對於災後重建工作，更需客觀地、全面地評估受災前和受災期間的地面 情況，為重建工作提供經驗教訓，為快速高效重建提供科學依據。獲取較為可 靠的災害損失評估信息主要依靠傳統地面調查和歷史資料，所費時間對急需獲得救助的災區 來説實在太長，且因歷史數據更新滯後，導致精度較低，因此發展其他更有效的災害損失評 估途徑成為必然。

1.3 需求分析

災害形式要求有效的防災減災工作必須做到：

(1) 災害預測。對潛在災害，包括髮生時間、範圍、規模等進行預測，為有效防災做準備；

(2) 災害監測。遙感集市平台上的信息產品的引入可有使災害災情監測更及時、準確，其平台即可查詢到高分一號、高分二號、資源三號等國產高分辨率遙感影像，隨時監測各種災害，特別是洪水、乾旱、地震等重大災害發生情況；

(3) 緊急救災。當重大災害發生時，快速準確提供災情信息，是緊急救援所必須掌握的資料 ；

(4) 災後重建。準確的災情評估是災後重建最主要的依據之一。

順利完成上述工作的基礎是快速掌握準確、全面、客觀、直觀的災情信息，而衞星遙感恰恰 能做到這一點。

1.4 可行性分析

在軌運行的可用於減災防災的民用衞星主要有：法國的斯波特-1、2、4(SPOT-1、2、4 )；美國的陸地衞星-5、7(LANDSAT-5、7)；"諾阿"(NOAA)；"土地"衞星(TERRA)上的中 等分辨率成像光譜儀(MODIS)；高分辨率衞星艾科諾斯-2(IKONOS-2 )和快鳥-2(QUICKBIRD-2)；加拿大的雷達衞星-1(RADARSAT-1)；歐洲遙感衞星- 2(ERS-2)；印度遙感衞星-1C、1D(IRS-1C、1 D)；以色列的EROS-A1以及我國的氣象衞星和中巴地球資源衞星-1(CBERS-1)等。在 未來的5年， 還將發射SPOT-5、環境衞星-1

(ENVISAT-1)、IKONOS-3、軌道觀測衞星-3(ORBVIEW-3)、RADAR SAT-2、EROS星座的後續星以及我國的CBERS-2~4、海洋-1(HY-1)、風雲-3(FY -3)和中國 環境與災害監測預報小衞星星座等幾十顆。上述衞星包含光學和合成孔徑雷達等多種遙感器 ，後者可全天候觀測；分辨率包含中高低多種，幾何分辨率最高可達0.5m，即能大範圍監測 ，也可對重點地區開窗放大。因此5年的衞星遙感技術可達到基本滿足防災減災 對災情信息的要求。

災害的種類多樣，在此將重點介紹衞星在洪澇、地震、火災、滑坡和泥石流以及沙塵暴等重 大災害的遙感應用。

2.1 用於洪澇災害

(1) 早在1983年我國水利部就利用多頻段掃描儀系統(MSS)數據監測了三江平原撓力河的洪 水。之後，水利部、中科院、氣象局和民政部等有關單位進行了大量類似的研究工作，並在 實踐中取得一定成效。例如，"九五"期間，中科院等單位完成了洪澇災情遙感速報系統， 它有兩種運行模式：第一種為災區的宏觀監測評估。其主要是利用NOAA氣象衞星的數據， 每天兩次對全國洪 澇災害易發區內的災情分佈狀況、淹沒範圍、持續時間以及影響程度等進行宏觀監測評估， 並給出災情圖像、簡報以及淹沒損失數量的統計報表等。第二種為災區的重點監測評估。它 是用雷達衞星和機載合成孔徑雷達(SAR)圖像數據、專題製圖儀(TM)數據、SPOT數據和其他 來源 的高分辨率數據，結合地理信息系統(GIS)技術 對災情嚴重地區，進行多層次的監測和詳細評估，並給出相應的災情圖像、詳細評估報告和 以縣為單位的災情損失的分區分類數據表格，同時提出災後重建家園的決策建議。在我國19 98年特大洪澇災害中，該系統先後採用了NOAA數據近80個時相，RADARSAT數據18景，並開 展了汛中SAR圖像數據與汛前TM數據融合處理快速反應洪澇動態、農作物損失評估、防洪工 程有效性分析 、險工險段調查分析、城市洪災監測、工業區生命線工程易損性評估、長江洪水蓄洪分洪必 要性分析、防災減災決策建議和災後重建家園功能分區規劃等工作。

(2) IRS-1C、1D的幾何分辨率較高，有助於洪澇災害的詳細評估，而印度又 是世界上洪災最嚴重 的國家之一，為此印度空間研究組織建立了災害管理系統(DMS)。DMS最主要的工作即提供洪 災損失評估信息，為防災救災服務。IRS-1C、1D在這方面發揮了大的作用：遙感集市上的影響數據可提供詳細的有關道路（包括土路、柏油路 、機動車道和鐵路等）、溝渠和大堤等基礎設施信息，包括受損信息；LISS數據可提供土地 分類信息；廣角數據(WIFS)可提供洪水淹沒信息等。該系統在1998年印度洪災的救 災、抗災以及災後評估中發 揮了重大作用。

(3) 美國是應用較早的國家，在1993年美國密西西比河的大洪災期間，地球衞星（Earth Sa tellite）公司為聯邦救災署（Fediral Relief Agencies）快速提供了洪水淹沒圖，為救 災的快速反應提供了重要受災信息，並於災後幾個月內，公司利用TM、ERS-1和SPOT數據建 立了洪災分佈圖庫。

實踐證明，衞星遙感在減輕洪澇災害損失方面是可以發揮重大作用的，特別是在緊急救災和 災後重建方面，衞星提供的災情信息比其他常規手段有着更快速、客觀、全面等優越性。

2.2 地震

地震孕育和發生的規律十分複雜，應用衞星遙感開展這一領域的工作還不成熟，既通曉地震 知識又紮實掌握遙感理論與圖像處理技術的人才稀缺，嚴重限制了衞星遙感技術在地震預測 預報中的有效應用。此外，我國獲取高分辨率且能夠短週期重複觀測的遙感衞星數據 還相當困難，難以滿足需詳細地面資料支持的地震緊急救援工作的要求。因此，衞星遙感技 術至今在防震、抗震和震後救災減災工作中，尚未得到非常有效的應用。

正如謝禮立院士指出：隨着衞星遙感技術的發展，這一技術可以在以下幾個方面發揮作用。

(1) 活動斷層及地震破裂帶調查。

(2) 房屋破壞調查。

(3) 生命線工程破壞調查。

(4) 干涉雷達(INSAR)技術應用於地殼形變監測，國外專家已成功地應用於美國Lander s地震的形變處理、火山的形變監測和滑坡的形變監測等領域。

在國際上由於某些發達國家遙感數據源相對豐富，所以應用效果較好。如2000年10月份， 歐空局 （ESA）、加拿大空間局（CSA）和法國空間局（CNES）簽訂協議，決定聯合對發生重大災害 的國家提供幫助，包括動用3個部門所管轄的遙感衞星（包括ERS、SPOT、RADARSAT以及將 發射的ENVISAT）、遠程醫療、導航設施、地面設施和存檔數據以及已發射的"阿蒂米斯"( ARTEMIS)和將發射的"宏聲"(STENTOR)通信衞星。在協議簽訂後的3個月，在薩爾瓦多 發生了7.6級地震。CNES馬上利用SPOT等衞星數據繪製了地震災情圖，從圖 上可明確受災範圍、生命線損害情況以及受災區的各種地物類型，為救災工作提供了及時的 幫助。

2.3 滑坡和泥石流

2001年我國因滑坡和泥石流造成的人員和財產傷亡巨大，因此滑坡和泥石流的預測與治理顯 得尤為迫切。我國在這方面已取得較好的研究成果。如河北省遙感中心於1999年曾利用TM數 據 在 太行山南段預測出110餘條近幾年易發生泥石流的溝谷，據有關部門提供的資料和媒體的 報道，泥石流災害嚴重區與遙感預測的區域完全一致。又如中科院有關單位先後利用了LANDSAT、SPOT、CBERS、IKONOS等衞星的數據，對2000年的西藏易貢滑坡進行了動態監測，用圖像清楚顯示了受災範圍、受災對象以及災後受損情況，為救災提供了一定的依據。

國際上這方面的工作也較深入，如1993年厄瓜多爾的大滑坡，有關專家在災後評估和區域重 建中利用LANDSAT衞星數據進行了以下工作：

(1) 分析滑坡的範圍和可能產生的影響。

(2) 監測洪水過後的狀況和影響。

(3) 確認交通等生命線破壞情況和確定救災路線。

(4) 評估滑坡上下游長期的經濟和環境影響。

2.4 森林火災

在1987年大興安嶺特大火災發生時，中科院中國遙感衞星地面站通過研究首次發現：TM第7 波段對火焰反應十分敏鋭，採用TM第7、4、3波段合成的影像圖具有豐富的林火信息，從而 彌補了NOAA衞星低空 間分辨率的不足，可以成功地指導人們實施防火救災，並用實踐證明，利用TM數據對數年後 過火區的恢復情況進行監測非常有效。

在美國、新加坡、法國和德國等國家通過實踐證明，利用RADARSAT、ERS等衞星雷達數據可 有效圈定火災易發區；用NOAA、LANDSAT、SPOT衞星以及有關高分辨率數據，結合GIS和GPS 技術，可建成火災監測、救災的運行性系統，提供火災實況信息，這樣既能清楚顯示火災範 圍及受災區環境的遙感圖像，又為制定救災計劃提供了最及時的空間信息。

2.5 其他

衞星遙感技術可用於多種災害的監測，還可應用於以下方面：

(1) 人為災害。如美國"九一一"恐怖事件發生後第2天和第5天，IKONOS衞星（1 m分辨率 ）均獲取了該地區的衞星數據，並與事件發生前的衞星圖片比較，為災情進行及時、客 觀的評估提供了重要依據。

(2) 火山的監測。如法國已建立了一套有效的基於衞星數據的火山監測方法。?

(3) 沙塵暴的防治。我國荒漠化監測中心等單位開展了有關沙塵暴遙感監測技術與災害影 響評估模型等研究，結果表明，通過以氣象衞星雲圖數據的處理分析為主要技術手段，有可 能做到監測沙塵暴的形成、預警及其發展和評估它的危害程度。我國已建立了"沙塵暴 的衞星遙感監測與災情評估系統"，並取得一定成效。?

(4) 森林松毛蟲災監測。森林蟲災是林業生產的重大災害之一，有不冒煙的森林火災之稱。 在20世紀80年代，我國南北方松毛蟲災嚴重，中科院遙感衞星地面站利用TM圖像成功監測了 安徽孤山林場蟲災，經有關部門鑑定，完全達到生產管理要求。

(5) 土地荒漠化。1995年組建的荒漠化監測中心的主要任務就是採用衞星遙感技術，在GIS 、GPS和現在通信手段的支持下，對土地荒漠化進行定期預報和趨勢預測， 提出荒漠化防治的各種對策。

(6) 國內外許多案例表明，對於颱風、龍捲風、森林退化、霜凍、土壤侵蝕、海洋漏油污染 等災害，遙感監測均已取得較滿意的結果。

(1) 實踐表明，衞星遙感在技術上是能很好地為減輕災害損失，包括人員傷亡和財產損失方 面發揮作用的。但由於數據獲取的難易程度在各國不一，造成在有些地區發生重大災害時， 無法利用這一先進技術救災，造成巨大傷亡。因此，各國應加強國際合作，使衞星資源 在某些重大災害來臨時，能通過商業或非商業（比如援助）途徑共享數據，同時各國應加強 地面接收和處理設施的建設，以便快速接收處理和提取災情信息，及時為救災服務。

(2) 我國對洪澇災害和森林火災的研究比較成熟，有成熟的技術路線並多次經過實踐的檢驗 。但在具體應用方面發達國家比我國深入，比如在應急救災中，國外會用到多種數據源：對 地觀測衞星和氣象衞星數據；高分辨率和中、低分辨率數據；光學和雷達衞星數據；航空和 航天數據等，還會用到定位系統和通信衞星等高科技設備，它們具有反應速度快，效率高， 更符合應急救災的特點。

(3) 我國因沙塵暴和荒漠化比較嚴重，所以研究相對比較深入。

(4) 衞星遙感現主要應用還集中在災後評估和應急反應，災害預測應用較少，而且因高分辨 率數據獲取困難，提供的空間信息因比例尺不夠大，故僅能為宏觀救災和災情評估提供參 考。

(5) 氣象衞星數據因獲取方便和價格便宜，且時間分辨率高，所以得到廣泛和深入的應用。

(6) 由於數據提供部門和業務使用部門聯繫不夠緊密，限制了空間技術發揮應有作用的能力 。

(7) 隨着衞星數量的增多，幾何和光譜分辨率的提高，以及GPS和通信衞星的發展，各國利 用空間技術防災減災，尤其是災中的應急反應和災後重建方面的熱情越來越高。

日前從山西省測繪地理信息局獲悉,山西省突發地質災害遙感監測指揮系統項目日前通過專家驗收。今後,無人機低空遙感、衞星通信、地理信息服務等技術將被用於地質災害的預防治理工作中。

山西省山區、丘陵較多,地質環境脆弱,地質災害易發區面積大。據氣象部門預測,本世紀前期氣候變化趨於活躍期,極端氣候事件增多,強降雨過程引發的滑坡、崩塌、泥石流、地裂縫災害將加劇。在這種自然條件下,地質災害將呈長期高發態勢。此外,人為工程活動引發的地質災害也呈不斷上升趨勢。為提高快速災情評估和應急能力,省測繪地理信息局決定利用無人機低空遙感、衞星通信、地理信息服務等技術,建立“突發地質災害遙感監測指揮系統”,為地質災害預防治理及災害應急監測提供快速、高效、精準的測繪保障服務。該項目首次將無人機遙感技術應用於全省的地質災害監測中,並完成了36個測區約2500平方公里的重點地質災害點1:2000比例尺遙感影像本底數據庫建設。具備了3小時內完成對突發地質災害點進行無人機航攝影像獲取、處理及成果輸出的能力,災情調查、損失評估更加快速,所提供的災情數據也更加客觀準確。