淺談遙感技術(shù)在地震災(zāi)害中的應(yīng)用

王　昊

[摘要]簡要介紹遙感科學(xué)應(yīng)用于救災(zāi)工作中的優(yōu)勢技術(shù)，并以汶川地震為例，探討遙感技術(shù)在震害調(diào)查研究及抗震救災(zāi)中的實際應(yīng)用，指出在破壞性地震發(fā)生后，遙感技術(shù)可以為地震應(yīng)急指揮和救援決策提供重要依據(jù)。

[關(guān)鍵詞]遙感技術(shù) 地震 災(zāi)害評估

中圖分類號：TP7文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1671－7597（2009）0520095－01

一、引言

我國的東西部地區(qū)分別由于受到太平洋板塊與印度洋板塊及歐亞板塊運動的影響，一直以來地震災(zāi)害嚴重，強震現(xiàn)象頻繁。據(jù)統(tǒng)計：我國地震死亡人數(shù)約占全球地震死亡人數(shù)的一半。5.12汶川地震是我國繼唐山地震之后又一次發(fā)生在人口稠密地區(qū)的地震巨災(zāi)。地震本身不僅造成巨大的生命財產(chǎn)損失，同時引發(fā)的次生災(zāi)害如泥石流、滑坡、山體崩塌、大規(guī)模的斷層錯動等，造成交通、通訊、電力等設(shè)施嚴重損壞。

面對如此巨大的災(zāi)害，如何在短時間內(nèi)實施有效的救援工作，減少生命財產(chǎn)的損失就顯得尤為重要。同時，地震救援工作必須堅持先謀后動、科學(xué)規(guī)劃、有序推進、高效迅速的原則，因此，地震發(fā)生后快速準(zhǔn)確地獲取震害信息，實時提供災(zāi)區(qū)地形數(shù)據(jù)，對開展高效有序的救援工作具有重大作用。利用遙感技術(shù)能夠建立科學(xué)的地震災(zāi)害監(jiān)測、評估系統(tǒng)，為地震應(yīng)急指揮和救援決策提供重要數(shù)據(jù)支持，為救援工作的順利進行提供了有力的保障。

二、遙感技術(shù)介紹

遙感技術(shù)能夠快速有效獲取地面信息，具有測量速度快、分辨率高、覆蓋范圍廣、不受環(huán)境、交通等狀況制約的優(yōu)點。目前，遙感技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于地震救災(zāi)的各個環(huán)節(jié)。早在2003年新疆巴楚-伽師地震發(fā)生后，我國就首次利用航空遙感影像成功地實現(xiàn)了地震應(yīng)急階段獲取震害遙感影像并對地震災(zāi)害進行評估。

隨著科技的發(fā)展，遙感科學(xué)取得了長足的進步，其各種先進技術(shù)不斷研發(fā)應(yīng)用成功，為災(zāi)害救援工作的各種應(yīng)急需求提供了必要的技術(shù)支持，主要表現(xiàn)為以下幾個方面：

高分辨率衛(wèi)星的發(fā)射，提高了遙感影像數(shù)據(jù)的精度。衛(wèi)星遙感是現(xiàn)代化、高性能、不受地域限制的空間信息獲取手段，近幾年遙感影像分辨率得到了不斷提高，如：美國DigitalGlobe公司2007年發(fā)射的新一代商業(yè)遙感衛(wèi)星WorldView分辨率達到0.41m，意大利研發(fā)的COSMO-SkyMed高分辨率雷達衛(wèi)星數(shù)據(jù)最高分辨率為1m。分辨率的提高，不僅有利于提高影像判讀的精度，而且提供了更為豐富的細節(jié)信息，有利于獲取地面具體狀況。此外，將高分辨率的衛(wèi)星影像與數(shù)字高程模型相疊加，可以建立三維數(shù)據(jù)地形圖，為各種決策提供豐富的參考信息。

星載合成孔徑雷達干涉技術(shù)的發(fā)展，為地表形變測量和地震研究提供有力工具。星載合成孔徑雷達干涉測量技術(shù)是20世紀(jì)90年代發(fā)展起來的一項空間對地觀測技術(shù)，主要應(yīng)用于地形測繪及地表形變的監(jiān)測。通常，同一地區(qū)在較短時間間隔內(nèi)獲取的雷達影像應(yīng)該具有較高的相干性，但是地震等巨大災(zāi)害引起地物形態(tài)發(fā)生劇烈變化，造成較短時間內(nèi)相同地區(qū)的雷達影像相干性大大降低，通過對相干圖的對比，可以檢測出地震造成房屋大面積破壞的區(qū)域的大致位置和分布情況。此外，地震期間，往往天氣狀況惡劣，常規(guī)的遙感手段難以成功獲取地面信息。雷達微波具有較強的穿透能力，能夠不受天氣情況的影響，有效地穿透掩蓋物，全天候、全天時獲取地面數(shù)據(jù)，為災(zāi)區(qū)提供服務(wù)。

衛(wèi)星定位技術(shù)的發(fā)展，能為地球表面絕大部分地區(qū)提供準(zhǔn)確定位、測速以及高精度的時間標(biāo)準(zhǔn)。美國國防部研制和維護的全球定位系統(tǒng)（GPS），可滿足位于全球任何地方或近地空間用戶連續(xù)精確的確定三維位置、三維運動和時間的需要。該系統(tǒng)包括24顆衛(wèi)星以及地面上的1個主控站、3個數(shù)據(jù)注入站、5個監(jiān)測站和作為用戶端的GPS接收機。最少只需其中4顆衛(wèi)星，就能迅速確定用戶端在地球上所處的位置及海拔高度。我國自行研發(fā)的區(qū)域性有源三維衛(wèi)星定位與通信系統(tǒng)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，可向用戶提供全天候、二十四小時的即時定位服務(wù)，定位精度可達數(shù)十納秒的同步精度，其精度與GPS相當(dāng)。大地震帶來的地面塌陷、山體崩塌、滑坡以及泥石流等造成地面狀況發(fā)生巨大改變，僅依靠人力難以實現(xiàn)準(zhǔn)確的定位，衛(wèi)星定位系統(tǒng)能夠提供高精度的位置信息，引導(dǎo)救援工作的順利進行。

遙感影像特征提取方法的改進提高了地物變化監(jiān)測的精度。遙感影像數(shù)據(jù)主要提供三方面信息：光譜信息、空間信息、和時間信息。針對這三方面信息，可對遙感影像進行光譜特征、空間特征、紋理特征信息提取。光譜特征的提取包括地物反射光譜特征、輻射光譜特征。由于遙感影像上不同像元的亮度值隨地物的成分、紋理、狀態(tài)、表面特征及所使用電磁波波段的不同而變化，所以不同的地物具有不同的光譜值。空間特征的提取是指對目標(biāo)地物的形狀、大小、或者邊緣等幾何特征的提取。遙感影像分辨率的提高可以使影像清晰地反映豐富的地物結(jié)構(gòu)信息，提高影像判讀的精度。

此外，利用遙感地面高程數(shù)據(jù)結(jié)合地形圖，生成三維電子地圖，可以顯示災(zāi)害分布和危險程度、災(zāi)情動態(tài)演變以及地形的破碎程度，為救災(zāi)措施規(guī)劃提供了有力的技術(shù)參考，減少盲目性。

因此，遙感技術(shù)在災(zāi)害中的具體應(yīng)用有以下幾個方面：

為救援提供實時數(shù)據(jù)支持，明確并減少工作量，降低救災(zāi)工作的風(fēng)險。

實時監(jiān)測災(zāi)害發(fā)展趨勢，為應(yīng)急措施的制定提供依據(jù)。

根據(jù)災(zāi)害發(fā)生前后地形圖的比對，提供準(zhǔn)確的災(zāi)害評估數(shù)據(jù)，為災(zāi)后評估及重建工作提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

三、遙感技術(shù)在地震中的具體應(yīng)用

汶川地震發(fā)生后，震區(qū)通信中斷、道路阻塞，受災(zāi)情況無法被外界所知。在這種情況下，國家測繪局安排3顆高分辨率、雷達遙感衛(wèi)星獲取災(zāi)區(qū)衛(wèi)星影像，同時調(diào)集飛機赴災(zāi)區(qū)進行航空攝影。國家國防科技工業(yè)局也積極協(xié)調(diào)中外衛(wèi)星資源，安排中國衛(wèi)星密集地對災(zāi)區(qū)進行成像，加強災(zāi)情監(jiān)測與評估。國家遙感中心動用北京1號小衛(wèi)星進行實拍并提供相關(guān)影像，掌握災(zāi)區(qū)最新動態(tài)信息；同時，安排組織相關(guān)專家，研究分析災(zāi)區(qū)遙感影像，提供遙感信息和技術(shù)服務(wù)。據(jù)統(tǒng)計：我國共有15顆衛(wèi)星為抗震救災(zāi)提供遠程信息服務(wù)，包括“北斗”導(dǎo)航衛(wèi)星、“資源”系列對地觀測衛(wèi)星，“遙感”系列衛(wèi)星、“風(fēng)云”系列氣象衛(wèi)星、“北京一號”小衛(wèi)星等，為抗震救災(zāi)決策提供了重要依據(jù)和技術(shù)支持。國外也紛紛提供衛(wèi)星影像，支援救災(zāi)。大量衛(wèi)星遙感、有人駕駛航空遙感、無人駕駛小飛機遙感等獲取災(zāi)區(qū)影像數(shù)據(jù)結(jié)合地面救援和現(xiàn)場調(diào)查獲取的信息，為災(zāi)害救助、災(zāi)情核定、恢復(fù)重建提供精確的數(shù)據(jù)信息。

四、災(zāi)區(qū)正射影像圖的制作

地震發(fā)生后，救災(zāi)工作的順利展開，必須要首先了解受災(zāi)具體位置與面積，以及相應(yīng)的受災(zāi)情況。同時，由于余震的頻頻發(fā)生，不僅災(zāi)情時時變化，且泥石流、滑坡等災(zāi)害也給救援工作增加了危險、困難。為了在短時間內(nèi)進入受災(zāi)區(qū)域，同時保證救助人員的安全，一張實時性的指導(dǎo)性地圖就顯得尤為重要。遙感專家首先利用機載激光雷達Lidar，乘小飛機在災(zāi)區(qū)部分地區(qū)進行了超低空局部航空攝影，獲取雷達影像數(shù)據(jù)。然后，相關(guān)測繪遙感專家利用具有自主知識產(chǎn)權(quán)的最新技術(shù)成果數(shù)字攝影測量網(wǎng)格PC版（DPGrid.PC）進行數(shù)字正射影像圖快速制作，拼接出四川汶川地震后部分震區(qū)航空數(shù)碼影像。DPGrid.PC每天大約能處理300－500張DMC（國際災(zāi)害監(jiān)測星座）影像的數(shù)字正射影像圖（地面分辨率1.0m）制作。該影像圖可以直觀地顯示災(zāi)害現(xiàn)場的情況，為抗震救災(zāi)的部署起到至關(guān)重要的作用。

五、導(dǎo)航系統(tǒng)的應(yīng)用

在災(zāi)害發(fā)生后，由于所有通信設(shè)施均被損壞，前后方救援工作的有效溝通產(chǎn)生了障礙。在這種緊急狀態(tài)下，我國自主研制的北斗導(dǎo)航定位系統(tǒng)發(fā)揮了重要的作用。這款導(dǎo)航系統(tǒng)服務(wù)區(qū)域為中國及周圍國家和地區(qū)，它可以在服務(wù)區(qū)域內(nèi)任何時間、任何地點，為用戶提供快速實時定位、雙向短報文通信、精密授時三大功能，在災(zāi)害發(fā)生后非常適用于災(zāi)害預(yù)報、減災(zāi)救助應(yīng)急指揮等方面。在汶川地震中，國家為首先進入災(zāi)區(qū)救援的先遣部隊成員配置了北斗定位終端設(shè)備，救援人員可以隨時向基地報告自己的地理位置，同時可以進行雙向通信，比如，救援部隊在開進途中，有新發(fā)現(xiàn)的被圍困群眾，可以通知指揮中心增派人員。需要直升飛機運送傷員時，也可以將空地位置，周邊天氣情況向上報告，方便飛機降落。正是有了北斗導(dǎo)航定位系統(tǒng)的支持，保證了救援工作快速、有效的推進。

失事飛機的尋找。汶川地震救援工作中，成都軍區(qū)抗震救災(zāi)部隊一架米-171運輸機直升飛機在汶川縣映秀鎮(zhèn)附近因局部氣候變化，突遇低云大霧和強氣流，不幸失事。機上有機組人員4人和因災(zāi)受傷轉(zhuǎn)運群眾10人。事件發(fā)生后，武漢大學(xué)派出遙感專家，攜帶機載數(shù)字成像系統(tǒng)，前赴失事地區(qū)對失事飛機展開搜索。該系統(tǒng)前向、后向觀測可達27度，分辨能力最高達十五厘米。遙感飛機攜帶該系統(tǒng)在三個小時左右的時間內(nèi)將可能存在失事飛機的八十平方公里范圍掃描一遍，取得了該地區(qū)的數(shù)據(jù)。分析發(fā)現(xiàn)，在汶川縣漩口鎮(zhèn)東北方向峽谷區(qū)有一個信號非常強的區(qū)域，即飛機最可能的失事地點。這意味著失事米-171運輸直升機的搜救范圍大幅縮小，由原來的八十平方公里縮至如今的五平方公里，極大地縮短了救援時間。

六、結(jié)語

遙感是用來實時獲取、動態(tài)處理空間信息的對地觀測、分析的先進技術(shù)。遙感技術(shù)所獲取數(shù)據(jù)能夠廣泛應(yīng)用于抗震救災(zāi)各環(huán)節(jié)中，提供數(shù)據(jù)和技術(shù)支持。隨著遙感科學(xué)的發(fā)展與進步，遙感技術(shù)將在救災(zāi)以及國民經(jīng)濟的其他方面發(fā)揮越來越重要的作用。

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作者簡介：

王昊，武漢大學(xué)遙感信息工程學(xué)院，在讀本科。