发展灾害遥感的紧迫性、必要性和可行性

卫星遥感技术在防灾减灾中的应用

应用意义

发展灾害遥感的紧迫性、必要性和可行性

1.1 目前的灾害形式

随着经济的高速发展、生产规模的扩大以及资源的过度开发，自然灾害损失呈逐年上升趋势 ，其特征表现之一为发生频率越来越高。比如我国1991年经历了华东地区的特大洪水；1992 ~1995年华北地区的农作物病虫害；1996年云南丽江的地震；1998年夏我国的特大洪 灾；1999年长江中下游、太湖流域的特大洪水等重大灾害。其二为损失越来越严重。我国自 20世纪9 0年代以来，年受灾人口越来越多，造成的经济损失更是不断增长。

1.2 防灾减灾工作现状

灾害预报工作是尚未攻克的世界性技术难题，例如地震和洪水等重大灾害的预报至今未得到 根本解决。因此，在灾害发生后，快速获取灾情，包括灾害发生的范围、等级、受灾对象， 特别是生命线工程破坏情况等，正确、有效、高速地进行救灾决策，是最经济而又最有效减 轻灾害损失的手段。对于灾后重建工作，更需客观地、全面地评估受灾前和受灾期间的地面 情况，为重建工作提供经验教训，为快速高效重建提供科学依据。目前获取较为可 靠的灾害损失评估信息主要依靠传统地面调查和历史资料，所费时间对急需获得救助的灾区 来说实在太长，且因历史数据更新滞后，导致精度较低，因此发展其他更有效的灾害损失评 估途径成为必然。

1.3 需求分析

目前的灾害形式要求有效的防灾减灾工作必须做到：

(1) 灾害预测。对潜在灾害，包括发生时间、范围、规模等进行预测，为有效防灾做准备；

(2) 灾害监测。随时监测各种灾害，特别是洪水、干旱、地震等重大灾害发生情况；

(3) 紧急救灾。当重大灾害发生时，快速准确提供灾情信息，是紧急救援所必须掌握的资料 ；

(4) 灾后重建。准确的灾情评估是灾后重建最主要的依据之一。

顺利完成上述工作的基础是快速掌握准确、全面、客观、直观的灾情信息，而卫星遥感恰恰 能做到这一点。

1.4 可行性分析

目前在轨运行的可用于减灾防灾的民用卫星主要有：法国的斯波特-1、2、4(SPOT-1、2、4 )；美国的陆地卫星-5、7(LANDSAT-5、7)；"诺阿"(NOAA)；"土地"卫星(TERRA)上的中 等分辨率成像光谱仪(MODIS)；高分辨率卫星艾科诺斯-2(IKONOS-2 )和快鸟-2(QUICKBIRD-2)；加拿大的雷达卫星-1(RADARSAT-1)；欧洲遥感卫星- 2(ERS-2)；印度遥感卫星-1C、1D(IRS-1C、1 D)；以色列的EROS-A1以及我国的气象卫星和中巴地球资源卫星-1(CBERS-1)等。在 未来的5年， 还将发射SPOT-5、环境卫星-1

(ENVISAT-1)、IKONOS-3、轨道观测卫星-3(ORBVIEW-3)、RADAR SAT-2、EROS星座的后续星以及我国的CBERS-2~4、海洋-1(HY-1)、风云-3(FY -3)和中国 环境与灾害监测预报小卫星星座等几十颗。上述卫星包含光学和合成孔径雷达等多种遥感器 ，后者可全天候观测；分辨率包含中高低多种，几何分辨率最高可达0.5m，即能大范围监测 ，也可对重点地区开窗放大。因此目前和未来5年的卫星遥感技术可达到基本满足防灾减灾 对灾情信息的要求。

卫星遥感技术在防灾减灾中的应用

灾害的种类多样，在此将重点介绍卫星在洪涝、地震、火灾、滑坡和泥石流以及沙尘暴等重 大灾害的遥感应用。

2.1 用于洪涝灾害

由于遥感技术在洪涝灾害中的应用比较成熟，所以在世界各国得到广泛应用。但因中长期天 气预报等 世界尖端难题未得到解决，因此预测工作较弱。其应用主要集中在快速反应、紧急救灾和灾 后重建方面。下面介绍几个典型的应用实例：

(1) 早在1983年我国水利部就利用多频段扫描仪系统(MSS)数据监测了三江平原挠力河的洪 水。之后，水利部、中科院、气象局和民政部等有关单位进行了大量类似的研究工作，并在 实践中取得一定成效。例如，"九五"期间，中科院等单位完成了洪涝灾情遥感速报系统， 它有两种运行模式：第一种为灾区的宏观监测评估。其主要是利用NOAA气象卫星的数据， 每天两次对全国洪 涝灾害易发区内的灾情分布状况、淹没范围、持续时间以及影响程度等进行宏观监测评估， 并给出灾情图像、简报以及淹没损失数量的统计报表等。第二种为灾区的重点监测评估。它 是用雷达卫星和机载合成孔径雷达(SAR)图像数据、主题测绘仪(TM)数据、SPOT数据和其他 来源 的高分辨率数据，结合地理信息系统(GIS)技术 对灾情严重地区，进行多层次的监测和详细评估，并给出相应的灾情图像、详细评估报告和 以县为单位的灾情损失的分区分类数据表格，同时提出灾后重建家园的决策建议。在我国19 98年特大洪涝灾害中，该系统先后采用了NOAA数据近80个时相，RADARSAT数据18景，并开 展了汛中SAR图像数据与汛前TM数据融合处理快速反应洪涝动态、农作物损失评估、防洪工 程有效性分析 、险工险段调查分析、城市洪灾监测、工业区生命线工程易损性评估、长江洪水蓄洪分洪必 要性分析、防灾减灾决策建议和灾后重建家园功能分区规划等工作。

(2) IRS-1C、1D的几何分辨率较高，有助于洪涝灾害的详细评估，而印度又 是世界上洪灾最严重 的国家之一，为此印度空间研究组织建立了灾害管理系统(DMS)。DMS最主要的工作即提供洪 灾损失评估信息，为防灾救灾服务。IRS-1C、1D在这方面发挥了极大的作用：全色数据(PAN )和多光谱数据(LISS)融合可提供详细的有关道路（包括土路、柏油路 、机动车道和铁路等）、沟渠和大堤等基础设施信息，包括受损信息；LISS数据可提供土地 分类信息；广角数据(WIFS)可提供洪水淹没信息等。该系统在1998年印度洪灾的救 灾、抗灾以及灾后评估中发 挥了重大作用。

(3) 美国是应用较早的国家，在1993年美国密西西比河的大洪灾期间，地球卫星（Earth Sa tellite）公司为联邦救灾署（Fediral Relief Agencies）快速提供了洪水淹没图，为救 灾的快速反应提供了重要受灾信息，并于灾后几个月内，公司利用TM、ERS-1和SPOT数据建 立了洪灾分布图库。

实践证明，卫星遥感在减轻洪涝灾害损失方面是可以发挥重大作用的，特别是在紧急救灾和 灾后重建方面，卫星提供的灾情信息比其他常规手段有着更快速、客观、全面等优越性。

2.2 地震

地震孕育和发生的规律十分复杂，应用卫星遥感开展这一领域的工作还不成熟，既通晓地震 知识又扎实掌握遥感理论与图像处理技术的人才稀缺，严重限制了卫星遥感技术在地震预测 预报中的有效应用。此外，我国目前获取高分辨率且能够短周期重复观测的遥感卫星数据 还相当困难，难以满足需详细地面资料支持的地震紧急救援工作的要求。因此，卫星遥感技 术至今在防震、抗震和震后救灾减灾工作中，尚未得到非常有效的应用。

正如谢礼立院士指出：随着卫星遥感技术的发展，这一技术可以在以下几个方面发挥作用。

(1) 活动断层及地震破裂带调查。

(2) 房屋破坏调查。

(3) 生命线工程破坏调查。

(4) 干涉雷达(INSAR)技术应用于地壳形变监测，国外专家已成功地应用于美国Lander s地震的形变处理、火山的形变监测和滑坡的形变监测等领域。

在国际上由于某些发达国家遥感数据源相对丰富，所以应用效果较好。如2000年10月份， 欧空局 （ESA）、加拿大空间局（CSA）和法国空间局（CNES）签订协议，决定联合对发生重大灾害 的国家提供帮助，包括动用3个部门所管辖的遥感卫星（包括ERS、SPOT、RADARSAT以及将 发射的ENVISAT）、远程医疗、导航设施、地面设施和存档数据以及已发射的"阿蒂米斯"( ARTEMIS)和将发射的"宏声"(STENTOR)通信卫星。在协议签订后的3个月，在萨尔瓦多 发生了7.6级地震。CNES马上利用SPOT等卫星数据绘制了地震灾情图，从图 上可明确受灾范围、生命线损害情况以及受灾区的各种地物类型，为救灾工作提供了及时的 帮助。

2.3 滑坡和泥石流

2001年我国因滑坡和泥石流造成的人员和财产伤亡巨大，因此滑坡和泥石流的预测与治理显 得尤为迫切。我国在这方面已取得较好的研究成果。如河北省遥感中心于1999年曾利用TM数 据 在 太行山南段预测出110余条近几年极易发生泥石流的沟谷，据有关部门提供的资料和媒体的 报道，泥石流灾害严重区与遥感预测的区域完全一致。又如中科院有关单位先后利用了LAND SAT、SPOT、CBERS、IKONOS等卫星的数据，对2000年的西藏易贡滑坡进行了动态监测，用图 像清楚显示了受灾范围、受灾对象以及灾后受损情况，为救灾提供了一定的依据。

国际上这方面的工作也较深入，如1993年厄瓜多尔的大滑坡，有关专家在灾后评估和区域重 建中利用LANDSAT卫星数据进行了以下工作：

(1) 分析滑坡的范围和可能产生的影响。

(2) 监测洪水过后的状况和影响。

(3) 确认交通等生命线破坏情况和确定救灾路线。

(4) 评估滑坡上下游长期的经济和环境影响。

2.4 森林火灾

在1987年大兴安岭特大火灾发生时，中科院中国遥感卫星地面站通过研究首次发现：TM第7 波段对火焰反应十分敏锐，采用TM第7、4、3波段合成的影像图具有丰富的林火信息，从而 弥补了NOAA卫星低空 间分辨率的不足，可以成功地指导人们实施防火救灾，并用实践证明，利用TM数据对数年后 过火区的恢复情况进行监测非常有效。

在美国、新加坡、法国和德国等国家通过实践证明，利用RADARSAT、ERS等卫星雷达数据可 有效圈定火灾易发区；用NOAA、LANDSAT、SPOT卫星以及有关高分辨率数据，结合GIS和GPS 技术，可建成火灾监测、救灾的运行性系统，提供火灾实况信息，这样既能清楚显示火灾范 围及受灾区环境的遥感图像，又为制定救灾计划提供了最及时的空间信息。

2.5 其他

卫星遥感技术可用于多种灾害的监测，还可应用于以下方面：

(1) 人为灾害。如美国"九一一"恐怖事件发生后第2天和第5天，IKONOS卫星（1 m分辨率 ）均获取了该地区的卫星数据，并与事件发生前的卫星图片比较，为灾情进行及时、客 观的评估提供了重要依据。

(2) 火山的监测。如法国已建立了一套有效的基于卫星数据的火山监测方法。?

(3) 沙尘暴的防治。我国荒漠化监测中心等单位开展了有关沙尘暴遥感监测技术与灾害影 响评估模型等研究，结果表明，通过以气象卫星云图数据的处理分析为主要技术手段，有可 能做到监测沙尘暴的形成、预警及其发展和评估它的危害程度。我国已建立了"沙尘暴 的卫星遥感监测与灾情评估系统"，并取得一定成效。?

(4) 森林松毛虫灾监测。森林虫灾是林业生产的重大灾害之一，有不冒烟的森林火灾之称。 在20世纪80年代，我国南北方松毛虫灾严重，中科院遥感卫星地面站利用TM图像成功监测了 安徽孤山林场虫灾，经有关部门鉴定，完全达到生产管理要求。

(5) 土地荒漠化。1995年组建的荒漠化监测中心的主要任务就是采用卫星遥感技术，在GIS 、GPS和现在通信手段的支持下，对土地荒漠化进行定期预报和趋势预测， 提出荒漠化防治的各种对策。

(6) 国内外许多案例表明，对于台风、龙卷风、森林退化、霜冻、土壤侵蚀、海洋漏油污染 等灾害，遥感监测均已取得较满意的结果。

应用意义

(1) 实践表明，卫星遥感在技术上是能很好地为减轻灾害损失，包括人员伤亡和财产损失方 面发挥作用的。但由于数据获取的难易程度在各国不一，造成在有些地区发生重大灾害时， 无法利用这一先进技术救灾，造成巨大伤亡。因此，各国应加强国际合作，使卫星资源 在某些重大灾害来临时，能通过商业或非商业（比如援助）途径共享数据，同时各国应加强 地面接收和处理设施的建设，以便快速接收处理和提取灾情信息，及时为救灾服务。

(2) 我国对洪涝灾害和森林火灾的研究比较成熟，有成熟的技术路线并多次经过实践的检验 。但在具体应用方面发达国家比我国深入，比如在应急救灾中，国外会用到多种数据源：对 地观测卫星和气象卫星数据；高分辨率和中、低分辨率数据；光学和雷达卫星数据；航空和 航天数据等，还会用到定位系统和通信卫星等高科技设备，它们具有反应速度快，效率高， 更符合应急救灾的特点。

(3) 我国因沙尘暴和荒漠化比较严重，所以研究相对比较深入。

(4) 卫星遥感现主要应用还集中在灾后评估和应急反应，灾害预测应用较少，而且因高分辨 率数据获取困难，提供的空间信息因比例尺不够大，故仅能为宏观救灾和灾情评估提供参 考。

(5) 气象卫星数据因获取方便和价格便宜，且时间分辨率高，所以得到广泛和深入的应用。

(6) 由于数据提供部门和业务使用部门联系不够紧密，限制了空间技术发挥应有作用的能力 。

(7) 随着卫星数量的增多，几何和光谱分辨率的提高，以及GPS和通信卫星的发展，各国利 用空间技术防灾减灾，尤其是灾中的应急反应和灾后重建方面的热情越来越高。