王　昊

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

[關鍵詞]遙感技術 地震 災害評估

中圖分類號：TP7文獻標識碼：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，一直以來地震災害嚴重，強震現(xiàn)象頻繁。據統(tǒng)計：我國地震死亡人數約占全球地震死亡人數的一半。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。地震本身不僅造成巨大的生命財產損失，同時引發(fā)的次生災害如泥石流、滑坡、山體崩塌、大規(guī)模的斷層錯動等，造成交通、通訊、電力等設施嚴重損壞。

面對如此巨大的災害，如何在短時間內實施有效的救援工作，減少生命財產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)生后快速準確地獲取震害信息，實時提供災區(qū)地形數據，對開展高效有序的救援工作具有重大作用。利用遙感技術能夠建立科學的地震災害監(jiān)測、評估系統(tǒng)，為地震應急指揮和救援決策提供重要數據支持，為救援工作的順利進行提供了有力的保障。

二、遙感技術介紹

遙感技術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，遙感技術已經被廣泛應用于地震救災的各個環(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)了地震應急階段獲取震害遙感影像并對地震災害進行評估。

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

高分辨率衛(wèi)星的發(fā)射，提高了遙感影像數據的精度。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)星數據最高分辨率為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)星影像與數字高程模型相疊加，可以建立三維數據地形圖，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是20世紀90年代發(fā)展起來的一項空間對地觀測技術，主要應用于地形測繪及地表形變的監(jiān)測。通常，同一地區(qū)在較短時間間隔內獲取的雷達影像應該具有較高的相干性，但是地震等巨大災害引起地物形態(tài)發(fā)生劇烈變化，造成較短時間內相同地區(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、全天時獲取地面數據，為災區(qū)提供服務。

衛(wèi)星定位技術的發(fā)展，能為地球表面絕大部分地區(qū)提供準確定位、測速以及高精度的時間標準。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個數據注入站、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，定位精度可達數十納秒的同步精度，其精度與GPS相當。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。遙感影像數據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構信息，提高影像判讀的精度。

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

因此，遙感技術在災害中的具體應用有以下幾個方面：

為救援提供實時數據支持，明確并減少工作量，降低救災工作的風險。

實時監(jiān)測災害發(fā)展趨勢，為應急措施的制定提供依據。

根據災害發(fā)生前后地形圖的比對，提供準確的災害評估數據，為災后評估及重建工作提供數據依據。

三、遙感技術在地震中的具體應用

汶川地震發(fā)生后，震區(qū)通信中斷、道路阻塞，受災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)星獲取災區(qū)衛(wèi)星影像，同時調集飛機赴災區(qū)進行航空攝影。國家國防科技工業(yè)局也積極協(xié)調中外衛(wèi)星資源，安排中國衛(wèi)星密集地對災區(qū)進行成像，加強災情監(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影像，掌握災區(qū)最新動態(tài)信息；同時，安排組織相關專家，研究分析災區(qū)遙感影像，提供遙感信息和技術服務。據統(tǒng)計：我國共有15顆衛(wèi)星為抗震救災提供遠程信息服務，包括“北斗”導航衛(wèi)星、“資源”系列對地觀測衛(wèi)星，“遙感”系列衛(wèi)星、“風云”系列氣象衛(wèi)星、“北京一號”小衛(wèi)星等，為抗震救災決策提供了重要依據和技術支持。國外也紛紛提供衛(wèi)星影像，支援救災。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區(qū)影像數據結合地面救援和現(xiàn)場調查獲取的信息，為災害救助、災情核定、恢復重建提供精確的數據信息。

四、災區(qū)正射影像圖的制作

地震發(fā)生后，救災工作的順利展開，必須要首先了解受災具體位置與面積，以及相應的受災情況。同時，由于余震的頻頻發(fā)生，不僅災情時時變化，且泥石流、滑坡等災害也給救援工作增加了危險、困難。為了在短時間內進入受災區(qū)域，同時保證救助人員的安全，一張實時性的指導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，獲取雷達影像數據。然后，相關測繪遙感專家利用具有自主知識產權的最新技術成果數字攝影測量網格PC版（DPGrid.PC）進行數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)航空數碼影像。DPGrid.PC每天大約能處理300－500張DMC（國際災害監(jiān)測星座）影像的數字正射影像圖（地面分辨率1.0m）制作。該影像圖可以直觀地顯示災害現(xiàn)場的情況，為抗震救災的部署起到至關重要的作用。

五、導航系統(tǒng)的應用

在災害發(fā)生后，由于所有通信設施均被損壞，前后方救援工作的有效溝通產生了障礙。在這種緊急狀態(tài)下，我國自主研制的北斗導航定位系統(tǒng)發(fā)揮了重要的作用。這款導航系統(tǒng)服務區(qū)域為中國及周圍國家和地區(qū)，它可以在服務區(qū)域內任何時間、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，在災害發(fā)生后非常適用于災害預報、減災救助應急指揮等方面。在汶川地震中，國家為首先進入災區(qū)救援的先遣部隊成員配置了北斗定位終端設備，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人和因災受傷轉運群眾10人。事件發(fā)生后，武漢大學派出遙感專家，攜帶機載數字成像系統(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)的數據。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。遙感技術所獲取數據能夠廣泛應用于抗震救災各環(huán)節(jié)中，提供數據和技術支持。隨著遙感科學的發(fā)展與進步，遙感技術將在救災以及國民經濟的其他方面發(fā)揮越來越重要的作用。

參考文獻：

[1]孫家抦，遙感原理與應用[M].武漢大學出版社，2003.2.

[2]趙康寧、胡剛、朱志明，基于北斗衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)的減災救助應急指揮系統(tǒng)的應用[J].衛(wèi)星應用，2008.3.

[3]高孟潭、周本剛、潘華，“5.12”汶川特大地震災害特點及其防災啟示[J].震災防御技術，2008（3）.

[4]吳芳、劉榮、田維春，遙感變化檢測技術及其應用綜述[J].地理空間信息，2007.8（4）.

作者簡介：

王昊，武漢大學遙感信息工程學院，在讀本科。