第五章衛(wèi)星遙感技術(shù)與防震減災(zāi)

衛(wèi)星遙感技術(shù)與防震減災(zāi)1.防震減災(zāi)工作對(duì)衛(wèi)星遙感技術(shù)的需求分析1.1地震災(zāi)害的危害地震突發(fā)性強(qiáng)，破壞力極大，1949年以來(lái)，我國(guó)因地震死亡近30萬(wàn)人，傷殘近百萬(wàn)人，倒塌房屋1000多萬(wàn)間，直接經(jīng)濟(jì)損失數(shù)百億元。目前，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)持續(xù)高速發(fā)展、生產(chǎn)規(guī)模擴(kuò)大和社會(huì)財(cái)富的積累，地震損失呈上升的趨勢(shì)主要原因是:(1)城市化進(jìn)程的加快，使災(zāi)害對(duì)城市的影響更加廣泛。(2)城市對(duì)生命線(xiàn)系統(tǒng)的高度依賴(lài)，生命線(xiàn)系統(tǒng)對(duì)地震災(zāi)害的高度易損性，使得城市抵御災(zāi)害的能力降低。(3)減災(zāi)能力建設(shè)滯后于經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，主要表現(xiàn)在:減災(zāi)工程建設(shè)不能滿(mǎn)足國(guó)民經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的需要；災(zāi)害信息共享水平較低；災(zāi)害評(píng)估技術(shù)和手段相對(duì)落后；災(zāi)害預(yù)警能力和應(yīng)急能力急待提高。1.2減輕地震災(zāi)害工作的現(xiàn)狀地震預(yù)報(bào)是尚未攻克的世界性技術(shù)難題，地震預(yù)報(bào)在短期內(nèi)難以發(fā)揮巨大的減災(zāi)效益。目前，我國(guó)的抗震設(shè)防水平較低，國(guó)家也不可能在抗震設(shè)防上花費(fèi)太多，因此，在地震發(fā)生后，快速獲取震情，正確有效地進(jìn)行救災(zāi)決策，是最經(jīng)濟(jì)而又最有效地減輕災(zāi)害損失的手段。破壞性地震發(fā)生后，目前得到較為可靠的災(zāi)害損失評(píng)估結(jié)果一般需要1周時(shí)間，這個(gè)時(shí)間對(duì)急需獲得救助的災(zāi)區(qū)來(lái)說(shuō)實(shí)在是太長(zhǎng)了。1.3防震減災(zāi)工作對(duì)衛(wèi)星遙感技術(shù)的需求分析以上所述的地震災(zāi)害的特點(diǎn)決定了實(shí)現(xiàn)高效減災(zāi)工作必須做到：

(1)隨時(shí)監(jiān)測(cè)各地發(fā)生的地震災(zāi)害;(2)在地震災(zāi)害發(fā)生前，對(duì)可能發(fā)生的災(zāi)害規(guī)模、災(zāi)害重點(diǎn)地域以及災(zāi)情發(fā)生、發(fā)展的趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)，運(yùn)用GIS等技術(shù)提出輔助決策方案，為各級(jí)政府和地震或?yàn)?zāi)害管理部門(mén)制定防震減災(zāi)對(duì)策提供依據(jù);(3)一旦發(fā)生強(qiáng)烈地震災(zāi)害，對(duì)震情和損失進(jìn)行快速評(píng)估，并結(jié)合其它手段，進(jìn)行精確評(píng)估，為緊急救援、安置和救災(zāi)以及重建工作提供符合災(zāi)區(qū)情況的第一手資料，以便爭(zhēng)得時(shí)間，最大限度地減輕災(zāi)害?？焖佾@取和傳遞地震災(zāi)害信息是減災(zāi)工作的一個(gè)至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。遙感圖像具有快速、全面、客觀(guān)、直觀(guān)的特點(diǎn)，衛(wèi)星圖象獲取手段越來(lái)越容易，同一地區(qū)圖象重復(fù)獲取周期越來(lái)越短，圖象質(zhì)量精度越來(lái)越高，費(fèi)用越來(lái)越低。因此，衛(wèi)星遙感技術(shù)能夠在防震減災(zāi)中發(fā)揮重要的作用。2衛(wèi)星遙感技術(shù)應(yīng)用于防震減災(zāi)工作2.1主要衛(wèi)星情況簡(jiǎn)介目前，能夠獲取衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的有陸地資源衛(wèi)星、海洋衛(wèi)星、雷達(dá)衛(wèi)星、氣象衛(wèi)星等，這些衛(wèi)星因其參數(shù)及運(yùn)營(yíng)方式的差異，并不都適用于防震減災(zāi)工作，這里僅作選擇介紹。2.1.1陸地資源衛(wèi)星陸地資源衛(wèi)星主要是以探測(cè)陸地資源為目的的衛(wèi)星。目前正在運(yùn)行的陸地衛(wèi)星有6顆，主要的探測(cè)器為多波段掃描輻射計(jì)，地面分辨率為5～30m,部分技術(shù)參數(shù)如表1所示。

隨著陸地衛(wèi)星的發(fā)展，其分辨率(包括空間、時(shí)間、光譜分辨率)和遙感平臺(tái)的性能不斷提高。如印度IRS-1D衛(wèi)星的地面分辨率為5.8m，其側(cè)視功能可保證獲得覆蓋周期為5天的5.8m分辨率、70km幅寬的影像;SPOT-4可獲取地面目標(biāo)的立體像對(duì)。中國(guó)資源1號(hào)備用星于2001年發(fā)射，資源2號(hào)也于2003年發(fā)射，其分辨率為5m.在今后3年內(nèi)陸地衛(wèi)星的地面分辨率將提高到2.5～5m.2.1.2雷達(dá)衛(wèi)星雷達(dá)衛(wèi)星采用主動(dòng)微波遙感方式，能夠穿透云、霧、雨、雪，具有全天候工作能力，獲取與地表物質(zhì)的幾何結(jié)構(gòu)、反射特性等粗糙度有關(guān)的特征。利用差分技術(shù)可以獲得地殼形變信息，利用相關(guān)分析來(lái)處理地震前后同一地區(qū)的雷達(dá)圖像可確定建筑物破壞情況。雷達(dá)衛(wèi)星系列主要有RADRSAT,ERS-1/2,JERSSAR等。其中以加拿大的RADARSAT最具有代表性。歐空局定于2000年發(fā)射ENVISA衛(wèi)星，加拿大預(yù)定于2001年發(fā)射RADARSAT-2aRADARSAT-1可以通過(guò)選擇工作模式和控制成像幅寬為用戶(hù)提供7天的重復(fù)觀(guān)測(cè)。RADARSAT--2的地面分辨率為3m，美國(guó)“研究發(fā)展實(shí)驗(yàn)室”(RDL)已向政府提出發(fā)射和運(yùn)營(yíng)1m分辨率的商業(yè)化雷達(dá)遙感衛(wèi)星。隨著高分辨率雷達(dá)衛(wèi)星商業(yè)化的發(fā)展趨勢(shì)，包括我國(guó)在內(nèi)的世界各國(guó)在本世紀(jì)初有望獲得高分辨率的雷達(dá)衛(wèi)星遙感圖像。2.1.3高分辨率衛(wèi)星美國(guó)于1994年允許其私營(yíng)公司擁有和經(jīng)營(yíng)分辨率為lm的遙感衛(wèi)星。此后，美國(guó)商業(yè)衛(wèi)星公司開(kāi)始制造高分辨率衛(wèi)星。美國(guó)近期已經(jīng)發(fā)射3顆高分辨率衛(wèi)星((EarlyBird,QuickBird,Ikonos),但只有Ikcziros衛(wèi)星于1999年9月24日發(fā)射成功。南非的GreenSat-O1衛(wèi)星(1998年)也發(fā)射失敗，Ikonos衛(wèi)星為太陽(yáng)同步衛(wèi)星，全色波段分辨率為lm，多光譜為4波段，分辨率均為4m，一般幅寬為13km,可獲取立體像對(duì)。美國(guó)正在韓國(guó)建立衛(wèi)星地面接收站，將負(fù)責(zé)Ikonos等衛(wèi)星數(shù)據(jù)的接收和亞洲地區(qū)數(shù)據(jù)的分發(fā)。Ikonos數(shù)據(jù)的分發(fā)速度非?？欤羁炜稍跀?shù)小時(shí)內(nèi)提供給用戶(hù)。將要發(fā)射的高分辨率衛(wèi)星包括美國(guó)的OrbView-3衛(wèi)星(1～2m分辨率的全色波段和4m分辨率的多光譜波段)、QuickBird-2衛(wèi)星(lm分辨率的全色波段和4m分辨率的多光譜波段)、lkonos-2衛(wèi)星，還有以色列的EROS項(xiàng)目計(jì)劃的8顆高分辨率衛(wèi)星(0.82～1.8m分辨

率)、日本的ALOS衛(wèi)星韓國(guó)和泰國(guó)都將準(zhǔn)備發(fā)射自己的衛(wèi)星。我國(guó)將發(fā)射較高分辨率的減災(zāi)衛(wèi)星群(2003～2004年)，為此，有必要在防震減災(zāi)工作中對(duì)震后遙感圖象獲取的時(shí)效性和空間分辨率及其它技術(shù)所必須滿(mǎn)足的要求進(jìn)行分析。高分辨率衛(wèi)星幅寬小，通常都具有側(cè)視能力。盡管如此，單顆衛(wèi)星仍不能滿(mǎn)足地震災(zāi)情的快速獲取要求。因此，從衛(wèi)星遙感技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，采用多顆衛(wèi)星，利用衛(wèi)星群效應(yīng)，未來(lái)3～5年內(nèi)，在幾小時(shí)～24小時(shí)內(nèi)重復(fù)獲得災(zāi)區(qū)遙感圖像是可能的。2.2可用于減輕地震災(zāi)害的衛(wèi)星分析目前已在空中運(yùn)行的可用于減輕地震災(zāi)害的衛(wèi)星已統(tǒng)計(jì)在表3中。據(jù)調(diào)查了解，將要發(fā)射的可應(yīng)用于震害評(píng)估的衛(wèi)星已統(tǒng)計(jì)在表4中。綜合分析，應(yīng)用衛(wèi)星遙感技術(shù)于防震減災(zāi)領(lǐng)域主要可能包括如下幾方面的工作:

(1)活動(dòng)斷層及地震破裂帶調(diào)查:主要調(diào)查與分析活動(dòng)斷層的幾何特性、構(gòu)造地貌等，這對(duì)圖象分辨率要求不高;(2)房屋破壞調(diào)查:分析單個(gè)房屋和房屋群的破壞情況，要求較高的圖像分辨率(<6m);(3)生命線(xiàn)工程破壞調(diào)查:分析公路、鐵路、橋梁、通訊設(shè)施等的破壞情況，要求較高的圖象分辨率(<10m);(4)地殼形變調(diào)查:利用差分InSAR技術(shù)獲取同震形變，分析同震形變的空間變化，初步確定宏觀(guān)震中位置，這里主要應(yīng)用雷達(dá)衛(wèi)星;

(5視)次婦生災(zāi)貼害調(diào)蹈查:部確定魔各種屑次生頁(yè)災(zāi)害崖，如府水災(zāi)異、火工災(zāi)等永，不梅同的檔災(zāi)種加對(duì)圖特象分零辨率場(chǎng)及傳麥感器暖的類(lèi)磚型有籠不同儲(chǔ)的要拳求，沿如火藏災(zāi)要肉求紅蜻外波適段。常，疤房屋暮破壞自嚴(yán)重游的地名區(qū)相感關(guān)性助較差齊，而膠未破擱壞的建地區(qū)傅相關(guān)順性相構(gòu)對(duì)較雷高，貢因此孤通過(guò)英比較醉房屋秘區(qū)域話(huà)的相荷關(guān)系潔數(shù)，討可以遇建立熔房屋焦破壞居的定末量指懇標(biāo)系嗽統(tǒng)。掀這里濟(jì)遙感殺圖象補(bǔ)的分邪辨率皮可以偶較低盞，既唐可以階使用惹陸地肆衛(wèi)星腹，也愿可以話(huà)使用獎(jiǎng)雷達(dá)燈衛(wèi)星棗。利與用雷糟達(dá)衛(wèi)雅星地速震前政后建粱筑物滴的相肢干性巴及后長(zhǎng)向散兩射特公性的奧變異孕來(lái)評(píng)墨估建緩筑物庸的損忘失具茂有十僅分精貓確的閃結(jié)果瞇。目前拘，幾祖乎沒(méi)撤有高扛分辨南率的狼衛(wèi)星搞遙感伶圖象較庫(kù)，賀但隨避著高汽分辨往率遙則感衛(wèi)暖星的宜不斷挽發(fā)射釀上天肚，建濾立高罪分辨透率遙焦感圖糾象庫(kù)撲將逐神步成醒為可樓能，寸在條境件逐恢步成炕熟后委，建投立全迎國(guó)1胡50初個(gè)大絲式中城升市的憤高分靈辨率成遙感勉圖象徹庫(kù)，禾對(duì)震梨害評(píng)綢估帶搏來(lái)便雞利。(2旨)多喉參量輔統(tǒng)計(jì)亞分析舉及其幫它模勤式識(shí)唯別方粒法遙感蔽圖象貼上的意房屋務(wù)建筑綁具有科特殊艘的幾嬌何特害性，凱如由與點(diǎn)、疼線(xiàn)、雹面構(gòu)天成，糾交角敘為直箱角，祖有陰膊影相袍隨，訪(fǎng)幾何脾結(jié)構(gòu)仔規(guī)則臟。具推有某鍋一方樸向的拘軸對(duì)概稱(chēng)性棄，建嶼筑物增頂?shù)拿せ叶染G較周譜圍環(huán)劫境大謙，一拼旦房械屋遭妄到破壟壞，劃這些魔特性巨也相漁應(yīng)地秩發(fā)生限某些富變化仰?？晌估媒Y(jié)一些千提取郵圖象畏特征蝦結(jié)構(gòu)儀的算店法以余提取宗參數(shù)悼，為制提高剖分類(lèi)著的精彼度，貢通常計(jì)需要呈進(jìn)行讓參數(shù)旦組合腰，不害同的亭參數(shù)騙組谷惜能夠頂刻劃斗不同猾類(lèi)型勸的建辭筑物可或不采同破沃壞類(lèi)價(jià)型的示建筑停物。其它婦模式底識(shí)別植方法呆，如劍自組搖織神旁經(jīng)樹(shù)耕模型瞧、層理次分?jǐn)偽瞿Ｍ行?、廊模糊旅聚?lèi)極模型介和小爛波理波論都丸可應(yīng)氣用于龜震害次遙感胳影像矛的模避式識(shí)煙別。通常劃要建開(kāi)立大丘量的切震害難樣本敗圖象傲。(3搖)波碼譜分憑析方刮法破壞京房屋勢(shì)的波宅譜特臉性較洞破壞波之前倉(cāng)有較育大的夸變化絡(luò)，破膨壞地蔬區(qū)的飾光譜譯發(fā)射渾強(qiáng)度圖較高稈，因稻此可漆通過(guò)袋波譜唐分析傷來(lái)確頭定房衛(wèi)屋的眾破壞鍋程度樸。需要俊建立鋪不同貿(mào)類(lèi)型穗的建袍筑物濫波譜敗特征助曲線(xiàn)蘭，通準(zhǔn)常采巾用波飾譜測(cè)展量方著法。漂高光若譜衛(wèi)告星遙螞感數(shù)嫩據(jù)將段能極快大地盆方便亦我們并獲取相震區(qū)磚房屋偽的波醋譜信蕉息，距從而眠確定煩目標(biāo)幼房屋扇的破榜壞程忠度。2.具3.綱5次炎生災(zāi)澇害雷達(dá)屑圖象盛可以探有效雕地識(shí)駕別水球體，陰紅外懷波段急對(duì)火飽災(zāi)信屆息較安為敏杯感。古遙感旋圖象關(guān)的分鞭辨率掉可以勿較低齡，用昆于觀(guān)漠察次登生災(zāi)綱害是饅十分呢方便孕的。3應(yīng)悅用于雙防震紹減災(zāi)接工作風(fēng)的未右來(lái)衛(wèi)搭星遙維感的匪需求彈設(shè)計(jì)隨著欣國(guó)民攤經(jīng)濟(jì)打的發(fā)暴展和類(lèi)人民慚生活狀水平糠的不瘡斷提布高，淺人民示對(duì)減招災(zāi)的可期望面和要帶求不際斷提還高，冶減輕畫(huà)地震種災(zāi)害拍工作闊將遇算到前存所未啞有的拾壓力槽和挑武戰(zhàn)。年使用蹲最新隔的衛(wèi)粉星遙停感技講術(shù)是漠今后味發(fā)展唱的必輕由之粗路，兩也只韻有這戒樣才行能最楊大限斗度地手減輕曲地震拳災(zāi)害談。對(duì)于淹自然債災(zāi)害乞，特叉別是瓦地震挪災(zāi)害濾的觀(guān)酒測(cè)，除除有駝空間淡分辨萄率的跟要求瞇以外典，還討要能那在較征短的角時(shí)間熱內(nèi)對(duì)女一個(gè)趙地方下進(jìn)行日重復(fù)聲觀(guān)測(cè)節(jié)，不應(yīng)同的有自然追災(zāi)害宇具有抗不同宅的要盆求。擱經(jīng)初當(dāng)步分晶析，姐用于腰地震湯災(zāi)害變的衛(wèi)湯星遙木感分叨辨率露要求跡在5m以?xún)?nèi)級(jí)，時(shí)原間分侄辨率芝要求倒盡量充高，貪通常敞要求盲每天經(jīng)能重趣復(fù)2特次。柿目前稼，我唇國(guó)衛(wèi)臘星遙拉感技騾術(shù)水悅平還撈比較僅落后皆，遠(yuǎn)敢遠(yuǎn)不偏能滿(mǎn)欣足這花些要進(jìn)求，毅因此海，要薄采取刑兩步槳走的抓方案勇:(1遍))蠻建立帽綜合杏減災(zāi)龍衛(wèi)星枝系統(tǒng)在最黨近的真幾年產(chǎn)內(nèi)，瓜主要喂利用禽其它說(shuō)國(guó)家失的衛(wèi)起星資算源，截建立致