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，我國因地震死亡近30萬人，傷殘近百萬人，倒塌房屋1000多萬間，直接經(jīng)濟(jì)損失數(shù)百億元。目前，隨著我國經(jīng)濟(jì)持續(xù)高速發(fā)展、生產(chǎn)規(guī)模擴(kuò)大和社會財富的積累，地震損失呈上升的趨勢主要原因是:(1)城市化進(jìn)程的加快，使災(zāi)害對城市的影響更加廣泛。(2)城市對生命線系統(tǒng)的高度依賴，生命線系統(tǒng)對地震災(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)不能滿足國民經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的需要；災(zāi)害信息共享水平較低；災(zāi)害評估技術(shù)和手段相對落后；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)報是尚未攻克的世界性技術(shù)難題，地震預(yù)報在短期內(nèi)難以發(fā)揮巨大的減災(zāi)效益。目前，我國的抗震設(shè)防水平較低，國家也不可能在抗震設(shè)防上花費太多，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)害損失評估結(jié)果一般需要1周時間，這個時間對急需獲得救助的災(zāi)區(qū)來說實在是太長了。1.3防震減災(zāi)工作對衛(wèi)星遙感技術(shù)的需求分析以上所述的地震災(zāi)害的特點決定了實現(xiàn)高效減災(zāi)工作必須做到：

(1)隨時監(jiān)測各地發(fā)生的地震災(zāi)害;(2)在地震災(zāi)害發(fā)生前，對可能發(fā)生的災(zāi)害規(guī)模、災(zāi)害重點地域以及災(zāi)情發(fā)生、發(fā)展的趨勢進(jìn)行預(yù)測，運用GIS等技術(shù)提出輔助決策方案，為各級政府和地震或災(zāi)害管理部門制定防震減災(zāi)對策提供依據(jù);(3)一旦發(fā)生強(qiáng)烈地震災(zāi)害，對震情和損失進(jìn)行快速評估，并結(jié)合其它手段，進(jìn)行精確評估，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，以便爭得時間，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)工作的一個至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。遙感圖像具有快速、全面、客觀、直觀的特點，衛(wèi)星圖象獲取手段越來越容易，同一地區(qū)圖象重復(fù)獲取周期越來越短，圖象質(zhì)量精度越來越高，費用越來越低。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)及運營方式的差異，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)星主要是以探測陸地資源為目的的衛(wèi)星。目前正在運行的陸地衛(wèi)星有6顆，主要的探測器為多波段掃描輻射計，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、時間、光譜分辨率)和遙感平臺的性能不斷提高。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。中國資源1號備用星于2001年發(fā)射，資源2號也于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可以通過選擇工作模式和控制成像幅寬為用戶提供7天的重復(fù)觀測。RADARSAT--2的地面分辨率為3m，美國“研究發(fā)展實驗室”(RDL)已向政府提出發(fā)射和運營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，包括我國在內(nèi)的世界各國在本世紀(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)星美國于1994年允許其私營公司擁有和經(jīng)營分辨率為lm的遙感衛(wèi)星。此后，美國商業(yè)衛(wèi)星公司開始制造高分辨率衛(wèi)星。美國近期已經(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。美國正在韓國建立衛(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?？?，最快可在數(shù)小時內(nèi)提供給用戶。將要發(fā)射的高分辨率衛(wèi)星包括美國的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項目計劃的8顆高分辨率衛(wèi)星(0.82～1.8m分辨

率)、日本的ALOS衛(wèi)星韓國和泰國都將準(zhǔn)備發(fā)射自己的衛(wèi)星。我國將發(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)工作中對震后遙感圖象獲取的時效性和空間分辨率及其它技術(shù)所必須滿足的要求進(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)展趨勢來看，采用多顆衛(wèi)星，利用衛(wèi)星群效應(yīng)，未來3～5年內(nèi)，在幾小時～24小時內(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行的可用于減輕地震災(zāi)害的衛(wèi)星已統(tǒng)計在表3中。據(jù)調(diào)查了解，將要發(fā)射的可應(yīng)用于震害評估的衛(wèi)星已統(tǒng)計在表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)活動斷層及地震破裂帶調(diào)查:主要調(diào)查與分析活動斷層的幾何特性、構(gòu)造地貌等，這對圖象分辨率要求不高;(2)房屋破壞調(diào)查:分析單個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)種加對圖特象分零辨率場及傳麥感器暖的類磚型有籠不同儲的要拳求，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)對較雷高，貢因此孤通過英比較醉房屋秘區(qū)域話的相荷關(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，也愿可以話使用獎雷達(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向散兩射特公性的奧變異孕來評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，幾祖乎沒撤有高扛分辨南率的狼衛(wèi)星搞遙感伶圖象較庫，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1胡50初個大絲式中城升市的憤高分靈辨率成遙感勉圖象徹庫，禾對震梨害評綢估帶搏來便雞利。(2旨)多喉參量輔統(tǒng)計亞分析舉及其幫它模勤式識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、疼線、雹面構(gòu)天成，糾交角敘為直箱角，祖有陰膊影相袍隨，訪幾何脾結(jié)構(gòu)仔規(guī)則臟。具推有某鍋一方樸向的拘軸對概稱性棄，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，為制提高剖分類著的精彼度，貢通常計需要呈進(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型勸的建辭筑物可或不采同破沃壞類價型的示建筑停物。其它婦模式底識別植方法呆，如劍自組搖織神旁經(jīng)樹耕模型瞧、層理次分?jǐn)偽瞿Ｍ行?、廊模糊旅聚類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煙別。通常劃要建開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的波宅譜特臉性較洞破壞波之前倉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，因稻此可漆通過袋波譜唐分析傷來確頭定房衛(wèi)屋的眾破壞鍋程度樸。需要俊建立鋪不同貿(mào)類型穗的建袍筑物濫波譜敗特征助曲線蘭，通準(zhǔn)常采巾用波飾譜測展量方著法。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駕別水球體，陰紅外懷波段急對火飽災(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)的未右來衛(wèi)搭星遙維感的匪需求彈設(shè)計隨著欣國民攤經(jīng)濟(jì)打的發(fā)暴展和類人民慚生活狀水平糠的不瘡斷提布高，淺人民示對減招災(zāi)的可期望面和要帶求不際斷提還高，冶減輕畫地震種災(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。對于淹自然債災(zāi)害乞，特叉別是瓦地震挪災(zāi)害濾的觀酒測，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間熱內(nèi)對女一個趙地方下進(jìn)行日重復(fù)聲觀測節(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以內(nèi)級，時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國家失的衛(wèi)起星資算源，截建立致