卫星遥感技术与防震减灾.pptx

(1)(1)城城市市化化进进程程的的加加快快，使使灾灾害害对对城城市市的的影响更加广泛。影响更加广泛。(2)(2)城城市市对对生生命命线线系系统统的的高高度度依依赖赖，生生命命线线系系统统对对地地震震灾灾害害的的高高度度易易损损性性，使使得得城城市市抵抵御御灾害的能力降低。灾害的能力降低。(3)(3)减减灾灾能能力力建建设设滞滞后后于于经经济济的的快快速速发发展展，主主要要表表现现在在:减减灾灾工工程程建建设设不不能能满满足足国国民民经经济济快快速速发发展展的的需需要要；灾灾害害信信息息共共享享水水平平较较低低；灾灾害害评评估估技技术术和和手手段段相相对对落落后后；灾灾害害预预警警能能力力和和应应急能力急待提高。急能力急待提高。1.2减轻地震灾害工作的现状 地震预报是尚未攻克的世界性技术难题，地震地震预报是尚未攻克的世界性技术难题，地震预报在短期内难以发挥巨大的减灾效益。目前，预报在短期内难以发挥巨大的减灾效益。目前，我国的抗震设防水平较低，国家也不可能在抗我国的抗震设防水平较低，国家也不可能在抗震设防上花费太多，因此，在地震发生后，快震设防上花费太多，因此，在地震发生后，快速获取震情，正确有效地进行救灾决策，是最速获取震情，正确有效地进行救灾决策，是最经济而又最有效地减轻灾害损失的手段。破坏经济而又最有效地减轻灾害损失的手段。破坏性地震发生后，目前得到较为可靠的灾害损失性地震发生后，目前得到较为可靠的灾害损失评估结果一般需要评估结果一般需要1 1周时间，这个时间对急需获周时间，这个时间对急需获得救助的灾区来说实在是太长了。得救助的灾区来说实在是太长了。1.3防震减灾工作对卫星遥感技术的需求分析 以上所述的地震灾害的特点决定了实现高以上所述的地震灾害的特点决定了实现高效减灾工作必须做到：效减灾工作必须做到：(1)(1)随时监测各地发生的地震灾害随时监测各地发生的地震灾害;(2)(2)在在地地震震灾灾害害发发生生前前，对对可可能能发发生生的的灾灾害害规规模模、灾灾害害重重点点地地域域以以及及灾灾情情发发生生、发发展展的的趋趋势势进进行行预预测测，运运用用GISGIS等等技技术术提提出出辅辅助助决决策策方方案案，为为各各级级政政府府和和地地震震或或灾灾害害管管理理部部门门制制定定防防震震减减灾对策提供依据灾对策提供依据;(3)(3)一一旦旦发发生生强强烈烈地地震震灾灾害害，对对震震情情和和损损失失进进行行快快速速评评估估，并并结结合合其其它它手手段段，进进行行精精确确评评估估，为为紧紧急急救救援援、安安置置和和救救灾灾以以及及重重建建工工作作提提供供符符合合灾灾区区情情况况的的第第一一手手资资料料，以以便便争争得得时时间间，最大限度地减轻灾害。最大限度地减轻灾害。快快速速获获取取和和传传递递地地震震灾灾害害信信息息是是减减灾灾工工作作的的一一个至关重要的环节。个至关重要的环节。遥遥感感图图像像具具有有快快速速、全全面面、客客观观、直直观观的的特特点点，卫卫星星图图象象获获取取手手段段越越来来越越容容易易，同同一一地地区区图图象象重重复复获获取取周周期期越越来来越越短短，图图象象质质量量精精度度越越来来越越高高，费费用用越越来来越越低低。因因此此，卫卫星星遥遥感感技技术能够在防震减灾中发挥重要的作用。术能够在防震减灾中发挥重要的作用。2卫星遥感技术应用于防震减灾工作2.1主要卫星情况简介 目目前前，能能够够获获取取卫卫星星遥遥感感数数据据的的有有陆陆地地资资源源卫卫星星、海海洋洋卫卫星星、雷雷达达卫卫星星、气气象象卫卫星星等等，这这些些卫卫星星因因其其参参数数及及运运营营方方式式的的差差异异，并并不不都都适用于防震减灾工作，这里仅作选择介绍。适用于防震减灾工作，这里仅作选择介绍。2.1.12.1.1陆地资源卫星陆地资源卫星 陆地资源卫星主要是以探测陆地资源为目陆地资源卫星主要是以探测陆地资源为目的的卫星。目前正在运行的陆地卫星有的的卫星。目前正在运行的陆地卫星有6 6颗，主颗，主要的探测器为多波段扫描辐射计，地面分辨要的探测器为多波段扫描辐射计，地面分辨率率为为5 530 m,30 m,部分技术参数如表部分技术参数如表1 1所示。所示。随随着着陆陆地地卫卫星星的的发发展展，其其分分辨辨率率(包包括括空空间间、时时间间、光光谱谱分分辨辨率率)和和遥遥感感平平台台的的性性能能不不断断提提高高。如如印印度度IRS-1DIRS-1D卫卫星星的的地地面面分分辨辨率率为为5.8m5.8m，其其侧侧视视功功能能可可保保证证获获得得覆覆盖盖周周期期为为5 5天天的的5.8m5.8m分分辨辨率率、70km70km幅幅宽宽的的影影像像;SPOT-;SPOT-4 4可可获获取取地地面面目目标标的的立立体体像像对对。中中国国资资源源1 1号号备备用用星星于于20012001年年发发射射，资资源源2 2号号也也于于20032003年年发发射射，其其分分辨辨率率为为5m.5m.在在今今后后3 3年内陆地卫星的地面分辨率将提高到年内陆地卫星的地面分辨率将提高到2.52.55m.5m.2.1.22.1.2雷达卫星雷达卫星 雷达卫星采用主动微波遥感方式，能够穿雷达卫星采用主动微波遥感方式，能够穿透云、雾、雨、雪，具有全天候工作能力，获透云、雾、雨、雪，具有全天候工作能力，获取与地表物质的几何结构、反射特性等粗糙度取与地表物质的几何结构、反射特性等粗糙度有关的特征。利用差分技术可以获得地壳形变有关的特征。利用差分技术可以获得地壳形变信息，利用相关分析来处理地震前后同一地区信息，利用相关分析来处理地震前后同一地区的雷达图像可确定建筑物破坏情况。的雷达图像可确定建筑物破坏情况。雷达卫星系列主要有雷达卫星系列主要有RADRSAT,ERS-1/2,RADRSAT,ERS-1/2,JERS SARJERS SAR等。其中以加拿大的等。其中以加拿大的RADARSATRADARSAT最具有最具有代表性。欧空局定于代表性。欧空局定于20002000年发射年发射ENVISAENVISA卫星，卫星，加拿大预定于加拿大预定于20012001年发射年发射RADARSAT-2RADARSAT-2aRADARSAT-1aRADARSAT-1可以通过选择工作模式和控制成像可以通过选择工作模式和控制成像幅宽为用户提供幅宽为用户提供7 7天的重复观测。天的重复观测。RADARSAT-2RADARSAT-2的地面分辨率为的地面分辨率为3m3m，美国，美国“研究发展实验室研究发展实验室”(RDL)(RDL)已向政府提出发射和运营已向政府提出发射和运营1m1m分辨率的商分辨率的商业化雷达遥感卫星。随着高分辨率雷达卫星商业化雷达遥感卫星。随着高分辨率雷达卫星商业化的发展趋势，包括我国在内的世界各国在业化的发展趋势，包括我国在内的世界各国在本世纪初有望获得高分辨率的雷达卫星遥感图本世纪初有望获得高分辨率的雷达卫星遥感图像。像。2.1.32.1.3高分辨率卫星高分辨率卫星 美国于美国于19941994年允许其私营公司拥有和经营年允许其私营公司拥有和经营分辨率为分辨率为lmlm的遥感卫星。此后，美国商业卫星的遥感卫星。此后，美国商业卫星公司开始制造高分辨率卫星。美国近期已经发公司开始制造高分辨率卫星。美国近期已经发射射3 3颗高分辨率卫星颗高分辨率卫星(EarlyBird,QuickBird,(EarlyBird,QuickBird,Ikonos),Ikonos),但只有但只有IkczirosIkcziros卫星于卫星于19991999年年9 9月月2424日日发射成功。南非的发射成功。南非的GreenS at-O 1GreenS at-O 1卫星卫星(1998(1998年年)也发射失败，也发射失败，IkonosIkonos卫星为太阳同步卫星，卫星为太阳同步卫星，全色波段分辨率为全色波段分辨率为lmlm，多光谱为，多光谱为4 4波段，分辨率波段，分辨率均为均为4m4m，一般幅宽为，一般幅宽为13 km,13 km,可获取立体像对。可获取立体像对。美国正在韩国建立卫星地面接收站，将负责美国正在韩国建立卫星地面接收站，将负责IkonosIkonos等卫星数据的接收和亚洲地区数据的分等卫星数据的接收和亚洲地区数据的分发。发。IkonosIkonos数据的分发速度非常快，最快可在数据的分发速度非常快，最快可在数小时内提供给用户。数小时内提供给用户。将要发射的高分辨率卫将要发射的高分辨率卫星包括美国的星包括美国的OrbView-3OrbView-3卫星卫星(1(12m2m分辨率的分辨率的全色波段和全色波段和4m4m分辨率的多光谱波段分辨率的多光谱波段)、QuickBird-2QuickBird-2卫星卫星(lm(lm分辨率的全色波段和分辨率的全色波段和4m4m分辨率的多光谱波段分辨率的多光谱波段)、lkonos-2lkonos-2卫星，还有卫星，还有以色列的以色列的EROSEROS项目计划的项目计划的8 8颗高分辨率卫星颗高分辨率卫星(0.82(0.82 1.8 m1.8 m分辨分辨 率率)、日本的、日本的ALOSALOS卫星韩国和泰国都将准备发射卫星韩国和泰国都将准备发射自己的卫星。自己的卫星。我国将发射较高分辨率的减灾卫星群我国将发射较高分辨率的减灾卫星群(2003(200320042004年年)，为此，有必要在防震减灾工作中对，为此，有必要在防震减灾工作中对震后遥感图象获取的时效性和空间分辨率及其震后遥感图象获取的时效性和空间分辨率及其它技术所必须满足的要求进行分析。它技术所必须满足的要求进行分析。高分辨率卫星幅宽小，通常都具有侧视能高分辨率卫星幅宽小，通常都具有侧视能力。尽管如此，单颗卫星仍不能满足地震灾情力。尽管如此，单颗卫星仍不能满足地震灾情的快速获取要求。因此，从卫星遥感技术的发的快速获取要求。因此，从卫星遥感技术的发展趋势来看，采用多颗卫星，利用卫星群效应，展趋势来看，采用多颗卫星，利用卫星群效应，未来未来3 35 5年内，在几小时年内，在几小时2424小时内重复获得小时内重复获得灾区遥感图像是可能的。灾区遥感图像是可能的。2.2可用于减轻地震灾害的卫星分析 目目前前已已在在空空中中运运行行的的可可用用于于减减轻轻地地震震灾灾害害的的卫卫星星已已统统计计在在表表3 3中中。据据调调查查了了解解，将将要要发发射射的可应用于震害评估的卫星已统计在表的可应用于震害评估的卫星已统计在表4 4中。中。综合分析，应用卫星遥感技术于防震减灾综合分析，应用卫星遥感技术于防震减灾领域主要可能包括如下几方面的工作领域主要可能包括如下几方面的工作:(1)(1)活活动动断断层层及及地地震震破破裂裂带带调调查查:主主要要调调查查与与分分析析活活动动断断层层的的几几何何特特性性、构构造造地地貌貌等等，这这对图象分辨率要求不高对图象分辨率要求不高;(2)(2)房房屋屋破破坏坏调调查查:分分析析单单个个房房屋屋和和房房屋屋群群的破坏情况，要求较高的图像分辨率的破坏情况，要求较高的图像分辨率(6m);(6m);(3)(3)生生命命线线工工程程破破坏坏调调查查:分分析析公公路路、铁铁路路、桥桥梁梁、通通讯讯设设施施等等的的破破坏坏情情况况，要要求求较较高高的的图图象分辨率象分辨率(10m);(10m);(4)(4)地壳形变调查地壳形变调查:利用差分利用差分InSARInSAR技术获取技术获取同震形变，分析同震形变的空间变化，初步确同震形变，分析同震形变的空间变化，初步确定宏观震中位置，这里主要应用雷达卫星定宏观震中位置，这里主要应用雷达卫星;(5)(5)次次生生灾灾害害调调查查:确确定定各各种种次次生生灾灾害害，如如水水灾灾、火火灾灾等等，不不同同的的灾灾种种对对图图象象分分辨辨率率及及传传感感器器的的类型有不同的要求，如火灾要求红外波段。类型有不同的要求，如火灾要求红外波段。常，房屋破坏严重的地区相关性较差，而未破常，房屋破坏严重的地区相关性较差，而未破坏的地区相关性相对较高，因此通过比较房屋坏的地区相关性相对较高，因此通过比较房屋区域的相关系数，可以建立房屋破坏的定量指区域的相关系数，可以建立房屋破坏的定量指标系统。这里遥感图象的分辨率可以较低，既标系统。这里遥感图象的分辨率可以较低，既可以使用陆地卫星，也可以使用雷达卫星。利可以使用陆地卫星，也可以使用雷达卫星。利用雷达卫星地震前后建筑物的相干性及后向散用雷达卫星地震前后建筑物的相干性及后向散射特性的变异来评估建筑物的损失具有十分精射特性的变异来评估建筑物的损失具有十分精确的结果。确的结果。目前，几乎没有高分辨率的卫星遥感图象目前，几乎没有高分辨率的卫星遥感图象库，但随着高分辨率遥感卫星的不断发射上天，库，但随着高分辨率遥感卫星的不断发射上天，建立高分辨率遥感图象库将逐步成为可能，在建立高分辨率遥感图象库将逐步成为可能，在条件逐步成熟后，建立全国条件逐步成熟后，建立全国150150个大中城市的高个大中城市的高分辨率遥感图象库，对震害评估带来便利。分辨率遥感图象库，对震害评估带来便利。(2)(2)多参量统计分析及其它模式识别方法多参量统计分析及其它模式识别方法 遥感图象上的房屋建筑具有特殊的几何特遥感图象上的房屋建筑具有特殊的几何特性，如由点、线、面构成，交角为直角，有阴性，如由点、线、面构成，交角为直角，有阴影相随，几何结构规则。具有某一方向的轴对影相随，几何结构规则。具有某一方向的轴对称性，建筑物顶的灰度较周围环境大，一旦房称性，建筑物顶的灰度较周围环境大，一旦房屋遭到破坏，这些特性也相应地发生某些变化。屋遭到破坏，这些特性也相应地发生某些变化。可利用一些提取图象特征结构的算法以提取参可利用一些提取图象特征结构的算法以提取参数，为提高分类的精度，通常需要进行参数组数，为提高分类的精度，通常需要进行参数组合，不同的参数组谷能够刻划不同类型的建筑合，不同的参数组谷能够刻划不同类型的建筑物或不同破坏类型的建筑物。物或不同破坏类型的建筑物。其其它它模模式式识识别别方方法法，如如自自组组织织神神经经树树模模型型、层层次次分分析析模模型型、模模糊糊聚聚类类模模型型和和小小波波理理论论都都可可应应用于震害遥感影像的模式识别。用于震害遥感影像的模式识别。通常要建立大量的震害样本图象。通常要建立大量的震害样本图象。(3)(3)波谱分析方法波谱分析方法 破破坏坏房房屋屋的的波波谱谱特特性性较较破破坏坏之之前前有有较较大大的的变变化化，破破坏坏地地区区的的光光谱谱发发射射强强度度较较高高，因因此此可可通过波谱分析来确定房屋的破坏程度。通过波谱分析来确定房屋的破坏程度。需要建立不同类型的建筑物波谱特征曲线，需要建立不同类型的建筑物波谱特征曲线，通常采用波谱测量方法。高光谱卫星遥感数据通常采用波谱测量方法。高光谱卫星遥感数据将能极大地方便我们获取震区房屋的波谱信息，将能极大地方便我们获取震区房屋的波谱信息，从而确定目标房屋的破坏程度。从而确定目标房屋的破坏程度。2.3.52.3.5次生灾害次生灾害 雷雷达达图图象象可可以以有有效效地地识识别别水水体体，红红外外波波段段对对火火灾灾信信息息较较为为敏敏感感。遥遥感感图图象象的的分分辨辨率率可可以以较低，用于观察次生灾害是十分方便的。较低，用于观察次生灾害是十分方便的。3应用于防震减灾工作的未来卫星遥感的需求设计 随着国民经济的发展和人民生活水平的不随着国民经济的发展和人民生活水平的不断提高，人民对减灾的期望和要求不断提高，断提高，人民对减灾的期望和要求不断提高，减轻地震灾害工作将遇到前所未有的压力和挑减轻地震灾害工作将遇到前所未有的压力和挑战。使用最新的卫星遥感技术是今后发展的必战。使用最新的卫星遥感技术是今后发展的必由之路，也只有这样才能最大限度地减轻地震由之路，也只有这样才能最大限度地减轻地震灾害。灾害。对于自然灾害，特别是地震灾害的观测，对于自然灾害，特别是地震灾害的观测，除有空间分辨率的要求以外，还要能在较短除有空间分辨率的要求以外，还要能在较短的时间内对一个地方进行重复观测，不同的的时间内对一个地方进行重复观测，不同的自然灾害具有不同的要求。经初步分析，用自然灾害具有不同的要求。经初步分析，用于地震灾害的卫星遥感分辨率要求在于地震灾害的卫星遥感分辨率要求在5m5m以内，以内，时间分辨率要求尽量高，通常要求每天能重时间分辨率要求尽量高，通常要求每天能重复复2 2次。目前，我国卫星遥感技术水平还比较次。目前，我国卫星遥感技术水平还比较落后，远远不能满足这些要求，因此，要采落后，远远不能满足这些要求，因此，要采取两步走的方案取两步走的方案:(1)(1)建立综合减灾卫星系统建立综合减灾卫星系统 在最近的几年内，主要利用其它国家的卫在最近的几年内，主要利用其它国家的卫星资源，建立综合减灾卫星系统，整个卫星系星资源，建立综合减灾卫星系统，整个卫星系统包括统包括:1):1)现已发射在轨的陆地资源卫星、气象现已发射在轨的陆地资源卫星、气象卫星卫星;2);2)雷达卫星雷达卫星;3);3)高分辨率遥感卫星。通过高分辨率遥感卫星。通过协调各个可用卫星机构，建立减灾卫星遥感资协调各个可用卫星机构，建立减灾卫星遥感资源获取保障系统，一旦地震发生，即联络最近源获取保障系统，一旦地震发生，即联络最近卫星，以接收震区遥感图象，并通过卫星地面卫星，以接收震区遥感图象，并通过卫星地面接收站和通讯传输网络将遥感图象快速传输到接收站和通讯传输网络将遥感图象快速传输到有关部门有关部门:（2 2）建立专用减灾小卫星系统）建立专用减灾小卫星系统 近来，小卫星在国际上有很大发展，一是近来，小卫星在国际上有很大发展，一是由于实现了卫星部件材料的轻型化和元器件的由于实现了卫星部件材料的轻型化和元器件的小型化；二是结构组合的改进。小而轻的卫星小型化；二是结构组合的改进。小而轻的卫星加上卫星平台，可以做到生产周期短、经济和加上卫星平台，可以做到生产周期短、经济和批童生产快、好、省。批童生产快、好、省。