遥感技术在灾害监测中的应用

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1、遥感技术在灾害监测中的应用 我国地域辽阔, 地理条件错综复杂, 是灾害发生率极高的国家之一, 特别是近年来由于生态环境一度恶化, 这一问题愈演愈烈: 北方沙尘暴疯狂肆虐, 黄河水干见底; 南方洪灾连年 1991 年华东地区特大洪水, 华北大旱; 1992 1995 年华北地区虫害蔓延, 同时连年旱灾; 1996年云南丽江地震; 1998 年夏华南空前特大洪灾; 1999年长江中下游、太湖流域特大洪水, 2000 年至今华北一直连年干旱 它们或为天灾, 或为人祸, 每年都造成数以千计人员的伤亡,直接经济损失高达数百亿人民币。 所有这一切无不令人担忧, 于是如何准确预灾害来临, 实时监控灾情发展,

2、 为灾害的防控提供强有力的支持, 成为亟待解决的重大问题。1.概括 因为所有这些重大灾害都具有突发性强, 波及面广, 危害性大几个共同点, 所以无论在有准备地区还是无准备地区, 都要求在短时间内做出反应, 提供灾区现状和评估的信息, 以辅助主管部门做出判断和决策。传统的地面监测在这方面局限性很大。而遥感技术是以航空摄影技术为基础, 在 20 世纪 60 年代初发展起来的一门新兴技术。其利用地面上空的飞机、飞船、卫星等飞行物上的遥感器收集地面数据资料, 具有可获取大范围数据资料、获取信息速度快、周期短、手段多、信息量大和受条件限制少等特点。因而与传统地面监测相比, 现代遥感技术在灾害发生前, 可

3、以不断提供关于自然灾害发生背景和条件的大量信息,有助于圈定某些灾害可能发生的地区、时段及危害程度, 采取必要的防灾措施, 减轻灾害造成的损失; 在灾害发展过程中, 可以不断监测灾害的进程和态势,及时把信息传输到各级抗灾指挥机关, 帮助他们有效地组织抗灾活动; 在成灾以后可以在大范围内迅速、准确地对灾害造成的损失进行分级评估, 以便及时组织救灾、恢复生产、重建家园。2 遥感技术原理及其在灾害监测中的优越性（1） 原理遥感即为 遥远的感知#。遥感技术就是根据电磁辐射 ( 发射、吸收、反射) 理论, 应用各种光学、电子学和电子光学探测仪器对远距离目标所辐射的电磁波信息进行接收记录, 再经过加工处理,

4、 并最终成像,从而对环境地物进行探测和识别的一种综合技术。据物质不同, 其分子、原子数量及组合方式不同, 所特有的反射的电磁波性质也不同, 对外来电磁波反射性质也就不同。因此不同的物体发射不同波段的电磁波,不同的物体对太阳和人工辐射有不同的吸收、反射和透射能力, 这些差别经过 遥感# 形成了不同的成像,然后把这些不同的遥感成像解译就可区分不同物体,从而收集目标物的各种信息数据, 掌握我们所需的各种信息资料。（ 2） 遥感技术在灾害监测中的优越性可快速进行大范围、立体性的灾害监测能从空中大面积地对灾害进行宏观监测研究, 使灾害监测工作向立体监测方向发展。航空相片提供了地面连续的立体图像, 拓宽了

5、视野, 这样可以克服地面点线监测的局限性及视野的阻隔, 便于从整体上把握灾害的各种资料。对于复杂多变、涉及面广的大型灾害优越性更明显。特别是对于大区域的环境灾害及动态变化 ( 如沙尘暴、特大洪灾等) 监测十分有利。获取的信息量大、效率高遥感技术采用现代航天工具, 能高速获取图像和数据资料, 并运用先进的电子光学仪器及电子计算机进行传导、接收、处理和提取大量与灾害相关的信息。这不仅给灾害监测赢得了大量时间, 而且及时获得了丰富的灾情背景资料, 为高效数据模型的建立创造了先决条件。 适应性强, 可获取其它监测手段无法获取的信息由于某些灾害的灾区自然条件恶劣, 如发生雪灾、山体滑坡、密林森林病虫害及

6、火灾、荒漠化等; 另外某些农业灾害发生在跨国境线, 如病虫害、沙漠化、火灾或一些农业气象灾害等, 常规监测手段根本无法奏效, 灾情资料难以获取, 此时遥感就成为灾害监控必不可少的重要手段。动态监测与常规监测手段不同, 卫星遥感监测不仅具有实时、动态的优点, 而且全天候工作, 因此可以对灾情进行连续、动态监测, 进而获得连续准确的灾情资料。利用这一点, 就可以对那些具有爆发隐患或周期性爆发的自然灾害 ( 如火山、泥石流等) 进行灾前预测; 对那些破坏力大、持续时间长、波及范围广的灾害 ( 如洪水、蝗灾等) 进行跟踪监测。此外, 也可以用于对灾后恢复过程进行跟踪监测, 及时掌握相关资料。3 遥感技

7、术在灾害监测中的应用范围（ 1 ）洪涝灾害洪水灾害具有突然性、持续时间短、危害大等特征。为了有效预防和控制洪水, 必须及时、迅速、准确了解灾情, 并及时对其做出反应。遥感技术是实现这一过程的先进手段, 在美国、加拿大等国家, 洪灾的遥感监测在 80年代就进入了实用阶段。遥感技术可以不受恶劣天气条件的影响, 通过航空、航天手段获取监测影像资料, 实时对洪灾进行监测, 应用相关软件迅速分析出洪水态势, 然后将分析结果以直观的图形、图表等形式传递给决策部门, 作为制定防洪减灾对策的重要依据。遥感技术在我国洪涝灾害中的应用比较成熟, 在减轻洪涝灾害损失方面发挥了重大作用, 特别是在紧急救灾和灾后重建方

8、面, 与其它常规手段相比具有更加快速、客观、全面的优越性。我国将遥感应用于洪灾监测始于 八五#、 九五# 期间, 并采用资源卫星和气象卫星资料LANDSAT TM 和NOAA/ AVHRR, 建立了 7大江河地区洪涝灾害易发区警戒水域遥感数据库。2003 年 7月, 淮河流域发生大洪水, 根据国家有关部门的统一安排, 适时启用了国家级洪涝灾害遥感监测业务运行系统,对这次大洪水进行了及时有效的动态监测, 比较好地跟踪了洪水推进过程。这既为国家综合及直接责任部门对于准确了解判断汛情提供了方便, 也为基层及一线防汛指挥人员的工作提供了技术支持。（2） 地质灾害地质灾害划分为泥石流、滑坡、崩塌、碎屑流

9、、水毁、沙害、冰雪害、翻浆及沼泽土等 9 类, 其中泥石流、滑坡、崩塌是主要的地质灾害。遥感技术宏观性强、时效性好、信息量丰富, 可以贯穿于地质灾害调查、监测、预警、评估的全过程, 能适应突发性地质灾害救灾工作的时效性要求。我国利用遥感技术开展地质灾害调查起步较晚,但进展较快。经初步统计迄今大约已覆盖了 80 余万km2的国土。我国地质灾害遥感调查是在山区大型工程建设或大江大河洪涝灾害防治服务中逐渐发展起来的。近 20 年遥感技术在地质灾害调查方面已取得了许多成功的经验, 但在地质灾害监测方面成功的实例还不多。因此充分利用航天遥感、差分干涉雷达和全球定位系统技术及其集成技术进行地质灾害监测,

10、是未来遥感对地观测技术体系在地质灾害监测应用中的必然发展趋势。（3） 沙尘灾害沙尘灾害泛指由浮尘、扬沙和沙尘暴等沙尘天气所造成的灾害。我国属于中亚沙暴区, 其中, 西北大部分地区, 整个华北地区, 东北地区西部, 都是沙尘灾害的多发区域, 而沙尘灾害的影响区域则远远大于上述范围。沙尘暴传统的地面监测方法受到许多因素的制约, 不能很好地刻画沙尘暴过程。而卫星遥感技术则可以从空间上捕捉沙尘天气动态信息, 且时间分辨率高, 是目前监测、跟踪、分析沙尘天气的最有效手段。我国沙尘灾害的研究始于 20 世纪 70 年代末, 进展速度一直较慢。随着 20 世纪 90 年代末我国北方地区大范围沙尘天气频繁出现

11、, 遥感在沙尘灾害中的应用广泛开展起来。例如, 1998 年中国国家林业局荒漠化监测中心负责的 沙尘暴卫星遥感监测与灾情评估系统# 开始研建, 2001 年试运行, 2002 年开始对外公布我国沙尘暴灾情评估报告, 并首次报告了 2002 年 3月 15 17 日、20 21 日两次沙尘天气过程中的地面损失情况和沙尘出现的时间、移动路径等内容。此外, 围绕沙尘暴问题我国学者还展开了广泛的研究。例如, 王式功和全林生等人研究了我国沙尘暴天气的时空分布特征、形成原因和发展趋势; 胡隐樵和光田宁等人研究了沙尘暴形成的动力条件; 纪飞、秦瑜等人从数值模拟和数值预报的角度, 模拟了沙尘暴发生、发展的机制

12、和演变结构; 史培军、范一大等人分析了我国北方地区沙尘暴沙源区的分布规律和成因, 并给出了相应对策。目前, 沙尘暴光学厚度、含沙量和强度等的定量计算离实际需要相差甚远, 但从方法上已经有了一些积累。主要制约因素是地面实测数据缺乏、下垫面条件复杂多样, 应该着重对这两方面进行有针对性的研究和试验。此外, 沙尘暴过程与下垫面状况之间关系还停留在定性描述阶段, 二者间的定量关系模型还需要进一步研究建立。研究表明, 应用卫星遥感结合GIS 和计算机网络技术进行沙尘暴灾害监测是非常有效的方法。（ 4） 农业病虫害将遥感等高科技用于农作物重大病虫害的防治是我国实现农业现代化的重要组成部分。遥感技术用于农业

13、病虫害综合治理, 最终期望达到两个目的: 第一,早期预报, 即通过遥感图像提取生境中与病虫害爆发有关的主要环境要素及其变化, 来推断病虫害最有可能发生的区域; 第二, 灾情监测和评估, 即当病虫害已经在局部区域造成危害时, 从遥感图像上提取受害植被相关信息, 快速、准确地判断出灾情发生状况( 分布、面积和程度) , 及时采取针对性的点、面防治措施, 这样既可阻止病虫害进一步蔓延又可减少环境污染。进入 20 世纪 90 年代以来, 遥感技术与地理信息系统 ( GIS) 技术的结合, 在农作物病虫害监测中得到日益广泛的应用 22。例如, 在蝗灾的防治中应用遥感和 GIS 技术能够实现如下功能: (

14、 1) 利用遥感技术实时、快速、覆盖范围广的特点, 对飞蝗在不同发育阶段与生存环境之间的相互影响进行全程跟踪监测,获得飞蝗及其栖息地的实时信息; ( 2) 利用 GIS 强大的数据分析和处理功能, 建立蝗灾信息数据库, 对灾情进行实时、快速、全面的分析处理, 从宏观上及时掌握灾情; ( 3) 将遥感与 GIS 技术两者相结合, 可以获得飞蝗衍生地特征、蝗灾历史踪迹等蝗害有关数据并进行集成和分析, 进而掌握蝗灾的范围、程度以及灭蝗的最佳时段等重要信息。（5） 其它灾害 地震预测随着全球城市化的进展, 地震给人类带来的灾难愈加严重。地震发生后, 采用现代遥感技术可以快速获取灾区的全面景观, 根据震

15、害分类分级及影像模型,判读图像, 在 1 2 天内确定灾情, 为快速评估地震损失, 救灾减灾提供决策。火山监测尽管目前我国火山活动性较弱, 但长白山、五大连池、台湾、腾冲以及西昆仑阿瓦库勒等地火山潜在喷发性都很强, 无不威胁着人民的生命财产安全, 因此我国对火山的监测预报工作也不容忽视。但由于火山地带环境复杂, 常规监测很难奏效, 所以遥感技术在此便有着重要意义。此外, 国内外环境工作者利用遥感技术对铁路灾害、森林火灾、霜冻、土壤侵蚀等灾害进行监测, 也都取得了较满意的结果。遥感技术已成为灾害分析不可缺少的重要手段,并在防灾减灾中取得了许多成功经验。但应该看到,我国遥感现在主要应用还集中在灾后

16、评估和应急反应方面, 灾害预测应用较少; 在许多应用中还没有很好地与 GIS ( 地理信息系统) 和GPS ( 全球定位系统) 结合, 以致大大限制了 3S 技术强大功能的发挥; 应用遥感信息面临的技术问题是如何将常规的方法从点到面进行扩展, 应用模型的构建, 遥感数据和信息与模型的链接以及多种数据同化等技术。目前这些技术尚不成熟, 有待进一步攻关和提高, 真正结合实际应用解决这些问题才能将遥感应用与常规方法结合, 发挥遥感的优势, 取得更好的效果。同时我们要跟踪遥感、地理空间信息应用的前沿技术, 促进遥感、地理空间信息系统应用的集成化、网络化和智能化,加强与信息技术的结合, 将模式识别、人工智能、专家系统等技术和新的算法引入到遥感信息分析技术中。当前要大力加强国家空间信息基础设施发展迫切需要的海量地理空间信息网络共享和商业化大型地理空间信息系统软件技术, 大型实用的遥感图像处理系统、车辆导航卫星定位设备等方面的技术创新工作, 不断提高国产化水平。加强遥感图像的智能化分类和识别、基于影像的地球空间核心要素的自动提取与变化发现、地学信息的知识提取和挖掘技术攻关和创新, 加强应用模型与遥感的结合, 加强 3S 技术集成和系统集成。