高分遙感在長(zhǎng)寧地震監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

文/ 李莉 孫曉敏

▲圖1 “高分二號(hào)”拍攝的長(zhǎng)寧災(zāi)前影像

▲圖2 長(zhǎng)寧縣雙河鎮(zhèn)災(zāi)前地物分類

▲圖3 雙河鎮(zhèn)區(qū)域“高分三號(hào)”獲取的條帶SAR圖像（地震前）

▲圖4 雙河鎮(zhèn)區(qū)域“高分三號(hào)”獲取的高分辨率SAR圖像（地震后）

6月17日22時(shí)55分，四川宜賓長(zhǎng)寧縣發(fā)生6.0級(jí)地震，震源深度16公里。在確定震中位置后，航天創(chuàng)智團(tuán)隊(duì)綜合分析了高分一號(hào)、高分二號(hào)、高分三號(hào)、高分一號(hào)B/C/D星和高分四號(hào)等國(guó)產(chǎn)衛(wèi)星拍攝的圖像，開展了災(zāi)害初步遙感解譯。

高分系列衛(wèi)星包括高分一號(hào)衛(wèi)星、高分一號(hào)B星、高分一號(hào)C星、高分一號(hào)D星、高分二號(hào)衛(wèi)星、高分三號(hào)衛(wèi)星（也稱SAR衛(wèi)星）、高分四號(hào)衛(wèi)星、高分五號(hào)衛(wèi)星以及高分六號(hào)衛(wèi)星，在防災(zāi)減災(zāi)中高分系列衛(wèi)星遙感提供了精準(zhǔn)、廣域及持續(xù)的感知能力，可實(shí)現(xiàn)災(zāi)前的風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別、災(zāi)中的災(zāi)情評(píng)估和災(zāi)后的全局監(jiān)測(cè)。在617長(zhǎng)寧地震中，高分系列衛(wèi)星應(yīng)用于受災(zāi)區(qū)域的監(jiān)測(cè)和評(píng)估，通過解譯衛(wèi)星影像能清楚地看到受災(zāi)區(qū)域的建筑破壞和道路損毀情況。

為明確災(zāi)情嚴(yán)重程度，需采集受災(zāi)區(qū)域?yàn)?zāi)前災(zāi)后的衛(wèi)星影像。災(zāi)前影像可使用分辨率較高的光學(xué)衛(wèi)星影像，比如分辨率可達(dá)0.8米的“高分二號(hào)”影像，對(duì)長(zhǎng)寧縣進(jìn)行監(jiān)測(cè)；選擇災(zāi)前日期較近的幾天內(nèi)影像，并保證云量少，且不會(huì)覆蓋重點(diǎn)監(jiān)測(cè)區(qū)域。使用全色融合技術(shù)對(duì)衛(wèi)星影像進(jìn)行融合，可看到分辨率更高的四波段光學(xué)影像。圖1是長(zhǎng)寧縣雙河鎮(zhèn)受災(zāi)前的影像。

災(zāi)后區(qū)域通常因?yàn)槭艿皆屏康挠绊懚鵁o(wú)法使用光學(xué)影像進(jìn)行監(jiān)測(cè)，而“高分三號(hào)”恰好解決了云層遮擋的問題。“高分三號(hào)”作為合成孔徑雷達(dá)衛(wèi)星可突破云層，分辨率達(dá)到1米，涵蓋多種成像模式，具有全天時(shí)、全天候?qū)Φ孛嬗^測(cè)的能力，能夠廣泛服務(wù)于我國(guó)海洋、減災(zāi)、水力及氣象等多個(gè)領(lǐng)域，為海洋開發(fā)、陸地環(huán)境資源監(jiān)測(cè)和防災(zāi)減災(zāi)等提供重要的技術(shù)支撐。

在分析衛(wèi)星影像時(shí)，還要借助于遙感軟件envi來(lái)對(duì)受災(zāi)區(qū)域進(jìn)行地物分類，以便于后續(xù)對(duì)于不同類別用地的受災(zāi)評(píng)估和監(jiān)測(cè)。

城鎮(zhèn)損壞區(qū)域檢測(cè)與評(píng)估

通過對(duì)損毀建筑物的散射特性分析，可以發(fā)現(xiàn)未受損毀的建筑物其物理散射特性是有規(guī)則的，而建筑物受到損毀甚至是完全倒塌的情況，在對(duì)應(yīng)的VHR（超高分辨率）SAR影像里面主要表現(xiàn)為漫反射。為了能夠清楚地看到城鎮(zhèn)受災(zāi)情況，團(tuán)隊(duì)對(duì)“高分三號(hào)”災(zāi)前災(zāi)后影像進(jìn)行預(yù)處理，處理后的結(jié)果如圖2和圖3所示。

由圖4可以看到，綠色框內(nèi)所標(biāo)注的建筑群區(qū)域比較規(guī)整，沒有大片建筑倒塌的情況，紅色橢圓框內(nèi)圖像不再那么規(guī)整，該區(qū)域出現(xiàn)了較嚴(yán)重的破損。

▲圖5 災(zāi)前雙河鎮(zhèn)建筑群光學(xué)影像

▲圖6 災(zāi)后雙河鎮(zhèn)建筑群SAR影像

▲圖7 X206部分路段光學(xué)影像 （災(zāi)前）

▲圖8 X206部分路段SAR影像（災(zāi)后）

▲圖9 X206部分路段SAR圖像（震前）

▲圖10 X206部分路段SAR圖像（震后）

圖5是雙河鎮(zhèn)建筑群的災(zāi)前光學(xué)影像，圖6是災(zāi)后雙河鎮(zhèn)建筑群的SAR影像，對(duì)比兩幅影像，可以看到紅框區(qū)域內(nèi)路段坍塌。圖7和圖8是同一區(qū)域的災(zāi)前災(zāi)后對(duì)比圖，比較左右兩幅紅框內(nèi)區(qū)域，可以發(fā)現(xiàn)災(zāi)后該路段損毀較為嚴(yán)重。

使用偽彩色合成的方法對(duì)極化SAR影像進(jìn)行處理，可以提高圖像的信息識(shí)別效果。為了更清晰地對(duì)比受災(zāi)程度，將震前和震后的SAR圖像進(jìn)行偽彩色處理，可以看到圖10中紅色方框內(nèi)圖像的顏色相對(duì)圖9更黃，這表明該區(qū)域地震后發(fā)生了明顯變化。圖9中的X206部分路段道路整體清晰可見，而圖10中部分路段已經(jīng)受到地震破壞，脈絡(luò)不清晰。

公路受災(zāi)情況檢測(cè)與評(píng)估

基于上面的方法同樣對(duì)雙河鎮(zhèn)區(qū)域的公路受災(zāi)情況進(jìn)行分析。圖12紅色橢圓框標(biāo)注了道路異常區(qū)域，明顯地看出該公路部分路段遭到阻塞。由圖13可以看到，衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)到的公路受災(zāi)情況得到了驗(yàn)證。

從上述兩個(gè)案例可以看到，高分遙感在防災(zāi)減災(zāi)中能夠發(fā)揮較大的作用，使用災(zāi)害變化檢測(cè)方法對(duì)災(zāi)前災(zāi)后影像進(jìn)行分析和解譯，有效地完成了災(zāi)害評(píng)估和監(jiān)測(cè)任務(wù)。

“關(guān)于地震方面，我們目前掌握的星源還不能做到預(yù)測(cè)，這同我們前不久發(fā)布的衛(wèi)星遙感火情監(jiān)測(cè)平臺(tái)是一樣的道理，我們可以做的是監(jiān)測(cè)。而地質(zhì)災(zāi)害方面的監(jiān)測(cè)，我們團(tuán)隊(duì)近年來(lái)一直在服務(wù)地方，在云南、西藏和江西部分市縣地區(qū)，根據(jù)區(qū)域的地質(zhì)情況，分析地質(zhì)塌陷風(fēng)險(xiǎn)、山體滑坡風(fēng)險(xiǎn)，再根據(jù)當(dāng)?shù)鼐用竦纳a(chǎn)生活情況，我們會(huì)形成一個(gè)地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估圖，據(jù)此綜合指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)，形成地震監(jiān)測(cè)的強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，進(jìn)行重點(diǎn)關(guān)注和防護(hù)；災(zāi)后階段，我們主要形成一個(gè)災(zāi)情評(píng)估專報(bào)，如哪些道路不通了，哪里房屋損毀了、損毀了多少，最佳救援路線規(guī)劃等等?！焙教靹?chuàng)智團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人徐崇斌談道。

▲圖11 雙河鎮(zhèn)出口進(jìn)入S26宜敘古高速路段光學(xué)圖像（災(zāi)前）

▲圖12 雙河鎮(zhèn)出口進(jìn)入S26宜敘古高速路段SAR圖像（災(zāi)后）

▲圖13 對(duì)應(yīng)位置的交通路況