· 文 |中國科學(xué)院成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所 崔鵬 蘇鳳環(huán)

國產(chǎn)高分辨率衛(wèi)星在“一帶一路”自然災(zāi)害風(fēng)險管理中的應(yīng)用

· 文 |中國科學(xué)院成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所 崔鵬 蘇鳳環(huán)

崔鵬，中國科學(xué)院院士，陜西西安人，自然地理與水土保持學(xué)家，973項(xiàng)目首席科學(xué)家，博士，現(xiàn)任中國科學(xué)院山地災(zāi)害與地表過程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任，曾任中國科學(xué)院水利部成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所所長、中科院云南東川泥石流觀測研究國家站站長。

“一帶一路”是“絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶”和“21世紀(jì)海上絲綢之路”的簡稱。包括陸地、海上五個走向?！耙粠А笔窃陉懙厣希腥齻€走向，從中國出發(fā)，一是經(jīng)中亞、俄羅斯到達(dá)歐洲；二是經(jīng)中亞、西亞到波斯灣、地中海；三是從中國到東南亞、南亞、印度洋。“一路”是在海上，有兩個走向，一是從中國沿海港口經(jīng)過南海到印度洋，延伸到歐洲；二是經(jīng)過南海到南太平洋。

“一帶一路”涉及歐亞非三大洲65個國家，沿線區(qū)域的大部分國家處于災(zāi)害易發(fā)、多發(fā)和頻發(fā)地區(qū)，同時又是經(jīng)濟(jì)不發(fā)達(dá)地區(qū)，多數(shù)為發(fā)展中國家。各類自然災(zāi)害頻發(fā)、損失嚴(yán)重，地震、干旱、洪澇、地質(zhì)災(zāi)害、火災(zāi)、海嘯、臺風(fēng)等自然災(zāi)害及其引發(fā)次生災(zāi)害時有發(fā)生，嚴(yán)重制約社會經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展和人民和諧安寧生活。

一、需求分析

1995-2015年，全球前10個因氣象災(zāi)害受災(zāi)的國家中，“一帶一路”沿線國家占了7個；1980-2015年，全球自然災(zāi)害很多發(fā)生在“一帶一路”沿線國家，其中，2000年，這個區(qū)域總共發(fā)生了235例（至少大于10人死亡，或經(jīng)濟(jì)損失超過千萬元）。

2004年12月26日，印度尼西亞蘇門答臘近海發(fā)生8.7級強(qiáng)震引起的巨大海嘯，波及東南亞、南亞和東非多國，共造成近30萬人死亡、7966人失蹤、超過100萬人無家可歸，成為20世紀(jì)以來造成人員傷亡最慘重的一次自然災(zāi)害。2010年中巴公路巴基斯坦境內(nèi)阿塔德巴德發(fā)生特大規(guī)模滑坡形成堰塞湖，掩埋和淹沒公路25km，導(dǎo)致中巴公路中斷5年之久，嚴(yán)重影響中巴經(jīng)貿(mào)往來。2013年6月16-18日，印度北部大部分地區(qū)連降暴雨，并引發(fā)泥石流和滑坡災(zāi)害，數(shù)百個村莊受災(zāi)，傷亡人數(shù)達(dá)6000～10000人。

基礎(chǔ)設(shè)施互聯(lián)互通是“一帶一路”建設(shè)的優(yōu)先領(lǐng)域。建設(shè)便利的基礎(chǔ)交通設(shè)施，提升沿線區(qū)域國家的道路通達(dá)水平，對于推動經(jīng)濟(jì)合作有重要的意義?！耙粠б宦贰毖鼐€地區(qū)的礦產(chǎn)、油氣等資源豐富，但地形地貌條件復(fù)雜多變。利用傳統(tǒng)手段進(jìn)行資源的調(diào)查與開發(fā)難度大。通過衛(wèi)星遙感技術(shù)的應(yīng)用，能夠?yàn)榻煌ㄒ?guī)劃提供地理信息技術(shù)，優(yōu)化交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)；利用分辨率較高的衛(wèi)星影像，能夠獲取地址信息，確定不同礦產(chǎn)資源的地質(zhì)界線。

近年來我國發(fā)射了一系列資源和環(huán)境衛(wèi)星，特別是資源三號、高分一號、天繪等國產(chǎn)高分辨率衛(wèi)星的使用，使我國衛(wèi)星對地觀測能力大幅提高，為利用國產(chǎn)高分辨率衛(wèi)星進(jìn)行中、大比例尺地質(zhì)災(zāi)害的調(diào)查、動態(tài)變化監(jiān)測等帶來契機(jī)。

隨著我國航天技術(shù)的成熟和地面應(yīng)用的快速發(fā)展，天空地一體化的衛(wèi)星綜合應(yīng)用技術(shù)已經(jīng)在自然資源調(diào)查、國土空間監(jiān)測、礦產(chǎn)資源開發(fā)、地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查、地區(qū)維穩(wěn)、交通規(guī)劃等多個方面加大國產(chǎn)衛(wèi)星數(shù)據(jù)的使用。國產(chǎn)衛(wèi)星應(yīng)用產(chǎn)業(yè)能夠?yàn)橥苿印耙粠б宦贰睉?zhàn)略的實(shí)施提供行之有效的基礎(chǔ)保障。

“一帶一路”沿途自然災(zāi)害發(fā)生頻繁，嚴(yán)重影響著沿線國家的安全和社會發(fā)展，制約著“一帶一路”重大戰(zhàn)略的實(shí)施。因此有必要利用國產(chǎn)衛(wèi)星數(shù)據(jù)對“一帶一路”沿途自然災(zāi)害開展風(fēng)險評價，對風(fēng)險防控進(jìn)行系統(tǒng)研究；為沿線國家、地區(qū)的自然災(zāi)害防御、重大基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、高效精準(zhǔn)救災(zāi)提供科學(xué)指導(dǎo)；同時評估結(jié)果能夠?yàn)椤耙粠б宦贰苯煌ㄟ\(yùn)輸暢通、重大基礎(chǔ)設(shè)施安全、沿線各國經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展提供科技保障。

二、國產(chǎn)衛(wèi)星在災(zāi)害管理中的應(yīng)用

災(zāi)害周期的各個階段，如風(fēng)險評估、災(zāi)害預(yù)警、應(yīng)急響應(yīng)、災(zāi)后重建都需要遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)及服務(wù)。災(zāi)害發(fā)生前后，都需要快速響應(yīng)獲取災(zāi)害發(fā)生區(qū)域的數(shù)據(jù)，并及時交付用于災(zāi)害發(fā)展的持續(xù)監(jiān)測。首選解決方案是高分辨率光學(xué)數(shù)據(jù)。

我國以往開展的災(zāi)害管理中采用的衛(wèi)星數(shù)據(jù)多以國外數(shù)據(jù)為主［1-4］。雖然國外衛(wèi)星數(shù)據(jù)質(zhì)量較好，但因成本過高、受數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)覆蓋能力等限制，調(diào)查的時效性往往相對滯后，難以真正實(shí)現(xiàn)對地質(zhì)環(huán)境、地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行動態(tài)實(shí)時監(jiān)控。

資源一號02C衛(wèi)星于2011年12月22日成功發(fā)射并持續(xù)有效在軌運(yùn)行，我國基于國產(chǎn)衛(wèi)星的國產(chǎn)資源遙感調(diào)查與監(jiān)測步入業(yè)務(wù)化運(yùn)行階段。隨著資源三號、高分一號、高分二號、天繪一號等國產(chǎn)高分辨率衛(wèi)星的成功發(fā)射，我國衛(wèi)星對地觀測能力大幅提高，已初步形成對地觀測網(wǎng)絡(luò)。

現(xiàn)有的國產(chǎn)衛(wèi)星數(shù)據(jù)滿足1∶2.5萬至1∶5萬災(zāi)害遙感調(diào)查需求，可替代國外衛(wèi)星數(shù)據(jù)，而且國產(chǎn)數(shù)據(jù)豐富、獲取方便、易于管控，適合開展地質(zhì)災(zāi)害業(yè)務(wù)化應(yīng)用和災(zāi)害風(fēng)險管理。在汶川地震、玉樹地震、蘆山地震、岷縣-彰縣地震、西藏昌都地震、尼泊爾地震、新疆公格爾九別峰冰川移動、深圳滑坡等災(zāi)害發(fā)生后，第一時間利用國產(chǎn)衛(wèi)星數(shù)據(jù)開展災(zāi)害應(yīng)急調(diào)查、險情評估、搶險救災(zāi)等工作，為災(zāi)害應(yīng)急管理提供了重要支撐。

三、國產(chǎn)衛(wèi)星在“一帶一路”災(zāi)害風(fēng)險管理中的應(yīng)用

1. 自然災(zāi)害風(fēng)險管理概述

聯(lián)合國人道主義事務(wù)部（UNDHA）于1991年和1992年兩次正式公布了自然災(zāi)害風(fēng)險的定義，認(rèn)為風(fēng)險是在一定區(qū)域和給定時段內(nèi)，由于某一自然災(zāi)害而引起的人們生命財產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)活動的期望損失值。之后，國內(nèi)外研究學(xué)者Smith（于1996年）、國際地科聯(lián)（IUGS）滑坡研究組、Tobin和Montz（于1997年）、Deyle（于1998年）、Hurst（于1998年）、黃崇福（于2001年）等分別提出了相應(yīng)的災(zāi)害風(fēng)險的概念。同時針對不同的災(zāi)害類型，如泥石流、滑坡、山洪、干旱、雪災(zāi)等災(zāi)種，提出了相應(yīng)的災(zāi)害風(fēng)險評價和風(fēng)險管理體系和框架，但基本沿用了圖1所示的范式。

確定自然災(zāi)害的基本風(fēng)險因素是災(zāi)害風(fēng)險的風(fēng)險辨識、風(fēng)險評價和風(fēng)險管理的重要基本步驟。自然災(zāi)害的基本風(fēng)險因素包括以下幾個方面：

1）自然孕災(zāi)環(huán)境要素：主要包括地質(zhì)構(gòu)造、地形地貌、氣候與水文條件、土壤植被條件、土地利用、人類活動等。

2）致災(zāi)因子要素（或激發(fā)要素）：災(zāi)害類型不同，其致災(zāi)因子亦不同。如泥石流。

3）承載體要素：主要包括人口要素（人口分布、人口數(shù)量、人口密度等）、經(jīng)濟(jì)要素（國民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)總值、人均產(chǎn)值、資產(chǎn)總值、土地價值等）、室內(nèi)財產(chǎn)等要素、房屋等建筑設(shè)施要素、生命線工程要素、農(nóng)林牧副漁等要素。

4）災(zāi)情要素：主要包括人口要素、經(jīng)濟(jì)要素、空間要素、時間要素和損失率要素等。

圖1 自然災(zāi)害風(fēng)險評價和管理范式

5）防災(zāi)減災(zāi)管理風(fēng)險要素主要包括防災(zāi)抗災(zāi)要素、減災(zāi)救災(zāi)要素、管理決策要素等。

自然災(zāi)害風(fēng)險管理涉及領(lǐng)域相當(dāng)廣泛，需要跨學(xué)科共同協(xié)作。目前的研究和應(yīng)用水平尚不能完全滿足社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展和防災(zāi)減災(zāi)管理的需要，主要表現(xiàn)在國家和地區(qū)之間研究發(fā)展不平衡、理論研究非常薄弱、評價成果沒有得到充分的實(shí)踐應(yīng)用和災(zāi)害風(fēng)險管理的理論基礎(chǔ)和技術(shù)方法仍不成熟。

2.國產(chǎn)衛(wèi)星的應(yīng)用

（1）“一帶一路”成災(zāi)環(huán)境背景數(shù)據(jù)庫共享平臺建設(shè)

構(gòu)建系統(tǒng)、大比例尺的自然災(zāi)害成災(zāi)環(huán)境背景數(shù)據(jù)庫，深入認(rèn)識成災(zāi)機(jī)理是開展風(fēng)險分析、減災(zāi)關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)的基礎(chǔ)。如何聯(lián)合“一帶一路”沿線國家，收集整理已有典型災(zāi)害資料，開展自然災(zāi)害調(diào)查，建立成災(zāi)環(huán)境背景數(shù)據(jù)共享平臺成為當(dāng)務(wù)之急。而國產(chǎn)高分辨率遙感衛(wèi)星提供了重要技術(shù)手段，能夠根據(jù)不同研究尺度，選擇合適的遙感影像，利用遙感判識技術(shù)獲取地形、地貌、地質(zhì)、土地利用、植被、氣象等關(guān)鍵自然要素，建立共享數(shù)據(jù)庫平臺。

（2）“一帶一路”沿線國家地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查

“一帶一路”有4塊地質(zhì)災(zāi)害嚴(yán)重區(qū)對工程建設(shè)影響較為突出，其中以中巴經(jīng)濟(jì)走廊地質(zhì)災(zāi)害問題最為突出?！敖z綢之路經(jīng)濟(jì)帶”穿越的高寒山區(qū)由于地質(zhì)構(gòu)造活躍、地形高差懸殊、氣候空間分異明顯，是地震、滑坡、泥石流等災(zāi)害的高發(fā)、易發(fā)區(qū)。如中巴（中國-巴基斯坦）、中伊土（中國-伊朗-土耳其）兩條經(jīng)濟(jì)走廊途徑的帕米爾高原段及新歐亞大陸橋穿天山段。除此之外，南亞也是山洪、泥石流、滑坡等災(zāi)害集中發(fā)育的區(qū)域；而中蒙俄經(jīng)濟(jì)走廊則以多年凍土災(zāi)害為主。

利用高分遙感影像進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害遙感調(diào)查，能夠節(jié)約大量的人力物力。在進(jìn)行人機(jī)交互解譯的同時，如何針對不同遙感影像特征及地質(zhì)災(zāi)害的成像特點(diǎn)，開展不同地質(zhì)災(zāi)害類型的定量判識與定量應(yīng)用分析，是今后此研究方向的研究重點(diǎn)和熱點(diǎn)。

（3）“一帶一路”沿線國家承載體分布遙感調(diào)查

承載體要素是災(zāi)害風(fēng)險評價的重要因素。承載體信息的獲取，除收集整理各國已有資料外，高分遙感影像判識技術(shù)能夠提取資源調(diào)查、交通干線分布、重大工程分布、生命線工程要素等信息，同時利用多時相影像，能夠?qū)χ攸c(diǎn)研究區(qū)的資源變化進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測。

（4）不同研究尺度的災(zāi)害風(fēng)險評價研究

“一帶一路”涉及區(qū)域廣袤，首先需要從宏觀尺度對沿線國家的災(zāi)害風(fēng)險進(jìn)行全面分析。

厘清不同災(zāi)害類型的主要分布區(qū)域，編制“一帶一路”宏觀尺度的災(zāi)害危險性分區(qū)圖。利用遙感影像提取的承載體信息及災(zāi)情分布，編制宏觀易損性評估圖。在上述基礎(chǔ)上，根據(jù)風(fēng)險的定量計算方法，得到一帶一路沿線國家的總體災(zāi)害風(fēng)險評估圖。根據(jù)風(fēng)險評估圖，能夠進(jìn)一步明確災(zāi)害風(fēng)險研究的重要研究區(qū)域。根據(jù)研究重點(diǎn)和區(qū)域特征，進(jìn)行中比例、大比例的風(fēng)險分析，為“一帶一路”的經(jīng)濟(jì)建設(shè)提供詳細(xì)可靠的評估報告。

四、總結(jié)

“一帶一路”的共建無疑給我國的國產(chǎn)衛(wèi)星行業(yè)帶來廣闊天地，同時也為推動“一帶一路”的戰(zhàn)略實(shí)施提供強(qiáng)有力的空間信息保障。另一方面，一帶一路也為我國構(gòu)建重大自然災(zāi)害預(yù)警、應(yīng)急防控體系提出了迫切需求，為協(xié)商建立多國協(xié)調(diào)的巨災(zāi)風(fēng)險防控信息共享與減災(zāi)聯(lián)動機(jī)制提供了契機(jī)，促進(jìn)中國與“一帶一路”沿線各國的災(zāi)害監(jiān)測、預(yù)警、救災(zāi)、減災(zāi)的科技合作。

［1］徐剛，鄭達(dá)興，李述靖，等.黃土高原西南部隴縣-千陽一帶崩塌、滑坡地質(zhì)災(zāi)害的遙感影像特征及分布規(guī)律［J］. 地質(zhì)通報，2008，27（11）：1837-1845.

［2］曾磊，黃玉華.黃土高原河谷演變與地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育規(guī)律研究——以陜西省子長縣為例［J］.中國地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報，2010，12（3）：67-72.

［3］程玉書.基于SPOT5影像的黃土地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害遙感信息提取研究［J］.測繪與空間地理信息，2014，37（11）：140-142.

［4］朱靜，唐川.遙感技術(shù)在我國滑坡研究中的應(yīng)用綜述［J］.遙感技術(shù)應(yīng)用，2012，27（3）：458-464.