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        高分遙感在長寧地震監(jiān)測中的應(yīng)用

        2019-08-23 06:15:38李莉孫曉敏
        太空探索 2019年8期
        關(guān)鍵詞:雙河路段衛(wèi)星

        文/ 李莉 孫曉敏

        ▲圖1 “高分二號(hào)”拍攝的長寧災(zāi)前影像

        ▲圖2 長寧縣雙河鎮(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)情評估和災(zāi)后的全局監(jiān)測。在617長寧地震中,高分系列衛(wèi)星應(yīng)用于受災(zāi)區(qū)域的監(jiān)測和評估,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,對長寧縣進(jìn)行監(jiān)測;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)測區(qū)域。使用全色融合技術(shù)對衛(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法使用光學(xué)影像進(jìn)行監(jiān)測,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^測的能力,能夠廣泛服務(wù)于我國海洋、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來對受災(zāi)區(qū)域進(jìn)行地物分類,以便于后續(xù)對于不同類別用地的受災(zāi)評估和監(jiān)測。

        城鎮(zhèn)損壞區(qū)域檢測與評估

        通過對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“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)情況檢測與評估

        基于上面的方法同樣對雙河鎮(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)害變化檢測方法對災(zāi)前災(zāi)后影像進(jìn)行分析和解譯,有效地完成了災(zāi)害評估和監(jiān)測任務(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,這同我們前不久發(fā)布的衛(wèi)星遙感火情監(jiān)測平臺(tái)是一樣的道理,我們可以做的是監(jiān)測。而地質(zhì)災(zāi)害方面的監(jiān)測,我們團(tuán)隊(duì)近年來一直在服務(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)評估圖,據(jù)此綜合指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測評價(jià),形成地震監(jiān)測的強(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。”航天創(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 對應(yīng)位置的交通路況

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