文|李素菊 金晟玥 劉明 劉龍飛

1. 應急管理部國家減災中心

2. 應急衛(wèi)星工程與應用應急管理部重點實驗室

一、引言

2023 年2 月6 日，當?shù)貢r間4 時17 分和13時24 分，土耳其南部先后突發(fā)兩次7.8 級大地震，兩次地震震中分別位于加濟安泰普省、卡赫拉曼馬拉什省，相距約100km[1]。地震造成土耳其10 個省和相鄰敘利亞部分區(qū)域受災，傷亡重大、破壞嚴重。據(jù)統(tǒng)計，截至4 月6 日，地震造成土耳其50399 人死亡，107207 人受傷，1600 萬人（其中包括180萬敘利亞難民）受災[2]。本次地震是土耳其百年來遭受的最嚴重地震[3]。2 個多月后仍有240 萬人居住在地震帶上的臨時安置區(qū)。地震造成眾多建筑物倒塌和設施破壞，引發(fā)港口火災、水庫潰壩、文化遺產(chǎn)地破壞等多種次生災害。另外，截至2 月20日敘利亞政府控制區(qū)2000 余人因災遇難。[4-5]

嚴重地震災害引發(fā)國際社會廣泛關注和人道主義救援力量集中馳援。地震之后，土耳其政府和敘利亞人道主義組織請求國際援助。截至震后10 天，包括中國在內(nèi)100 多個國家的搜救隊參加了災區(qū)救援[5]，但由于災區(qū)余震頻發(fā)、低溫雨雪交加、設施破壞嚴重，救援行動受到嚴峻考驗。大規(guī)模建筑物倒塌是土耳其地震造成人口重大傷亡的主要原因。及時了解地震災區(qū)的建筑物損毀和設施破壞等總體情況，能夠為災區(qū)救援力量的合理部署提供參考信息。米級分辨率衛(wèi)星遙感能夠對災區(qū)的倒塌或嚴重破壞建筑物等進行有效識別監(jiān)測。

地震發(fā)生后，聯(lián)合國、國際、區(qū)域和多個國家的衛(wèi)星應急機制立即響應，利用多源遙感衛(wèi)星重點對災區(qū)建筑物毀損情況進行監(jiān)測評估，還對破裂帶分布進行監(jiān)測。我國應急管理部國家減災中心也緊急啟動衛(wèi)星應急監(jiān)測服務，利用多顆國產(chǎn)米級分辨率衛(wèi)星，對大部分重災區(qū)域的倒塌建筑物進行識別監(jiān)測。為中國救援隊和聯(lián)合國災害管理與應急反應天基信息平臺（UN-SPIDER）提供服務。本文在對國際衛(wèi)星監(jiān)測信息進行綜合的基礎上，對我國衛(wèi)星資源及監(jiān)測情況進行闡述，進一步對監(jiān)測范圍、衛(wèi)星數(shù)據(jù)、遙感信息和響應時效進行分析，并提出后續(xù)監(jiān)測建議，為重大地震多源衛(wèi)星數(shù)據(jù)監(jiān)測應對提供借鑒。

二、國際衛(wèi)星應急監(jiān)測

重大災害監(jiān)測是全球衛(wèi)星合作應用的重要領域。全球已經(jīng)形成一些運行性的國際和區(qū)域衛(wèi)星應急合作機制，針對地震等重大災害開展衛(wèi)星監(jiān)測服務，為國際應急救援救助提供重要信息支撐，在2008 年汶川地震、2010 年海地地震、2011 年日本大地震、2015 年尼泊爾地震等重大地震監(jiān)測中甚至發(fā)揮主力作用。本次地震也不例外，且在各自機制內(nèi)合作基礎上，在數(shù)據(jù)資源、監(jiān)測范圍等方面進一步協(xié)同，監(jiān)測效率有效提升。

空間與重大災害國際憲章（CHARTER）是國際衛(wèi)星應急監(jiān)測領域運行時間最長和獲取衛(wèi)星數(shù)據(jù)能力最強的國際合作機制，2000 年運行至今。截至2023 年4 月15 日，已經(jīng)為全球131 個國家的815 次重大災害開展應急監(jiān)測服務，合作的衛(wèi)星資源來自17 個成員的270 顆衛(wèi)星，通過數(shù)據(jù)統(tǒng)一申請、分別獲取、協(xié)同制圖、統(tǒng)一發(fā)布的方式開展服務。地震發(fā)生后，土耳其災害應急管理部門啟動CHARTER 行動，并負責協(xié)調本次地震衛(wèi)星監(jiān)測服務，一共獲得災前和災后包括Worldview、Pleidaes、GEO-EYE 等16 個衛(wèi)星系列的1554 幅災前災后影像，歐盟哥白尼應急管理服務項目（Copernicus-EMS）等多個機構或個人參與制圖，共生產(chǎn)制圖產(chǎn)品64 幅。同時，聯(lián)合國衛(wèi)星項目（UNOSAT）針對地震對敘利亞的影像啟動CHARTER 行動，先后共協(xié)調獲取764 幅災前災后衛(wèi)星影像，有3 家單位生產(chǎn)了22 幅制圖。兩次行動的數(shù)據(jù)和產(chǎn)品已經(jīng)在服務平臺發(fā)布。

Copernicus-EMS 是歐盟設立的地球觀測6 項服務項目之一，2012 年正式運行，主要依托哨兵系列衛(wèi)星并結合地面觀測，面向歐盟和全球提供衛(wèi)星應急監(jiān)測和洪澇、干旱等災害風險監(jiān)測預警信息。近年來，Copernicus-EMS 與CHARTER 合作，在國際重大災害應急中共享數(shù)據(jù)并協(xié)同制圖服務。本次土耳其地震中，Copernicus-EMS 當天啟動響應，利用CHARTER 共享的亞米級光學衛(wèi)星數(shù)據(jù)，選擇兩次震中周邊和高烈度區(qū)域的20 個建筑物密集區(qū)域開展精細監(jiān)測，總監(jiān)測面積達664km2，先后完成制圖產(chǎn)品64 幅，共識別出地震毀損道路84km、毀損建筑物3361 棟、連片倒塌建筑區(qū)1161 公頃、臨時安置區(qū)644 處。第一幅災后監(jiān)測圖于2 月8 日提供，震后6天就完成所有關注區(qū)域監(jiān)測產(chǎn)品的生產(chǎn)與服務，并通過網(wǎng)站提供圖片和矢量格式產(chǎn)品，供直接參考或進一步深化分析應用[6]。 CHARTER 和Copernicus 聯(lián)合生產(chǎn)的土耳其基里汗災情圖如圖1 所示。

聯(lián)合國衛(wèi)星應用項目（UNOSAT）設在聯(lián)合國訓練研究所,其通過利用地理信息系統(tǒng)和衛(wèi)星影像,為聯(lián)合國及其成員國、國際組織和非政府組織決策者提供災害應急制圖服務。土耳其地震應急期間，UNOSAT 負責敘利亞受災區(qū)域的衛(wèi)星監(jiān)測服務。針對敘利亞靠近土耳其的3 個省份，利用Worldview、GF-2 和Pleiades 等亞米級衛(wèi)星數(shù)據(jù)開展了建筑物損毀情況監(jiān)測，同時考慮到敘利亞地震災區(qū)也長期經(jīng)受戰(zhàn)亂，災前可能存在建筑物或設施毀壞情況，所以災前對比影像選擇6 個月內(nèi)的數(shù)據(jù)，通過災前災后變化檢測分析，監(jiān)測范圍27746 km2內(nèi)，識別發(fā)現(xiàn)因地震導致的616 棟建筑物倒塌、1472 棟嚴重損壞。同時，還發(fā)現(xiàn)三處歷史古跡因地震導致進一步損毀。此外，UNOSAT 利用2023 年2 月9日和14 日的衛(wèi)星圖像，發(fā)現(xiàn)土敘邊境奧龍?zhí)厮购友匕栋l(fā)生嚴重洪水，分析可能是由地震對水利基礎設施破壞導致水庫潰壩造成。[7]

三、國產(chǎn)衛(wèi)星應急監(jiān)測

地震發(fā)生后，應急管理部國家減災中心緊急啟動衛(wèi)星應急監(jiān)測機制，充分發(fā)揮國產(chǎn)多源遙感衛(wèi)星資源優(yōu)勢，對地震災區(qū)7 個城市的建筑物倒損情況進行監(jiān)測，特別針對中國救援隊所處的哈塔伊省安塔基亞市損失較重的街區(qū)開展了重點監(jiān)測，顯示生產(chǎn)30 幅監(jiān)測制圖產(chǎn)品，為國際救援任務提供了信息支持（圖2）。

圖2 國家減災中心土耳其地震應急響應時間軸

1. 國產(chǎn)衛(wèi)星數(shù)據(jù)獲取情況

土耳其地震發(fā)生后，國家減災中心立即啟動國產(chǎn)數(shù)據(jù)獲取機制，根據(jù)中國救援隊任務情況和美國地質勘探局（USGS）的地震烈度區(qū)，確定將位于VII度烈度區(qū)域的卡赫拉曼馬拉什、帕扎爾哲克、伊斯拉希耶、努爾達伊、安塔基亞、伊斯肯德倫、加濟安泰普等7 個城市作為重點關注區(qū)域，并及時申請和動態(tài)調整覆蓋以上區(qū)域的米級分辨率衛(wèi)星數(shù)據(jù)。2 月6 日根據(jù)申請，資源衛(wèi)星應用中心安排了當日高分多模衛(wèi)星和GF-1C 衛(wèi)星成像，但由于災區(qū)云層覆蓋，觀測數(shù)據(jù)無效。震后第二天，災區(qū)天氣逐漸好轉，2 月7 日到12 日，每日獲取覆蓋以上觀測區(qū)域的優(yōu)于2m 光學衛(wèi)星數(shù)據(jù)共54 景。其中2m 分辨率衛(wèi)星數(shù)據(jù)26 景，來自GF-1C、GF-1D、ZY-1F、GF-6 等衛(wèi)星，主要覆蓋IX 烈度區(qū)域并完全覆蓋7 個重點關注區(qū)；亞米級數(shù)據(jù)來自GF-2 和GF-7 衛(wèi)星共28 景，覆蓋了其中的5 個城市（圖3）。此外，災前數(shù)據(jù)以2022 年10 月以后的GF-1B、GF-1D 和GF-6 的2m數(shù)據(jù)作為參考。國產(chǎn)多源衛(wèi)星數(shù)據(jù)的每日持續(xù)獲取能力為災區(qū)情況動態(tài)監(jiān)測提供有效的數(shù)據(jù)保障。

圖3 土耳其地震災后國產(chǎn)衛(wèi)星數(shù)據(jù)覆蓋范圍圖

2. 衛(wèi)星監(jiān)測建筑物損毀情況

利用高分辨率光學衛(wèi)星影像，通過對比震前、震后建筑區(qū)或建筑物紋理變化特征，建立倒塌與嚴重損壞建筑物遙感解譯標志，在選取的7 個重點關注區(qū)域內(nèi)開展倒損建筑物的識別與監(jiān)測，監(jiān)測范圍內(nèi)共發(fā)現(xiàn)800 余棟建筑倒塌或嚴重損毀，包括卡赫拉曼馬拉什市110 棟、伊斯拉希耶60 棟、努爾達伊200 棟、安塔基亞360 棟、伊斯肯德倫70 棟。從監(jiān)測到的建筑物倒損數(shù)量上看，安塔基亞倒塌房屋較多，也是中國救援隊開展救援行動的城市，其次是距離震中較近的卡赫拉曼馬拉什和伊斯肯德倫。努爾達伊、伊斯拉希耶等中小城市倒塌及明顯損壞房屋比例較高。安塔基亞是土耳其哈塔伊省省會，位于第一次震中西南方向125km，倒塌建筑物呈現(xiàn)明顯的從北向南走向分布，與本地區(qū)斷裂帶分布及烈度區(qū)走向一致。2 月8日16 時許，中國救援隊抵達安塔基亞市，第一時間投入救援行動，先后在伊諾努、沃達巴斯、德米爾布肯等街區(qū)開展救援工作。努爾達伊是距離震中最近的小城市，距第一次震中20km，城區(qū)大部分地區(qū)均發(fā)現(xiàn)建筑物倒塌，分布平均且密集。卡赫拉曼馬拉什是卡赫拉曼馬拉什省省會，位于兩次震中之間，距離第一次、第二次震中分別為48km、50km，影像上多處發(fā)現(xiàn)大量用于集中轉移安置的帳篷區(qū)。此外，加濟安泰普市位于第一次震中東部37km，是距離震中最近的大型城市，整體的建筑倒塌情況相對較輕。土耳其地震災區(qū)部分城市建筑物損毀分布如圖4 所示。

圖4 土耳其地震災區(qū)部分城市建筑物損毀分布

四、結論與建議

全球高分辨率衛(wèi)星在土耳其地震應急中發(fā)揮重要作用。2月6日的土耳其一天內(nèi)遭遇兩次7.8級地震，造成土敘兩國重大傷亡和建筑物嚴重破壞，并引發(fā)大規(guī)模國際救援行動，迫切需要針對災區(qū)的總體情況信息。衛(wèi)星遙感作為國際重大災害監(jiān)測的重要手段和合作領域，已經(jīng)形成多個成熟運行的服務機制，并正在進一步強化機制間的數(shù)據(jù)共享與服務協(xié)同，震后一周內(nèi)實現(xiàn)了災區(qū)主要城鎮(zhèn)亞米級分辨率數(shù)據(jù)的全覆蓋，為全面了解地震災情信息提供了客觀直觀數(shù)據(jù)保障。災后7 天是衛(wèi)星應急監(jiān)測的關鍵時期，CHARTER 獲得的上千幅災區(qū)衛(wèi)星數(shù)據(jù)、亞米級數(shù)據(jù)重災區(qū)覆蓋、我國米級分辨率衛(wèi)星針對災區(qū)的每天監(jiān)測，是全球衛(wèi)星資源數(shù)量、類型、模式不斷豐富的具體體現(xiàn)。

CHARTER 服務平臺發(fā)布的60 多幅制圖來自10 多個制圖機構的監(jiān)測產(chǎn)品。Copernicus-EMS 和UNOSAT 作為最有代表性的兩個制圖機制，在共享CHARTER 數(shù)據(jù)基礎上，分別負責土耳其和敘利亞的監(jiān)測制圖，以服務于土耳其災害應急管理機構和敘利亞的聯(lián)合國人道救援為主要目標，有效避免了以往容易出現(xiàn)的監(jiān)測服務的冗余。中國應急管理部國家減災中心的制圖負責則以服務于中國國際救援為主要任務，同時相關產(chǎn)品也通過UN-SPIDER 信息平臺公開發(fā)布。從監(jiān)測對象來看，以災區(qū)城鎮(zhèn)的建筑物倒損為主，同時關注了受影響的道路、安置帳篷、次生洪澇災害、受損文化遺產(chǎn)等，有效發(fā)揮了衛(wèi)星遙感的綜合監(jiān)測優(yōu)勢。

中國是航天大國，也是災害多發(fā)的國家，衛(wèi)星遙感已經(jīng)成為災害監(jiān)測預警網(wǎng)絡重要組成，應急衛(wèi)星體系正在加快構建實施中。同時，也必須看到，與國際成熟運行的衛(wèi)星應急監(jiān)測機制水平和國家高效應急救援的要求相比，我國衛(wèi)星應急中還存在高分辨率衛(wèi)星資源少、應急監(jiān)測要素不全、產(chǎn)品豐度深度不足、服務方式單一等差距，數(shù)據(jù)冗余和產(chǎn)品重復現(xiàn)象在應急期間仍然存在。針對我國民商衛(wèi)星爆發(fā)發(fā)展大勢和全災種大應急的高效應急救援要求，在進一步系統(tǒng)總結土耳其地震衛(wèi)星應急監(jiān)測模式基礎上，建立一套基于我國多源衛(wèi)星、多機構制圖、多服務用戶的衛(wèi)星應急機制與平臺迫在眉睫。通過衛(wèi)星應急機制，實現(xiàn)衛(wèi)星數(shù)據(jù)的統(tǒng)一申請、統(tǒng)籌規(guī)劃、分別獲取、協(xié)同制圖、多元服務，不但利于國內(nèi)大災的高效應急救援支持，也利于國際災害的有效統(tǒng)籌服務。