國產高分辨率衛星在“一帶一路”自然災害風險管理中的應用

· 文 |中國科學院成都山地災害與環境研究所 崔鵬 蘇鳳環

國產高分辨率衛星在“一帶一路”自然災害風險管理中的應用

· 文 |中國科學院成都山地災害與環境研究所 崔鵬 蘇鳳環

崔鵬，中國科學院院士，陜西西安人，自然地理與水土保持學家，973項目首席科學家，博士，現任中國科學院山地災害與地表過程重點實驗室主任，曾任中國科學院水利部成都山地災害與環境研究所所長、中科院云南東川泥石流觀測研究國家站站長。

“一帶一路”是“絲綢之路經濟帶”和“21世紀海上絲綢之路”的簡稱。包括陸地、海上五個走向。“一帶”是在陸地上，有三個走向，從中國出發，一是經中亞、俄羅斯到達歐洲；二是經中亞、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過南海到印度洋，延伸到歐洲；二是經過南海到南太平洋。

“一帶一路”涉及歐亞非三大洲65個國家，沿線區域的大部分國家處于災害易發、多發和頻發地區，同時又是經濟不發達地區，多數為發展中國家。各類自然災害頻發、損失嚴重，地震、干旱、洪澇、地質災害、火災、海嘯、臺風等自然災害及其引發次生災害時有發生，嚴重制約社會經濟可持續發展和人民和諧安寧生活。

一、需求分析

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

2004年12月26日，印度尼西亞蘇門答臘近海發生8.7級強震引起的巨大海嘯，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世紀以來造成人員傷亡最慘重的一次自然災害。2010年中巴公路巴基斯坦境內阿塔德巴德發生特大規模滑坡形成堰塞湖，掩埋和淹沒公路25km，導致中巴公路中斷5年之久，嚴重影響中巴經貿往來。2013年6月16-18日，印度北部大部分地區連降暴雨，并引發泥石流和滑坡災害，數百個村莊受災，傷亡人數達6000～10000人。

基礎設施互聯互通是“一帶一路”建設的優先領域。建設便利的基礎交通設施，提升沿線區域國家的道路通達水平，對于推動經濟合作有重要的意義。“一帶一路”沿線地區的礦產、油氣等資源豐富，但地形地貌條件復雜多變。利用傳統手段進行資源的調查與開發難度大。通過衛星遙感技術的應用，能夠為交通規劃提供地理信息技術，優化交通基礎設施建設；利用分辨率較高的衛星影像，能夠獲取地址信息，確定不同礦產資源的地質界線。

近年來我國發射了一系列資源和環境衛星，特別是資源三號、高分一號、天繪等國產高分辨率衛星的使用，使我國衛星對地觀測能力大幅提高，為利用國產高分辨率衛星進行中、大比例尺地質災害的調查、動態變化監測等帶來契機。

隨著我國航天技術的成熟和地面應用的快速發展，天空地一體化的衛星綜合應用技術已經在自然資源調查、國土空間監測、礦產資源開發、地質災害調查、地區維穩、交通規劃等多個方面加大國產衛星數據的使用。國產衛星應用產業能夠為推動“一帶一路”戰略的實施提供行之有效的基礎保障。

“一帶一路”沿途自然災害發生頻繁，嚴重影響著沿線國家的安全和社會發展，制約著“一帶一路”重大戰略的實施。因此有必要利用國產衛星數據對“一帶一路”沿途自然災害開展風險評價，對風險防控進行系統研究；為沿線國家、地區的自然災害防御、重大基礎設施建設、高效精準救災提供科學指導；同時評估結果能夠為“一帶一路”交通運輸暢通、重大基礎設施安全、沿線各國經濟可持續發展提供科技保障。

二、國產衛星在災害管理中的應用

災害周期的各個階段，如風險評估、災害預警、應急響應、災后重建都需要遙感衛星數據及服務。災害發生前后，都需要快速響應獲取災害發生區域的數據，并及時交付用于災害發展的持續監測。首選解決方案是高分辨率光學數據。

我國以往開展的災害管理中采用的衛星數據多以國外數據為主［1-4］。雖然國外衛星數據質量較好，但因成本過高、受數據獲取、數據覆蓋能力等限制，調查的時效性往往相對滯后，難以真正實現對地質環境、地質災害進行動態實時監控。

資源一號02C衛星于2011年12月22日成功發射并持續有效在軌運行，我國基于國產衛星的國產資源遙感調查與監測步入業務化運行階段。隨著資源三號、高分一號、高分二號、天繪一號等國產高分辨率衛星的成功發射，我國衛星對地觀測能力大幅提高，已初步形成對地觀測網絡。

現有的國產衛星數據滿足1∶2.5萬至1∶5萬災害遙感調查需求，可替代國外衛星數據，而且國產數據豐富、獲取方便、易于管控，適合開展地質災害業務化應用和災害風險管理。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、深圳滑坡等災害發生后，第一時間利用國產衛星數據開展災害應急調查、險情評估、搶險救災等工作，為災害應急管理提供了重要支撐。

三、國產衛星在“一帶一路”災害風險管理中的應用

1. 自然災害風險管理概述

聯合國人道主義事務部（UNDHA）于1991年和1992年兩次正式公布了自然災害風險的定義，認為風險是在一定區域和給定時段內，由于某一自然災害而引起的人們生命財產和經濟活動的期望損失值。之后，國內外研究學者Smith（于1996年）、國際地科聯（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）等分別提出了相應的災害風險的概念。同時針對不同的災害類型，如泥石流、滑坡、山洪、干旱、雪災等災種，提出了相應的災害風險評價和風險管理體系和框架，但基本沿用了圖1所示的范式。

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

1）自然孕災環境要素：主要包括地質構造、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）致災因子要素（或激發要素）：災害類型不同，其致災因子亦不同。如泥石流。

3）承載體要素：主要包括人口要素（人口分布、人口數量、人口密度等）、經濟要素（國民經濟生產總值、人均產值、資產總值、土地價值等）、室內財產等要素、房屋等建筑設施要素、生命線工程要素、農林牧副漁等要素。

4）災情要素：主要包括人口要素、經濟要素、空間要素、時間要素和損失率要素等。

圖1 自然災害風險評價和管理范式

5）防災減災管理風險要素主要包括防災抗災要素、減災救災要素、管理決策要素等。

自然災害風險管理涉及領域相當廣泛，需要跨學科共同協作。目前的研究和應用水平尚不能完全滿足社會經濟發展和防災減災管理的需要，主要表現在國家和地區之間研究發展不平衡、理論研究非常薄弱、評價成果沒有得到充分的實踐應用和災害風險管理的理論基礎和技術方法仍不成熟。

2.國產衛星的應用

（1）“一帶一路”成災環境背景數據庫共享平臺建設

構建系統、大比例尺的自然災害成災環境背景數據庫，深入認識成災機理是開展風險分析、減災關鍵技術研發的基礎。如何聯合“一帶一路”沿線國家，收集整理已有典型災害資料，開展自然災害調查，建立成災環境背景數據共享平臺成為當務之急。而國產高分辨率遙感衛星提供了重要技術手段，能夠根據不同研究尺度，選擇合適的遙感影像，利用遙感判識技術獲取地形、地貌、地質、土地利用、植被、氣象等關鍵自然要素，建立共享數據庫平臺。

（2）“一帶一路”沿線國家地質災害調查

“一帶一路”有4塊地質災害嚴重區對工程建設影響較為突出，其中以中巴經濟走廊地質災害問題最為突出。“絲綢之路經濟帶”穿越的高寒山區由于地質構造活躍、地形高差懸殊、氣候空間分異明顯，是地震、滑坡、泥石流等災害的高發、易發區。如中巴（中國-巴基斯坦）、中伊土（中國-伊朗-土耳其）兩條經濟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、滑坡等災害集中發育的區域；而中蒙俄經濟走廊則以多年凍土災害為主。

利用高分遙感影像進行地質災害遙感調查，能夠節約大量的人力物力。在進行人機交互解譯的同時，如何針對不同遙感影像特征及地質災害的成像特點，開展不同地質災害類型的定量判識與定量應用分析，是今后此研究方向的研究重點和熱點。

（3）“一帶一路”沿線國家承載體分布遙感調查

承載體要素是災害風險評價的重要因素。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能夠提取資源調查、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，能夠對重點研究區的資源變化進行動態監測。

（4）不同研究尺度的災害風險評價研究

“一帶一路”涉及區域廣袤，首先需要從宏觀尺度對沿線國家的災害風險進行全面分析。

厘清不同災害類型的主要分布區域，編制“一帶一路”宏觀尺度的災害危險性分區圖。利用遙感影像提取的承載體信息及災情分布，編制宏觀易損性評估圖。在上述基礎上，根據風險的定量計算方法，得到一帶一路沿線國家的總體災害風險評估圖。根據風險評估圖，能夠進一步明確災害風險研究的重要研究區域。根據研究重點和區域特征，進行中比例、大比例的風險分析，為“一帶一路”的經濟建設提供詳細可靠的評估報告。

四、總結

“一帶一路”的共建無疑給我國的國產衛星行業帶來廣闊天地，同時也為推動“一帶一路”的戰略實施提供強有力的空間信息保障。另一方面，一帶一路也為我國構建重大自然災害預警、應急防控體系提出了迫切需求，為協商建立多國協調的巨災風險防控信息共享與減災聯動機制提供了契機，促進中國與“一帶一路”沿線各國的災害監測、預警、救災、減災的科技合作。

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

［2］曾磊，黃玉華.黃土高原河谷演變與地質災害發育規律研究——以陜西省子長縣為例［J］.中國地質災害與防治學報，2010，12（3）：67-72.

［3］程玉書.基于SPOT5影像的黃土地區地質災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.遙感技術在我國滑坡研究中的應用綜述［J］.遙感技術應用，2012，27（3）：458-464.