新疆塔什庫爾干塔吉克自治縣地震極災(zāi)區(qū)地震烈度遙感快速評(píng)估研究

李金香 常想德 趙朔 李亞芳 郭寅

新疆維吾爾自治區(qū)地震局，烏魯木齊市新市區(qū)科學(xué)二街338號(hào) 830011

0 引言

新疆是我國大陸主要的強(qiáng)震活動(dòng)區(qū)，面積約占全國國土總面積的六分之一，而地震活動(dòng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于這個(gè)比例。新疆也是我國地震災(zāi)害損失最為嚴(yán)重的地區(qū)之一，地震給當(dāng)?shù)厝嗣駧砹司薮蟮娜藛T傷亡和經(jīng)濟(jì)損失，同時(shí)也嚴(yán)重?cái)_亂了人們的生產(chǎn)、生活秩序。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，地震造成的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡都呈上升趨勢，且地震誘發(fā)的崩塌、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害易造成道路、河流阻斷，給應(yīng)急救災(zāi)工作帶來了嚴(yán)重影響（李愛農(nóng)等，2013）。面積大、災(zāi)害重，使得應(yīng)急救援工作難度提升。為提高救援效率，可引進(jìn)高科技手段進(jìn)行震害快速評(píng)估，為應(yīng)急救援順利進(jìn)行提供決策依據(jù)。

目前，震害信息的獲取主要依靠地震現(xiàn)場調(diào)查，通過該方法獲得的數(shù)據(jù)精度和置信度均較高，然而具有工作量大、效率低、費(fèi)用高和信息表達(dá)不直觀等不足（柳稼航等，2004）。遙感技術(shù)具有獲取信息快、信息量大、手段多等優(yōu)勢，為快速獲取災(zāi)區(qū)震害信息提供了一種新的高效技術(shù)手段（魏成階等，2008）。尤其是近年來隨著遙感衛(wèi)星影像分辨率的顯著提高，遙感影像識(shí)別震害的能力也大大提高，遙感技術(shù)在震害信息提取中的應(yīng)用越來越廣泛（王龍等，2007；陳文凱等，2010；王福濤等，2011）。如柳稼航（2003）利用遙感技術(shù)進(jìn)行城市建筑震害的識(shí)別研究；趙福軍等（2009）、曾濤等（2010）、王巖等（2009）等進(jìn)行了面向?qū)ο蟮倪b感震害信息提取研究；王麗濤等（2010）進(jìn)行了青海玉樹地震災(zāi)情遙感應(yīng)急監(jiān)測研究；王龍等（2007）基于遙感和GIS進(jìn)行了建筑物震害損失評(píng)估方法研究。隨著無人機(jī)遙感技術(shù)的快速發(fā)展，其機(jī)動(dòng)、快速、靈活、使用成本低、操作簡單等特點(diǎn)在震害信息獲取方面更加突出，采用無人機(jī)遙感技術(shù)進(jìn)行震害信息提取的專家學(xué)者越來越多（龔建華等，2008；徐志強(qiáng)等，2009；尹鵬飛等，2010）。

采用遙感技術(shù)進(jìn)行震害信息獲取主要是利用遙感影像進(jìn)行震害程度的識(shí)別，其結(jié)果與地面調(diào)查的結(jié)果存在一定的差異，為使遙感解譯結(jié)果與地面調(diào)查真實(shí)結(jié)果具有可比性，王曉青等提出了遙感震害定量化指標(biāo)（王曉青等，2015；中國地震局地震預(yù)測研究所，2010；Wang et al，2012）①王曉青、丁香、竇愛霞，2004，伽師地震遙感震害定量關(guān)系研究（內(nèi)部資料），依照地震現(xiàn)場調(diào)查中地震烈度的評(píng)定思路，將“震害指數(shù)”的概念引入到遙感評(píng)估中，建立遙感綜合震害指數(shù)與地面調(diào)查震害指數(shù)之間的定量關(guān)系，實(shí)現(xiàn)基于遙感的地震烈度評(píng)估，并在汶川、玉樹和蘆山等地震的一系列應(yīng)急遙感評(píng)估中得到了應(yīng)用。本次地震烈度遙感評(píng)估從快速產(chǎn)出角度出發(fā)，主要采用了震后快速獲取的無人機(jī)遙感影像與震前Google影像的人機(jī)交互震害提取方法。通過地震現(xiàn)場調(diào)查結(jié)果與震后無人機(jī)遙感影像對(duì)比分析而建立的建筑物遙感解譯特征，進(jìn)行震害信息快速提?。徊捎没凇罢鸷χ笖?shù)”的地震烈度遙感定量評(píng)估方法，快速確定極災(zāi)區(qū)地震烈度，并將遙感評(píng)估結(jié)果與地震現(xiàn)場調(diào)查結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，為地震應(yīng)急提供決策支持。

1 塔什庫爾干塔吉克自治縣“5·11”地震極災(zāi)區(qū)及數(shù)據(jù)收集

2017年5月11日5時(shí)58分（北京時(shí)間），新疆維吾爾自治區(qū)喀什地區(qū)塔什庫爾干塔吉克自治縣（以下簡稱塔縣）（37.58°N，75.25°E）發(fā)生 MS5.5地震，震源深度 8km，震中距塔縣縣城約24km。震中附近的喀什地區(qū)英吉沙縣、阿克陶縣、疏勒縣、疏附縣、喀什市有震感，地震造成塔縣8人遇難、31人受傷。

地震災(zāi)區(qū)指地震發(fā)生后，遭受人員傷亡、經(jīng)濟(jì)損失的地區(qū)（中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局等，2008），本次地震災(zāi)區(qū)為塔縣，其地質(zhì)地貌情況為：災(zāi)區(qū)位于帕米爾高原塔什庫爾干斷陷谷地，谷地內(nèi)發(fā)育有塔什庫爾干河，震區(qū)附近谷地與兩側(cè)高差700～1200m，谷地總體走向近SN，寬數(shù)千米，呈狹長狀，谷地兩岸冰磧物堆積及沖洪積堆積發(fā)育，村莊沿河流階地及山前沖洪積扇分布。地震極災(zāi)區(qū)指遭受地震災(zāi)害直接損失最嚴(yán)重的區(qū)域，不包括對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)無直接影響的地震地質(zhì)災(zāi)害地區(qū)（中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局等，2012b）。本次地震震中位于新疆喀什地區(qū)塔縣塔什庫爾干鄉(xiāng)，宏觀震中位于塔什庫爾干鄉(xiāng)庫孜滾村，本次地震的8名遇難者均出現(xiàn)在該村，庫孜滾村為本次地震的極災(zāi)區(qū)。

在地震發(fā)生后，新疆維吾爾自治區(qū)地震局即刻組織無人機(jī)應(yīng)急小組對(duì)地震極災(zāi)區(qū)進(jìn)行航拍，以最快的速度完成了宏觀震中喀什地區(qū)塔什庫爾干塔吉克自治縣塔什庫爾干鄉(xiāng)庫孜滾村的遙感影像數(shù)據(jù)采集工作，獲取了極災(zāi)區(qū)海量高分辨率遙感影像數(shù)據(jù)。圖1為塔縣地震極災(zāi)區(qū)無人機(jī)影像鑲嵌圖。本次應(yīng)急賑災(zāi)采用的無人機(jī)為INSPIRE1電動(dòng)無人機(jī)，具體參數(shù)為：有效載荷 3.5kg，最大俯仰角 35°，最長飛行時(shí)間 18.5min，配備 20mm廣角相機(jī) Sony Exmor R CMOS以及高精度防抖云臺(tái)，工作環(huán)境溫度－10～40℃。同時(shí)，派遣專業(yè)技術(shù)人員對(duì)災(zāi)區(qū)進(jìn)行地震現(xiàn)場調(diào)查，收集地震災(zāi)情信息，為災(zāi)區(qū)災(zāi)情評(píng)估、救援和災(zāi)后重建工作提供了科學(xué)決策依據(jù)。

圖1 塔縣地震極災(zāi)區(qū)無人機(jī)影像鑲嵌圖

2 遙感震害定量化模型

目前，地震現(xiàn)場調(diào)查常采用震害指數(shù)來表征震害程度。震害指數(shù)是將房屋震害程度用數(shù)字來表示，通常以“1.00”表示全部倒塌，以“0”表示完好無損，中間按需要?jiǎng)澐秩舾烧鸷Φ燃?jí)，用0～1.00之間的適當(dāng)?shù)臄?shù)字來表示（胡聿賢，1988）。平均震害指數(shù)是指一個(gè)建筑物群或一定地區(qū)范圍內(nèi)所有建筑的震害指數(shù)的平均值，即為各級(jí)震害的建筑物所占的比率與其相應(yīng)的震害指數(shù)的乘積之和（中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局等，2009）。

在同一地震烈度下，不同結(jié)構(gòu)類型建筑物的震害程度是不同的，可表示為與結(jié)構(gòu)相關(guān)的震害指數(shù)。某一調(diào)查點(diǎn)結(jié)構(gòu)類型i的平均震害指數(shù)由下式計(jì)算

式中，dij表示 i類房屋破壞等級(jí)為 j（j＝1，2，3，4，5）的震害指數(shù)，nij表示 i類房屋破壞等級(jí)為j的房屋幢數(shù)或建筑面積。

在同一地震烈度下，不同結(jié)構(gòu)類型建筑物抗震能力存在顯著的差別。為了能夠定量地確定某一地點(diǎn)的震害程度，通常選用磚混結(jié)構(gòu)建筑物的平均震害指數(shù)作為標(biāo)準(zhǔn)（中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局等，2012a），建立其他結(jié)構(gòu)類型建筑物i的平均震害指數(shù)與磚混結(jié)構(gòu)建筑物的平均震害指數(shù)的經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)關(guān)系，即將第i類房屋折合為等效的磚混結(jié)構(gòu)平均震害指數(shù)。這樣，就可得到該地點(diǎn)的綜合震害指數(shù)，即

式中，Ni為第i類房屋的幢數(shù)或建筑面積；N為全部統(tǒng)計(jì)的房屋的幢數(shù)或建筑面積。

綜合震害指數(shù)建立以后，通過綜合震害指數(shù)與地震烈度的對(duì)應(yīng)關(guān)系，就可以定量地確定該地點(diǎn)的地震烈度。

按照地震現(xiàn)場調(diào)查確定震害指數(shù)的思路，進(jìn)行建筑物震害遙感解譯，并進(jìn)行震害指數(shù)的計(jì)算。不同的是，遙感影像受拍攝視角、圖像空間分辨率等因素影響，在進(jìn)行單體建筑物震害程度遙感解譯時(shí)，通常分為3個(gè)破壞等級(jí)，即倒塌、局部倒塌、未倒塌。依照地面綜合震害指數(shù)的計(jì)算方法，王曉青等（2009）定義了遙感綜合震害指數(shù)，作為遙感震害定量化指標(biāo)

目前，在地震災(zāi)害損失評(píng)估中，基于震害指數(shù)評(píng)定地震烈度的方法應(yīng)用廣泛，而震害指數(shù)是在地震現(xiàn)場科學(xué)考察的基礎(chǔ)上獲得的，遙感解譯的震害信息與地面調(diào)查結(jié)果略有差異，只能在一定程度上反應(yīng)實(shí)際震害。為獲得更加準(zhǔn)確的地面震害信息，很多專家學(xué)者研究了遙感震害指數(shù)與地面實(shí)際震害指數(shù)的關(guān)系，并建立兩者之間的定量轉(zhuǎn)換模型，將遙感震害指數(shù)轉(zhuǎn)換為等效的地面震害指數(shù)，實(shí)現(xiàn)震害指數(shù)的遙感評(píng)估。典型的定量轉(zhuǎn)換模型主要有（竇愛霞等，2012；王曉青等，2013）：

多項(xiàng)式擬合的定量關(guān)系公式

線性擬合的定量關(guān)系公式

根據(jù)獲得的等效地面綜合震害指數(shù)，依據(jù)中國地震烈度表中綜合震害指數(shù)與地震烈度的對(duì)應(yīng)關(guān)系，得到災(zāi)區(qū)地震烈度。

3 地震現(xiàn)場震害調(diào)查及遙感震害提取

3.1 地震現(xiàn)場震害調(diào)查

塔縣5.5級(jí)地震發(fā)生后，新疆維吾爾自治區(qū)地震局地震現(xiàn)場工作組第一時(shí)間趕到災(zāi)區(qū)，對(duì)災(zāi)區(qū)建筑物震害、地表破裂、地震次生地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行了現(xiàn)場調(diào)查，獲得了大量的第一手野外資料。根據(jù)地震現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)，災(zāi)區(qū)建筑物類型主要有土石木結(jié)構(gòu)、磚木結(jié)構(gòu)、磚混結(jié)構(gòu)及框架結(jié)構(gòu)（圖2）。

圖2 塔縣地震極災(zāi)區(qū)典型建筑物結(jié)構(gòu)類型

土石木結(jié)構(gòu)房屋按照承重墻體可分成兩類，其中一類主要分布在山前洪積扇傾斜平原地帶，多為當(dāng)?shù)鼐用窬偷厝〔亩?，屋頂結(jié)構(gòu)為先搭建房梁，然后在其上擱置短木條作為椽子，再在椽子上鋪設(shè)草席后覆蓋房泥，部分老舊房屋屋頂房泥較厚，墻體由卵石、粉土砌筑而成，粘結(jié)強(qiáng)度極差，加之施工質(zhì)量和場地條件的影響，造成一定數(shù)量的房屋遭到毀壞或大面積破壞，是導(dǎo)致本次地震造成人員傷亡的主要原因；另一類主要分布在塔什庫爾干河兩岸階地上，此類房屋多為土坯砌筑而成，由于該地區(qū)經(jīng)濟(jì)落后，交通極為不便，房屋建造成本高，存在大量2000年左右建筑的土石木房屋。地震中第一類房屋大面積倒塌，房屋倒塌基本為整體性傾覆，第二類土坯房倒塌相對(duì)略少，多為局部倒塌，兩種房屋破壞量大且不具抗震性能，均列為土石木結(jié)構(gòu)房屋。磚木結(jié)構(gòu)房屋為近年新建居住用房，抗震能力好。老舊磚木房屋未經(jīng)抗震設(shè)防，多為粉土砌筑，木質(zhì)屋蓋，且房屋普遍較高，開間較大，縱橫墻體間無拉接、砌筑質(zhì)量較差。此次地震中老舊磚木房屋無整體倒塌，未造成人員傷亡。磚混結(jié)構(gòu)房屋主要為公用房屋及新建的安居富民房屋，其抗震能力較好，無整體倒塌?？蚣芙Y(jié)構(gòu)多為2010年后新建辦公用房，抗震能力好，未產(chǎn)生結(jié)構(gòu)性破壞，框架房屋的吊頂震落普遍，存在墜落傷人的安全隱患。

3.2 遙感震害提取

根據(jù)地震現(xiàn)場調(diào)查情況建立各類型建筑物解譯特征，如圖2所示：土石木結(jié)構(gòu)建筑物大多開間較小，屋頂以房泥覆蓋為主，邊緣不十分規(guī)則；磚木結(jié)構(gòu)建筑開間較土石木結(jié)構(gòu)略大，屋頂邊緣規(guī)則，可見外延木質(zhì)房梁；磚混結(jié)構(gòu)建筑開間與磚木結(jié)構(gòu)建筑類似，屋頂邊緣規(guī)則，無外延木質(zhì)房梁，屋頂多以混凝土覆蓋為主；框架結(jié)構(gòu)建筑開間較大，屋頂以混凝土覆蓋，邊緣規(guī)則，在災(zāi)區(qū)分布數(shù)量較少，多結(jié)合地震現(xiàn)場調(diào)查資料確定。對(duì)處理后的無人機(jī)遙感數(shù)據(jù)采用目視解譯方法進(jìn)行房屋結(jié)構(gòu)類型識(shí)別，識(shí)別的房屋結(jié)構(gòu)類型主要有土石木結(jié)構(gòu)、磚木結(jié)構(gòu)、磚混結(jié)構(gòu)及框架結(jié)構(gòu)。處理后的無人機(jī)遙感數(shù)據(jù)空間分辨率為0.05m，可用于災(zāi)區(qū)房屋結(jié)構(gòu)類型的高精度遙感解譯，具體的遙感解譯結(jié)果如圖3所示。圖3中紅色點(diǎn)位置為土石木結(jié)構(gòu)房屋建筑，該結(jié)構(gòu)類型的建筑在災(zāi)區(qū)分布廣泛，幾乎覆蓋了整個(gè)極災(zāi)區(qū)；黃色點(diǎn)位置為磚木結(jié)構(gòu)房屋建筑，藍(lán)色點(diǎn)位置為磚混結(jié)構(gòu)房屋建筑，綠色點(diǎn)位置為框架結(jié)構(gòu)房屋建筑，此三類結(jié)構(gòu)類型的建筑數(shù)量較少，主要分布在村委會(huì)附近及安居富民房區(qū)域，房屋質(zhì)量好，抗震性能強(qiáng)。

圖3 塔縣地震極災(zāi)區(qū)建筑物結(jié)構(gòu)類型分布

圖4 塔縣地震極災(zāi)區(qū)遙感解譯建筑物破壞情況分布

地震現(xiàn)場房屋震害調(diào)查時(shí)，將房屋破壞程度按《GB/T18208.3－2011地震現(xiàn)場工作第3部分：調(diào)查規(guī)范》（中華人民共和國國家質(zhì)量檢驗(yàn)檢疫總局等，2012a）劃分為基本完好、輕微破壞、中等破壞、嚴(yán)重破壞和毀壞5個(gè)等級(jí)進(jìn)行評(píng)定。然而在進(jìn)行遙感震害提取時(shí)，受遙感圖像拍攝視角、空間分辨率等因素的影響，單體建筑物遙感解譯的震害程度通常分為3個(gè)破壞等級(jí)，即倒塌、局部倒塌、未倒塌，其中，倒塌對(duì)應(yīng)地震現(xiàn)場調(diào)查規(guī)范中的毀壞（倒塌），局部倒塌對(duì)應(yīng)地震現(xiàn)場調(diào)查規(guī)范中的毀壞（未倒塌），未倒塌對(duì)應(yīng)地震現(xiàn)場調(diào)查規(guī)范中的其他類型。因此在進(jìn)行遙感震害指數(shù)計(jì)算時(shí)，公式（1）中房屋破壞等級(jí) j的取值為1、2、3。結(jié)合地震現(xiàn)場調(diào)查的房屋破壞特征，對(duì)處理過的無人機(jī)遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行目視解譯，獲取極災(zāi)區(qū)房屋建筑破壞情況，具體解譯結(jié)果如圖4所示。圖4中紅色三角為倒塌建筑，該類建筑在圖中分布廣泛，具有連片倒塌現(xiàn)象，由于建筑物連片倒塌后很難分清其原始位置，因此，在解譯倒塌建筑時(shí)，結(jié)合了Google地圖震前影像進(jìn)行辨別；黃色方框?yàn)榫植康顾ㄖG色圓形為未倒塌建筑，結(jié)合地震現(xiàn)場調(diào)查可知，未倒塌建筑以磚混、框架結(jié)構(gòu)居多，建筑抗震性能好，在地震中未受損害，遙感特征表現(xiàn)為未倒塌。

選擇43個(gè)現(xiàn)場調(diào)查點(diǎn)結(jié)果與遙感解譯結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。因無人機(jī)影像分辨率較高，遙感解譯結(jié)果與現(xiàn)場調(diào)查結(jié)果基本一致，43個(gè)點(diǎn)中只有2個(gè)點(diǎn)的遙感解譯結(jié)果與現(xiàn)場調(diào)查存在差異，遙感識(shí)別準(zhǔn)確率為95.35%，差異主要是將2個(gè)框架結(jié)構(gòu)建筑物遙感解譯為磚混結(jié)構(gòu)，需要進(jìn)行后期數(shù)據(jù)修正。總之，遙感識(shí)別的總體精度與可信度較高。

遙感解譯結(jié)果的地震現(xiàn)場調(diào)查驗(yàn)證方法如圖5所示：圖5（a）為無人機(jī)影像，地震現(xiàn)場調(diào)查采用GPS定點(diǎn)、照片取證以及填寫現(xiàn)場調(diào)查結(jié)果表的方式進(jìn)行；圖5（b）、5（c）分別為無人機(jī)影像中對(duì)應(yīng)房屋調(diào)查點(diǎn)的GPS定位結(jié)果及其現(xiàn)場調(diào)查照片，該建筑為土石木結(jié)構(gòu)建筑，遙感解譯為局部倒塌，現(xiàn)場調(diào)查結(jié)果為毀壞（未倒塌），解譯結(jié)果與現(xiàn)場調(diào)查一致；圖5（d）、5（e）分別為無人機(jī)影像中另一房屋調(diào)查點(diǎn)的GPS定位結(jié)果及其現(xiàn)場調(diào)查照片，該建筑為土石木結(jié)構(gòu)建筑，遙感解譯為倒塌，現(xiàn)場調(diào)查結(jié)果為毀壞（倒塌），解譯結(jié)果與現(xiàn)場調(diào)查一致。

圖5 無人機(jī)影像與現(xiàn)場調(diào)查對(duì)比圖

4 極災(zāi)區(qū)地震烈度遙感快速評(píng)估

根據(jù)無人機(jī)遙感數(shù)據(jù)結(jié)合地震現(xiàn)場調(diào)查情況，采用目視解譯方法獲得了極災(zāi)區(qū)建筑物結(jié)構(gòu)類型及破壞程度信息，完成極災(zāi)區(qū)建筑物遙感震害提取，根據(jù)提取結(jié)果，進(jìn)行空間統(tǒng)計(jì)分析，并計(jì)算極災(zāi)區(qū)建筑物綜合震害指數(shù)，結(jié)合地震烈度表，快速確定極災(zāi)區(qū)地震烈度，完成極災(zāi)區(qū)地震烈度遙感快速評(píng)估。

表1 各類型建筑物破壞程度遙感解譯結(jié)果（單位：幢）

采用統(tǒng)計(jì)分析方法得出各類型建筑物破壞程度遙感解譯結(jié)果，如表1所示，表1中將安居富民房區(qū)域的房屋進(jìn)行了單獨(dú)統(tǒng)計(jì)，該類房屋在建設(shè)時(shí)統(tǒng)一規(guī)劃，開辟單獨(dú)區(qū)域進(jìn)行單類結(jié)構(gòu)類型房屋集中建設(shè)，房屋質(zhì)量好，抗震性能高，在本次地震中沒有出現(xiàn)倒塌和局部倒塌現(xiàn)象。表1中數(shù)據(jù)為各類型房屋建筑不同破壞程度的數(shù)量。

《GB/T，17742-2008中國地震烈度表》（中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局等，2009）將5個(gè)等級(jí)的震害指數(shù)分別定義為：基本完好的震害指數(shù)范圍為0.00≤d＜0.10；輕微破壞的震害指數(shù)范圍為0.10≤d＜0.30；中等破壞的震害指數(shù)范圍為0.30≤d＜0.55；嚴(yán)重破壞的震害指數(shù)范圍為0.55≤d＜0.85；毀壞的震害指數(shù)范圍為0.85≤d≤1.00（中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)，2009）。根據(jù)建筑物震害遙感定量評(píng)估方法及前人應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，本文將遙感解譯的建筑物單體震害指數(shù)分別取值為：倒塌1.0；局部倒塌0.5；未倒塌0（竇愛霞等，2012；王曉青等，2013）。根據(jù)表1，結(jié)合式（1）計(jì)算各類型房屋建筑的遙感平均震害指數(shù)，計(jì)算得到各類型房屋建筑遙感平均震害指數(shù)，土石木結(jié)構(gòu)為0.79，磚木、磚混、框架及安居富民房結(jié)構(gòu)為0。

在實(shí)際應(yīng)用中，地震烈度的評(píng)定通常由磚混結(jié)構(gòu)的震害指數(shù)決定，故而將土石木結(jié)構(gòu)房屋建筑平均震害指數(shù)折合為等效的磚混結(jié)構(gòu)房屋平均震害指數(shù)，由于磚木、磚混、框架及安居富民房結(jié)構(gòu)房屋建筑平均震害指數(shù)均為0，此處無需折算。本文收集了新疆維吾爾自治區(qū)自1993年以來具有地震現(xiàn)場調(diào)查數(shù)據(jù)的震害資料，獲取其地震現(xiàn)場工作報(bào)告中烈度為Ⅶ度區(qū)的建筑物破壞比數(shù)據(jù)②新疆維吾爾自治區(qū)地震局科研專項(xiàng)，2013，未來十年新疆潛在地震危險(xiǎn)區(qū)地震災(zāi)害損失預(yù)測白皮書（內(nèi)部資料）（表2、3），對(duì)土木（土石木）結(jié)構(gòu)房屋建筑與磚混結(jié)構(gòu)房屋建筑平均震害指數(shù)關(guān)系進(jìn)行計(jì)算，將5個(gè)等級(jí)的震害指數(shù)分別取值為基本完好（0.05）、輕微破壞（0.2）、中等破壞（0.4）、嚴(yán)重破壞（0.7）和毀壞（1.0），對(duì)真實(shí)地震地面平均震害指數(shù)進(jìn)行計(jì)算，獲取8個(gè)真實(shí)地震中土木結(jié)構(gòu)和磚混結(jié)構(gòu)地面平均震害指數(shù)的關(guān)系，具體結(jié)果如圖6所示。

根據(jù)圖6中真實(shí)地震土木結(jié)構(gòu)和磚混結(jié)構(gòu)平均震害指數(shù)的關(guān)系，將本次地震土石木結(jié)構(gòu)平均震害指數(shù)折合為等效的磚混結(jié)構(gòu)平均震害指數(shù)，計(jì)算結(jié)果為0.36。采用式（3），計(jì)算本次地震極災(zāi)區(qū)遙感綜合震害指數(shù)，計(jì)算結(jié)果為0.26，由于遙感震害評(píng)估的局限性，其結(jié)果不能完全代表地面真實(shí)震害情況，為獲得更加準(zhǔn)確的地面實(shí)際震害指數(shù)，采用前人已經(jīng)建立的定量轉(zhuǎn)換公式，即式（4）、（5）進(jìn)行計(jì)算，由式（4）計(jì)算的等效地面震害指數(shù)為 0.56，式（5）計(jì)算的等效地面震害指數(shù)為0.52。本文采用的無人機(jī)影像分辨率較高，影像震害信息識(shí)別結(jié)果比較接近實(shí)際地面調(diào)查結(jié)果，因此遙感綜合震害指數(shù)0.26比較接近實(shí)際，由于遙感影像解譯無法識(shí)別建筑物內(nèi)部破壞情況，因此實(shí)際震害指數(shù)應(yīng)比0.26略高。式（4）、（5）是根據(jù)玉樹地震震害信息模擬獲得，采用的遙感影像分辨率較本文無人機(jī)影像分辨率低，因此實(shí)際震害指數(shù)應(yīng)比采用式（4）、（5）計(jì)算的結(jié)果低。故而本區(qū)域震害指數(shù)為0.26～0.56，更接近0.26。對(duì)應(yīng)《GB/T 17742-2008中國地震烈度表》（中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局等，2009）中的地震烈度為Ⅷ～Ⅸ度，更接近于Ⅷ度。實(shí)際地震現(xiàn)場調(diào)查該區(qū)域地震烈度為Ⅷ度異常點(diǎn)，塔縣地震烈度分布圖③http：//www.cea.gov.cn/publish/dizhenj/468/553/102562/102564/20170513144218567209462/index.htm l中該區(qū)域地震烈度為Ⅶ度。本文計(jì)算的遙感烈度評(píng)估結(jié)果與實(shí)際調(diào)查結(jié)果較為接近，然而經(jīng)過定量轉(zhuǎn)換模型計(jì)算的結(jié)果比實(shí)際調(diào)查結(jié)果偏高。由于模型是根據(jù)玉樹地震震害信息模擬獲得，且玉樹地震影像分辨率較低，而新疆地震地質(zhì)情況、建筑物材料及抗震情況、影像分辨率等均與玉樹存在差別，因此模型的適用性受到局限。今后需根據(jù)新疆的遙感震害信息和地面調(diào)查震害信息，修正定量轉(zhuǎn)換模型，為新疆地震烈度遙感快速評(píng)估服務(wù)。

表2 新疆歷史地震磚混結(jié)構(gòu)建筑物破壞比（%）

表3 新疆歷史地震土木結(jié)構(gòu)建筑物破壞比（%）

圖6 土木結(jié)構(gòu)和磚混結(jié)構(gòu)平均震害指數(shù)的關(guān)系圖

5 結(jié)論

本文利用無人機(jī)遙感數(shù)據(jù)結(jié)合地震現(xiàn)場調(diào)查信息，對(duì)塔縣地震極災(zāi)區(qū)庫孜滾村的建筑物震害信息進(jìn)行提取，并計(jì)算極災(zāi)區(qū)不同結(jié)構(gòu)類型房屋的遙感震害指數(shù)，結(jié)合新疆歷史地震震害資料確定了極災(zāi)區(qū)遙感綜合震害指數(shù)，根據(jù)遙感綜合震害指數(shù)與地震烈度關(guān)系模型，確定了塔縣地震極災(zāi)區(qū)地震烈度。結(jié)果表明：

（1）根據(jù)無人機(jī)遙感影像結(jié)合地震現(xiàn)場調(diào)查，進(jìn)行區(qū)域建筑物結(jié)構(gòu)類型和損毀程度遙感解譯，極災(zāi)區(qū)房屋結(jié)構(gòu)類型主要包括土石木結(jié)構(gòu)、磚木結(jié)構(gòu)、磚混結(jié)構(gòu)、框架結(jié)構(gòu)。倒塌和局部倒塌的房屋均為土石木結(jié)構(gòu)房屋，倒塌和局部倒塌的房屋占土石木結(jié)構(gòu)房屋總數(shù)的92.2%，占區(qū)域所有房屋總數(shù)的81.7%，極災(zāi)區(qū)安居富民房屋無一倒塌。當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)落后，建筑材料質(zhì)量差，抗震性能低，是此次地震小震巨災(zāi)的主要原因。

（2）采用上述遙感估計(jì)方法確定了塔縣地震極災(zāi)區(qū)的地震烈度為Ⅷ～Ⅸ度，計(jì)算的結(jié)果比地震現(xiàn)場調(diào)查的結(jié)果偏高，主要原因?yàn)椴捎玫倪b感綜合震害指數(shù)和地面真實(shí)震害指數(shù)的定量轉(zhuǎn)換模型是根據(jù)玉樹地震震害信息模擬獲得，而新疆地震地質(zhì)情況、建筑物材料及抗震情況等均與玉樹存在差別，因此模型的適用性受到局限。今后需根據(jù)新疆的遙感震害信息和地面調(diào)查震害信息，修正定量轉(zhuǎn)換模型，為新疆地震烈度遙感快速評(píng)估服務(wù)。

（3）限于遙感技術(shù)的宏觀、間接性，遙感震害信息提取結(jié)果并不能完全取代地震現(xiàn)場調(diào)查結(jié)果，二者之間仍存在一些差異，地震烈度評(píng)定的最終結(jié)果仍然要依據(jù)地震現(xiàn)場實(shí)地調(diào)查資料產(chǎn)生。遙感震害信息提取結(jié)果只能對(duì)極災(zāi)區(qū)的地震烈度做宏觀判斷，可以為地震應(yīng)急救援提供及時(shí)的依據(jù)；同時(shí)，只有將地震現(xiàn)場震害調(diào)查和遙感快速評(píng)估有效結(jié)合，才能使地震烈度評(píng)定的速度和精度都得到進(jìn)一步提高。

總的來看，無人機(jī)遙感技術(shù)提高了獲取地震災(zāi)情信息的能力。在震害嚴(yán)重、救災(zāi)任務(wù)緊的時(shí)候，借助無人機(jī)快速采集極災(zāi)區(qū)災(zāi)情信息，可以獲得災(zāi)區(qū)客觀的災(zāi)情數(shù)據(jù)。在現(xiàn)場災(zāi)情信息采集受到意見相左等各種主觀因素影響時(shí)，無人機(jī)遙感影像有利于對(duì)災(zāi)情做出正確判斷和評(píng)估，同時(shí)通過定量研究并依據(jù)遙感資料，可在一定程度上確定災(zāi)區(qū)地震的烈度分布，為地震應(yīng)急救援提供決策依據(jù)，提高地震應(yīng)急救援的時(shí)效性。

致謝：在新疆塔縣地震極災(zāi)區(qū)地震烈度遙感快速評(píng)估過程中，新疆維吾爾自治區(qū)地震局防御自然災(zāi)害研究所提供了無人機(jī)遙感數(shù)據(jù)支持，中國地震局地震預(yù)測研究所王曉青研究員、竇愛霞副研究員給出了寶貴的建議，審稿專家給出重要修改意見，在此一并致謝。