災害遙感監測體系發展與展望

楊思全

楊思全，國家減災中心總工程師，研究員，兼任國家減災委辦公室副主任、國家減災委專家委秘書長、高分專項應用系統副總設計師、全國減災救災標委會副主任等職務。主要從事災害遙感監測與損失評估技術研究及業務體系建設工作。先后主持或參與國家“十一五”科技支撐計劃項目、科技部863重點項目、發改委產業化項目等10余項項目的研究與組織工作。目前，作為項目首席科學家，承擔科技部重點研發計劃“重大自然災害評估、救助與恢復重建技術研究與示范”項目實施工作?？蒲谐晒麡s獲民政部科技成果創新獎一等獎、“十一五”國家科技計劃執行突出貢獻獎、民政部科技成果創新獎二等獎、2010中國地理信息產業優秀工程金獎等省部級獎勵6項，發表論文80余篇，起草國家標準4項、國家發明專利4項，編寫專著4部，出版圖集1部。

災害遙感監測發展現狀

災害遙感監測在全球范圍內備受重視。1973年美國利用陸地衛星數據監測密西西比河洪澇災害拉開了災害遙感監測的序幕，此后災害遙感監測在全球蓬勃發展。全球層面，第3屆世界減災大會通過的《2015—2030年仙臺減災框架》，明確提出要著力推動災害遙感監測工作；第61屆聯大第110號決議同意“聯合國災害管理與應急反應天基信息平臺（UN-SPIDER）”項目，并在中國國家減災中心設立項目辦公室，旨在為所有國家、相關國際和區域組織災害管理提供遙感信息服務。區域層面，“空間與重大災害”國際憲章（Charter）、歐洲全球環境與安全監測計劃（Copernicus）、亞太空間合作組織（APSCO）等，也在積極推動區域災害遙感監測工作。國家層面，美國聯邦應急管理署（FEMA）、德國衛星圖像災害信息中心（ZKI）等機構也積極開展災害遙感監測和服務工作。

我國經過多年的發展，對災害遙感監測應用日趨廣泛和深入，在數據平臺、系統平臺、業務模式、工作流程、產品體系、業務標準等方面取得了顯著進展，初步具備空天地災害救助決策支撐能力（圖1）。目前，我國災害應急管理面臨諸多新挑戰、新形勢和新任務，在遙感技術應用方面，已有能力與應急工作需求差距還很大，突出表現為“用”的牽引不夠，災害發生后不能根據應急決策需求及時提供有效的信息供給。我們亟須借鑒國際先進經驗，以應急決策需求為牽引，以應急過程為主線，以空天地監測資源協同為手段，建立完備的災害遙感監測體系，為全面提升我國綜合防災減災能力提高強有力的技術支撐。

圖1 環境減災衛星全國影像鑲嵌圖

災害遙感監測業務體系建設的必要性

2018年10月10日，習近平總書記在中央財經委員會第三次會議上發表重要講話，強調自然災害防治關系國計民生，要建立高效科學的自然災害防治體系，提高全社會自然災害防治能力，為保護人民群眾生命財產安全和國家安全提供有力保障。會議指出，我國自然災害防治能力總體還比較弱，提高自然災害防治能力，是實現“兩個一百年”奮斗目標、實現中華民族偉大復興中國夢的必然要求，是關系人民群眾生命財產安全和國家安全的大事，也是對我們黨執政能力的重大考驗，必須抓緊抓實。要針對關鍵領域和薄弱環節，推動建設災害風險調查和重點隱患排查工程、自然災害監測預警信息化工程、自然災害防治技術裝備現代化工程等九大工程。

自然災害是一個十分復雜的過程，完備的災害監測體系是災害防治體系建設的重要支撐和保障，必須要在充分認識災害系統性、復雜性和全過程等特點的基礎上，利用天空地一體化的立體監測手段，對災害開展全方位、全鏈條的動態監測。

隨著衛星技術的快速發展，遙感技術已經作為災害監測的重要技術手段之一，越來越多地被應用到災害風險監測、災害范圍監測、災害損失監測和災后重建監測等決策支撐業務中。以極軌衛星和靜止軌道衛星等為主的天基遙感，覆蓋范圍廣，重復觀測能力強，適合對大范圍災害孕災環境、致災因子、災害范圍、動態變化等開展全天時全天候的監測和預警；以航空飛機、無人駕駛飛機、浮空器等為主的空基遙感，機動能力強，分辨率高，適合對突發性災害和重點區域進行動態監測和損失實物量的快速精準評估等；以高塔、車、船等地面平臺支撐的地基遙感，精度高，機動能力強，分辨率高，適合對災害重點風險目標和區域進行持續監測和預警，開展災害風險隱患排查和風險監測預警。通過充分發揮災害遙感監測作用，可以快速獲取比較準確的災害信息，包括災害風險、影響損失與恢復重建等全鏈條的數據，這都是災害防治的基礎和保障?？梢姡瑧锰炜盏亓Ⅲw監測手段，構建完備的災害遙感監測體系，是建立高效科學的災害防治體系的重要基礎，十分必要和迫切。

表1 災害遙感業務產品體系

災害遙感監測業務體系的基本構成

經過五十多年的發展，我國已建立了氣象、海洋、資源、環境減災和遙感等系列衛星，并且具備一定的業務化服務能力，建立了比較完備的災害遙感監測業務體系。

一是多源的數據平臺。穩定的數據獲取平臺是建立災害遙感監測業務體系的重要基礎。災害的復雜性決定了對衛星數據需求的多樣性。目前我國已建立了氣象、海洋、資源、環境減災和遙感等系列衛星，并具備一定的業務化服務能力，可以滿足不同災害的遙感監測需求。同時，我國空間基礎設施正處于轉型發展的關鍵期，技術能力從追趕世界先進技術為主向自主創新為主轉變，服務模式從試驗應用型為主向業務服務型為主轉變，行業應用從主要依靠國外數據和手段向主要依靠自主數據轉變，發展機制從政府投資為主向多元化、商業化發展轉變。這為構建完備的災害遙感監測體系，從數據獲取上提供了保障。

二是穩定的系統平臺。穩定的業務系統平臺是建立災害遙感監測業務體系的重要支撐。要基于大數據和云計算等技術，應用分層解耦的思想，開發建設災害遙感監測業務系統平臺，包括多源數據管理、基礎數據制備、遙感數據預處理、災害特征參數提取、災害風險監測、災害實物量損毀監測、災區生態恢復監測、災區基礎設施重建監測、災害綜合損失評估、災害場景可視化展示、監測評估產品制作、產品發布等子系統，具有面向多災種、覆蓋全過程、支撐多平臺、服務標準化等特點。為了充分發揮多源異構大數據的優勢，平臺還需要基于眾包技術建立強大的多源數據接入功能，實時接入自媒體和社會公眾的災害風險和損失等信息。系統平臺不僅要覆蓋災害的全過程和災害監測體系的全周期，而且在平臺內部要有清晰的數據流、作業流、信息流和產品流。通過系統平臺的建設，真正實現多源數據快速接入、數據快速處理、損失精準評估和產品的規范服務等能力。

三是完備的業務模式?？茖W完備的業務模式是災害遙感監測業務體系建設的重要方向。災害及其風險管理具有全過程的特點，從風險管理到應急處置，災害遙感監測的業務可以分為常態模式和應急模式。其中，常態模式主要是在災害發生前，利用遙感技術開展基礎數據制備、孕災環境監測、致災因子監測、高風險區重點目標動態監測和預警等，是開展防災備災工作的重要支撐。應急模式是指在災害發生后，利用遙感技術，開展災害范圍和房屋損毀、道路損毀、基礎設施毀壞等損失實物量快速監測，開展滑坡/泥石流等地質災害監測、森林火點識別、過火面積監測、積雪覆蓋面積監測、災區恢復重建進度監測等，是災害損失快速與綜合評估重要的數據保障，為應急救助和恢復重建方案的制訂提供重要支撐。

四是規范的工作流程。規范標準的工作流程是災害遙感監測業務體系建設的重要依據。災害遙感監測業務是需要根據綜合防災減災決策的需要，建立規范、高效、精準的業務流程與標準的服務體系。所以，針對常態與應急兩種業務模式，依據國家救災應急相應工作規程，建立規范的災害遙感監測業務規程，明確相關技術與工作流程。規程內容具體要根據災害類型、災害影響范圍和受災情況，明確響應級別，每一級的響應對使用的遙感數據類型、需要的基礎數據、技術處理流程、決策支持產品和產品服務方式，以及內外部相關方人員分工等要有非常詳細和明確的說明。

五是完善的產品體系。精準完善的產品體系是災害遙感監測業務體系建設的重要目標。根據災害遙感監測業務能力，基于目前所能使用的遙感數據和決策支持需求，災害遙感監測產品體系主要包括本底影像產品、災害特征參數產品、災害損失監測產品、恢復重建監測產品和應急救助監測產品等五大類一級產品，詳見表1。這個產品體系基本覆蓋災害全過程、全要素、多災種、全鏈條等，是開展災害遙感監測業務建設和能力提升的目標。

六是成熟的業務標準。完備成熟的業務標準是災害遙感監測業務體系建設的重要支撐。根據災害遙感監測業務需求，業務標準從頂層上應該包括基礎性標準、數據獲取標準、數據預處理標準、災害信息提取標準、災害損失評估標準、災后恢復重建標準、產品制作標準等幾大方面，這些標準應該具有系統性、全面性、先進性和可擴展性等特點。

災害遙感監測業務產品體系與服務

在災害遙感監測業務建設方面，應急管理部國家減災中心緊密圍繞國家減災與應急工作需求，依托環境減災衛星、高分專項衛星、遙感系列衛星、資源衛星等國內外衛星，建立了數據級、參數級、應用級和決策級等多層次產品，為減災救災決策工作提供了及時有效的服務。

（一）本底影像產品生產

災害本底影像產品用于揭示災區的基本狀況，以使決策者和公眾在第一時間獲取災害發生的位置、時間、等級等災害致災基本信息，以及災區居民地分布、人口分布、房屋分布、道路分布等承災體信息，進而分析是否成災以及可能造成的影響情況，為下一步的救援救助安排和人員轉移安置提供基礎產品支撐。圖1為環境減災衛星全國影像鑲嵌圖。

（二）災害特征參數反演

災害特征參數能反映災害的成因特征、時空特征、結構特征和發展過程特征，通常依據植被、水體、雪等地物光譜特征，對無序、隨機、多樣的自然災害特征進行定量化、規律化、簡單化的理論抽象和表達，是災害風險監測和損失評估的基礎。圖2是甘肅省張掖市綠洲5月與7月凈初級生產力參數反演產品。

（三）災害損失監測

災害損失監測是根據遙感影像的紋理信息和光譜信息，采用目視解譯、識別分類、變化檢測等方法開展受災范圍、房屋損毀、道路損毀、農作物受災、基礎設施損毀等災害目標識別，服務于災害救援和救助工作。

1.受災范圍監測

災害范圍用于描述災害影響的空間分布，可支持災害發生、發展、消亡的動態演變過程分析。綜合考慮致災強度、災情嚴重程度和災害造成的影響等因素，將災害范圍劃分為極重災區、嚴重災區、一般災區、影響區四類。圖3是2018年6月大興安嶺汗馬國家級自然保護區火點變化監測圖。

2.房屋損毀監測

房屋損毀監測是基于遙感影像開展不同類型、用途、結構的房屋損毀狀況和空間分布分析。根據圖像的紋理信息和光譜信息，將因災受損房屋劃分為倒塌房屋、嚴重受損房屋、中度受損房屋和一般受損房屋等四類。圖4是2013年4月20日四川雅安7.0級地震災區房屋損毀無人機遙感影像圖，圖5是2010年舟曲特大山洪泥石流災害房屋損毀評估圖。

圖2 甘肅省張掖市綠洲5月與7月凈初級生產力對比圖

圖3 大興安嶺汗馬國家級自然保護區火點變化監測圖

圖4 四川雅安7.0級地震災區房屋損毀無人機遙感影像圖

圖5 舟曲特大山洪泥石流災害房屋損毀評估圖

3.道路損毀監測

道路損毀評估是基于遙感影像開展不同行政等級、功能和適應的交通量等道路損毀狀況和空間分布分析。評估道路損毀的長度和寬度、通行狀況等。圖6是2017年8月納雍縣張家灣鎮普灑社區山體滑坡道路損毀遙感監測圖。

4.農田損毀監測

農田損毀評估是基于遙感影像開展農田損毀狀況和空間分布分析，評估農田損毀的程度和面積。圖7是2017年7月陜西省綏德縣農田受災遙感監測圖，圖8是2016年江蘇鹽城龍卷風冰雹特別重大災害農業大棚毀損監測圖。

（四）應急救助監測

應急救助監測是基于災情數據、遙感數據、社會經濟數據、基礎地理數據等，開展災情分布、災民安置點選址、救災帳篷安置分布、救災物資的分布、次生災害等應急監測，為應急救援救助決策和公眾獲取救援救助信息提供支撐。圖9是2010年4月青海省玉樹地震災區結古鎮周邊地區帳篷安置時序變化圖，圖10是2016年6月21日江西省上饒市鄱陽縣古縣渡鎮決堤封堵情況監測圖。

（五）恢復重建監測

恢復重建監測是在災害綜合評估的基礎上，依據災后恢復重建規劃開展住房建設、基礎設施建設、公共服務設施建設、防災減災和生態修復、土地利用恢復狀況和進度監測等。圖11是江蘇鹽城2016年6月23日龍卷風冰雹特別重大災害倒房恢復重建監測圖。

（六）安全隱患監測

安全隱患監測是利用衛星遙感手段，監測尾礦庫、危險化學品重大危險源、安全事故損毀目標等。圖12是2015年8月天津濱海新區爆炸區域影像圖。

圖6 納雍縣張家灣鎮普灑社區山體滑坡道路損毀遙感監測圖

圖7 2017年7月陜西省綏德縣農田受災遙感監測圖

圖8 江蘇鹽城龍卷風冰雹特別重大災害農業大棚毀損監測圖

圖9 青海省玉樹地震災區結古鎮周邊地區帳篷安置時序變化圖

圖10 2016年6月21日江西省上饒市鄱陽縣古縣渡鎮決堤封堵情況監測圖

圖11 江蘇省鹽城市2016年6月23日龍卷風冰雹特別重大災害倒房恢復重建監測圖

災害遙感監測業務體系發展展望

我國是災害多發頻發的國家，為防范化解重特大安全風險，健全公共安全體系，整合優化應急力量和資源，推動形成統一指揮、專常兼備、反應靈敏、上下聯動、平戰結合的中國特色應急管理體制，提高防災減災救災能力，確保人民群眾生命財產安全和社會穩定，十三屆全國人大一次會議表決通過了關于國務院機構改革方案的決定，批準設立中華人民共和國應急管理部。根據方案，將國家安全生產監督管理總局的職責，國務院辦公廳的應急管理職責，公安部的消防管理職責，民政部的救災職責，國土資源部的地質災害防治、水利部的水旱災害防治、農業部的草原防火、國家林業局的森林防火相關職責，中國地震局的震災應急救援職責以及國家防汛抗旱總指揮部、國家減災委員會、國務院抗震救災指揮部、國家森林防火指揮部的職責整合，組建應急管理部，作為國務院組成部門。

作為災害防治體系重要的支撐手段之一，應急管理部的組建帶來的既是挑戰，又是機遇，主要表現為：應急指揮調度對“通導遙廣”一體化集成的需求、精準化災害救助對天空地一體化融合集成的需求、風險綜合監測分析對遙感技術的業務需求、安全生產決策對遙感技術應用的業務需求、國際救援與合作對遙感技術的需求等方面。因此，新時期，災害遙感監測業務體系必須要加強以下幾個方面的工作：

一是建立“通導遙廣”一體化的應急保障體系。完整的災害遙感監測體系要與通信、導航和廣播衛星融為一體，要以衛星遙感監測業務為主體，通過通信衛星提供安全高效的通信鏈路，實現應急指揮調度和數據的快速傳輸；通過導航衛星提供精確的定位和實施路徑信息，為災害救援和物資管理提供定位導航信息保障；通過廣播衛星提供大范圍的災害知識和救災技能宣傳，指導受災群眾緊急避難，緩解受災群眾心理恐懼，開展自救互救。只有基于“通導遙廣”的技術手段，才能建立起高效科學的災害監測支撐體系。

二是建立“天空地”一體化的監測保障體系。災害遙感監測體系憑借其大范圍、高精度、高時效和全天時、全天候的特點，具有不可替代的重要作用。災害防治需要全方位的信息，單靠衛星遙感還不能夠完全滿足自然災害防治工作需要。要在加強衛星遙感技術應用的基礎上，充分發揮航空飛機、無人機、浮空器和地面臺站網、現場調查等作用。根據各自的優勢，建立“天空地”協同調度與指揮模式，明確各平臺的監測對象、時效和產品等要求。

三是建立自然災害與事故災難一體化業務體系。應急管理對象主要包括自然災害類和安全生產事故類，其中自然災害包括地震、森林/草原火災、地質災害、洪澇、旱災等，安全生產類包括火災事故、非煤礦山、?；肥鹿?、煙花爆竹事故、工商貿事故、煤礦事故等。為充分發揮遙感的技術優勢，挖掘在應急管理中的應用潛力，在進一步優化完善災害遙感監測業務的基礎上，要拓展建立安全生產事故類的應用業務，并貫串事前、事發、事中和事后全過程，逐步構建一個面向應急管理決策服務的多災種、全業務鏈的災害遙感監測業務體系。

圖12 天津濱海新區爆炸區域影像圖

四是建立風險監測與應急處置一體化業務體系。自然災害防治重在識別、化解災害風險。科學認識災害風險，是自然災害防治的重要基礎。習近平總書記強調要實施災害風險調查和重點隱患排查工程，掌握風險隱患底數。衛星遙感技術是災害風險監測識別的重要技術手段之一。通過衛星遙感技術手段，可以持續監測獲取孕災環境和致災因子的變化，為災害風險識別、綜合分析和預警提供重要的支持；導航定位技術可以對地質災害風險點等重點風險目標進行持續監測，并根據定位監測情況發布預警；通過通信廣播技術，可以為重大風險點或隱患點的群策群防數據傳輸、預警信息發布等提供重要保障。因此，需要構建風險監測與應急處置一體化的災害遙感監測業務體系。

五是建立國內支持與國際服務一體化業務體系。自然災害是人類共同面對的挑戰。習近平總書記強調，要堅持國際合作，協力推動自然災害防治。衛星遙感技術具有跨區域的能力，從而為區域性和大范圍的災害監測提供了可能。隨著空間技術減災應用的發展，人們越來越認識到衛星遙感技術的重要性，并提出了相關技術和應用的需求。在災害遙感監測體系構建中，要充分考慮在國內應用支持的基礎上，立足國內，面向國際，加大國際應用業務體系的研究和建立。