国产高分辨率卫星在“一带一路”自然灾害风险管理中的应用

· 文 |中国科学院成都山地灾害与环境研究所 崔鹏 苏凤环

国产高分辨率卫星在“一带一路”自然灾害风险管理中的应用

· 文 |中国科学院成都山地灾害与环境研究所 崔鹏 苏凤环

崔鹏，中国科学院院士，陕西西安人，自然地理与水土保持学家，973项目首席科学家，博士，现任中国科学院山地灾害与地表过程重点实验室主任，曾任中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所所长、中科院云南东川泥石流观测研究国家站站长。

“一带一路”是“丝绸之路经济带”和“21世纪海上丝绸之路”的简称。包括陆地、海上五个走向。“一带”是在陆地上，有三个走向，从中国出发，一是经中亚、俄罗斯到达欧洲；二是经中亚、西亚到波斯湾、地中海；三是从中国到东南亚、南亚、印度洋。“一路”是在海上，有两个走向，一是从中国沿海港口经过南海到印度洋，延伸到欧洲；二是经过南海到南太平洋。

“一带一路”涉及欧亚非三大洲65个国家，沿线区域的大部分国家处于灾害易发、多发和频发地区，同时又是经济不发达地区，多数为发展中国家。各类自然灾害频发、损失严重，地震、干旱、洪涝、地质灾害、火灾、海啸、台风等自然灾害及其引发次生灾害时有发生，严重制约社会经济可持续发展和人民和谐安宁生活。

一、需求分析

1995-2015年，全球前10个因气象灾害受灾的国家中，“一带一路”沿线国家占了7个；1980-2015年，全球自然灾害很多发生在“一带一路”沿线国家，其中，2000年，这个区域总共发生了235例（至少大于10人死亡，或经济损失超过千万元）。

2004年12月26日，印度尼西亚苏门答腊近海发生8.7级强震引起的巨大海啸，波及东南亚、南亚和东非多国，共造成近30万人死亡、7966人失踪、超过100万人无家可归，成为20世纪以来造成人员伤亡最惨重的一次自然灾害。2010年中巴公路巴基斯坦境内阿塔德巴德发生特大规模滑坡形成堰塞湖，掩埋和淹没公路25km，导致中巴公路中断5年之久，严重影响中巴经贸往来。2013年6月16-18日，印度北部大部分地区连降暴雨，并引发泥石流和滑坡灾害，数百个村庄受灾，伤亡人数达6000～10000人。

基础设施互联互通是“一带一路”建设的优先领域。建设便利的基础交通设施，提升沿线区域国家的道路通达水平，对于推动经济合作有重要的意义。“一带一路”沿线地区的矿产、油气等资源丰富，但地形地貌条件复杂多变。利用传统手段进行资源的调查与开发难度大。通过卫星遥感技术的应用，能够为交通规划提供地理信息技术，优化交通基础设施建设；利用分辨率较高的卫星影像，能够获取地址信息，确定不同矿产资源的地质界线。

近年来我国发射了一系列资源和环境卫星，特别是资源三号、高分一号、天绘等国产高分辨率卫星的使用，使我国卫星对地观测能力大幅提高，为利用国产高分辨率卫星进行中、大比例尺地质灾害的调查、动态变化监测等带来契机。

随着我国航天技术的成熟和地面应用的快速发展，天空地一体化的卫星综合应用技术已经在自然资源调查、国土空间监测、矿产资源开发、地质灾害调查、地区维稳、交通规划等多个方面加大国产卫星数据的使用。国产卫星应用产业能够为推动“一带一路”战略的实施提供行之有效的基础保障。

“一带一路”沿途自然灾害发生频繁，严重影响着沿线国家的安全和社会发展，制约着“一带一路”重大战略的实施。因此有必要利用国产卫星数据对“一带一路”沿途自然灾害开展风险评价，对风险防控进行系统研究；为沿线国家、地区的自然灾害防御、重大基础设施建设、高效精准救灾提供科学指导；同时评估结果能够为“一带一路”交通运输畅通、重大基础设施安全、沿线各国经济可持续发展提供科技保障。

二、国产卫星在灾害管理中的应用

灾害周期的各个阶段，如风险评估、灾害预警、应急响应、灾后重建都需要遥感卫星数据及服务。灾害发生前后，都需要快速响应获取灾害发生区域的数据，并及时交付用于灾害发展的持续监测。首选解决方案是高分辨率光学数据。

我国以往开展的灾害管理中采用的卫星数据多以国外数据为主［1-4］。虽然国外卫星数据质量较好，但因成本过高、受数据获取、数据覆盖能力等限制，调查的时效性往往相对滞后，难以真正实现对地质环境、地质灾害进行动态实时监控。

资源一号02C卫星于2011年12月22日成功发射并持续有效在轨运行，我国基于国产卫星的国产资源遥感调查与监测步入业务化运行阶段。随着资源三号、高分一号、高分二号、天绘一号等国产高分辨率卫星的成功发射，我国卫星对地观测能力大幅提高，已初步形成对地观测网络。

现有的国产卫星数据满足1∶2.5万至1∶5万灾害遥感调查需求，可替代国外卫星数据，而且国产数据丰富、获取方便、易于管控，适合开展地质灾害业务化应用和灾害风险管理。在汶川地震、玉树地震、芦山地震、岷县-彰县地震、西藏昌都地震、尼泊尔地震、新疆公格尔九别峰冰川移动、深圳滑坡等灾害发生后，第一时间利用国产卫星数据开展灾害应急调查、险情评估、抢险救灾等工作，为灾害应急管理提供了重要支撑。

三、国产卫星在“一带一路”灾害风险管理中的应用

1. 自然灾害风险管理概述

联合国人道主义事务部（UNDHA）于1991年和1992年两次正式公布了自然灾害风险的定义，认为风险是在一定区域和给定时段内，由于某一自然灾害而引起的人们生命财产和经济活动的期望损失值。之后，国内外研究学者Smith（于1996年）、国际地科联（IUGS）滑坡研究组、Tobin和Montz（于1997年）、Deyle（于1998年）、Hurst（于1998年）、黄崇福（于2001年）等分别提出了相应的灾害风险的概念。同时针对不同的灾害类型，如泥石流、滑坡、山洪、干旱、雪灾等灾种，提出了相应的灾害风险评价和风险管理体系和框架，但基本沿用了图1所示的范式。

确定自然灾害的基本风险因素是灾害风险的风险辨识、风险评价和风险管理的重要基本步骤。自然灾害的基本风险因素包括以下几个方面：

1）自然孕灾环境要素：主要包括地质构造、地形地貌、气候与水文条件、土壤植被条件、土地利用、人类活动等。

2）致灾因子要素（或激发要素）：灾害类型不同，其致灾因子亦不同。如泥石流。

3）承载体要素：主要包括人口要素（人口分布、人口数量、人口密度等）、经济要素（国民经济生产总值、人均产值、资产总值、土地价值等）、室内财产等要素、房屋等建筑设施要素、生命线工程要素、农林牧副渔等要素。

4）灾情要素：主要包括人口要素、经济要素、空间要素、时间要素和损失率要素等。

图1 自然灾害风险评价和管理范式

5）防灾减灾管理风险要素主要包括防灾抗灾要素、减灾救灾要素、管理决策要素等。

自然灾害风险管理涉及领域相当广泛，需要跨学科共同协作。目前的研究和应用水平尚不能完全满足社会经济发展和防灾减灾管理的需要，主要表现在国家和地区之间研究发展不平衡、理论研究非常薄弱、评价成果没有得到充分的实践应用和灾害风险管理的理论基础和技术方法仍不成熟。

2.国产卫星的应用

（1）“一带一路”成灾环境背景数据库共享平台建设

构建系统、大比例尺的自然灾害成灾环境背景数据库，深入认识成灾机理是开展风险分析、减灾关键技术研发的基础。如何联合“一带一路”沿线国家，收集整理已有典型灾害资料，开展自然灾害调查，建立成灾环境背景数据共享平台成为当务之急。而国产高分辨率遥感卫星提供了重要技术手段，能够根据不同研究尺度，选择合适的遥感影像，利用遥感判识技术获取地形、地貌、地质、土地利用、植被、气象等关键自然要素，建立共享数据库平台。

（2）“一带一路”沿线国家地质灾害调查

“一带一路”有4块地质灾害严重区对工程建设影响较为突出，其中以中巴经济走廊地质灾害问题最为突出。“丝绸之路经济带”穿越的高寒山区由于地质构造活跃、地形高差悬殊、气候空间分异明显，是地震、滑坡、泥石流等灾害的高发、易发区。如中巴（中国-巴基斯坦）、中伊土（中国-伊朗-土耳其）两条经济走廊途径的帕米尔高原段及新欧亚大陆桥穿天山段。除此之外，南亚也是山洪、泥石流、滑坡等灾害集中发育的区域；而中蒙俄经济走廊则以多年冻土灾害为主。

利用高分遥感影像进行地质灾害遥感调查，能够节约大量的人力物力。在进行人机交互解译的同时，如何针对不同遥感影像特征及地质灾害的成像特点，开展不同地质灾害类型的定量判识与定量应用分析，是今后此研究方向的研究重点和热点。

（3）“一带一路”沿线国家承载体分布遥感调查

承载体要素是灾害风险评价的重要因素。承载体信息的获取，除收集整理各国已有资料外，高分遥感影像判识技术能够提取资源调查、交通干线分布、重大工程分布、生命线工程要素等信息，同时利用多时相影像，能够对重点研究区的资源变化进行动态监测。

（4）不同研究尺度的灾害风险评价研究

“一带一路”涉及区域广袤，首先需要从宏观尺度对沿线国家的灾害风险进行全面分析。

厘清不同灾害类型的主要分布区域，编制“一带一路”宏观尺度的灾害危险性分区图。利用遥感影像提取的承载体信息及灾情分布，编制宏观易损性评估图。在上述基础上，根据风险的定量计算方法，得到一带一路沿线国家的总体灾害风险评估图。根据风险评估图，能够进一步明确灾害风险研究的重要研究区域。根据研究重点和区域特征，进行中比例、大比例的风险分析，为“一带一路”的经济建设提供详细可靠的评估报告。

四、总结

“一带一路”的共建无疑给我国的国产卫星行业带来广阔天地，同时也为推动“一带一路”的战略实施提供强有力的空间信息保障。另一方面，一带一路也为我国构建重大自然灾害预警、应急防控体系提出了迫切需求，为协商建立多国协调的巨灾风险防控信息共享与减灾联动机制提供了契机，促进中国与“一带一路”沿线各国的灾害监测、预警、救灾、减灾的科技合作。

［1］徐刚，郑达兴，李述靖，等.黄土高原西南部陇县-千阳一带崩塌、滑坡地质灾害的遥感影像特征及分布规律［J］. 地质通报，2008，27（11）：1837-1845.

［2］曾磊，黄玉华.黄土高原河谷演变与地质灾害发育规律研究——以陕西省子长县为例［J］.中国地质灾害与防治学报，2010，12（3）：67-72.

［3］程玉书.基于SPOT5影像的黄土地区地质灾害遥感信息提取研究［J］.测绘与空间地理信息，2014，37（11）：140-142.

［4］朱静，唐川.遥感技术在我国滑坡研究中的应用综述［J］.遥感技术应用，2012，27（3）：458-464.