高分影像在辽宁防灾减灾救灾中的应用

文 | 周斌 王嘉琳 李航 龚强

1.辽宁省生态气象和卫星遥感中心

2.高分辨率对地观测系统辽宁数据与应用中心

一、前言

我国是世界上自然灾害影响最严重的国家之一，党和政府始终高度重视自然灾害防治。《国家综合防灾减灾规划（2016—2020 年）》明确指出，在重点区域开展“天空地”一体化综合应用示范，带动区域和省级卫星减灾应用能力发展。面对灾害发生、发展和灾后恢复，利用高分卫星遥感手段可在早发现、早处置、支持救灾决策、灾后修复评估等方面发挥重要作用。

辽宁省位于东亚季风区，气象灾害频发，灾害形势严峻，干旱、暴雨、台风等气象灾害及气象因素诱发的森林火险、洪涝和泥石流等灾害比较频繁，且近年罕见气象灾害趋多趋重。全省仅在2010 年就出现暴雨灾害10 次，造成罕有持续性特大洪涝灾害；2019 年受台风“利奇马”的影响，辽河流域出现一级暴雨灾害；2020 年8—9 月连续出现台风3 次，遭遇暴雨，局部大暴雨，有些地方洪涝灾害严重，造成人员伤亡和财产损失；春夏连旱、伏旱、夏秋连旱在辽宁省时有发生，辽西地区更是十年九旱。

本文采用高分卫星数据为主、其他卫星数据源为辅，结合行政边界数据、土地利用分类数据、地形数据、气象要素等辅助数据，开展多种气象灾害的监测分析评估，实现卫星遥感影像、基础地理信息数据及专题成果的三维快速智能展示，实现灾情的高精度可视化显示与综合分析。

本文采用的卫星影像主要来源于国产高分系列卫星，数据从中国资源卫星应用中心申请获取。为充分发挥高分专项遥感卫星在重大自然灾害、国家权益维护、重大环境事件以及各类突发公共事件等应急决策支撑作用，更好地为高分专项用户提供及时高效的空间信息应急服务，国防科工局重大专项工程中心组织制定了《高分专项遥感卫星应急数据获取工作机制和流程》，明确适用范围、工作职责和工作流程，规范应急响应各环节行为。中国资源卫星应用中心接收用户提出的应急观测需求，根据观测任务规划制定具体卫星观测计划并执行实施，从地面站接收卫星数据，开展数据处理和分发工作，保障用户在灾害应急时高分遥感影像获取的及时性，提高应急响应、服务响应速度与服务效果。省域级用户通过上述渠道进行数据申请。

二、高分遥感在防灾减灾救灾中的应用

辽宁省自然灾害频发，但防灾减灾手段单一，开展高分卫星在辽宁省气象防灾减灾领域的应用研究意义重大。本成果利用多源国产高分卫星遥感数据进行多种灾害监测分析评估，开展洪涝、暴雪、龙卷风、大雾、森林火险、海冰等灾害在常规状态及应急状态下的监测分析和灾后评估及专题产品制作，为相关部门提供灾前的预警信息、灾中的监测信息、灾后的决策信息，充分发挥高分卫星高空间分辨率、宽覆盖、多成像模式等优势，完善防灾减灾手段。

1.暴雨洪涝多源高分遥感监测

受2022 年7 月7 日、7 月28 日两轮强降雨影响，盘锦市绕阳河发生有水文记录以来的最大洪水。8 月1 日，绕阳河部分堤段发生溃口。利用多源高分卫星影像数据，对绕阳河左岸曙四联段水体变化进行监测。监测结果显示，溃口造成盘锦市绕阳河左岸曙四联段大锦线S308 高速公路附近被淹没；该区域土地利用类型以耕地（稻田）为主，其次为建筑用地，淹没区面积自西向东扩大。8 月3 日淹没区面积达最大，淹没区水体于辽河的西河沿处流入辽河（图1）。通过高分影像开展溃口区持续监测，及时提供给相关决策部门，为溃口合龙提供了信息支撑。

图1 2022 年8 月3 日高分三号卫星盘锦市绕阳河左岸曙四联段水体监测图

2.暴雪高分遥感监测

2020 年2 月14 日8 时 至2 月16 日16 时，辽宁全省普降雨雪，最大降水量出现在本溪市桓仁县，降水量达到36.2mm，积雪深度28cm，经评估为特大暴雪。利用多时相高分影像开展了桓仁县暴雪对道路、设施农业的影响评估。结果表明：2 月18 日，桓仁县全县有不同程度积雪覆盖；低海拔地区，尤其是山谷以及地势平坦地区积雪覆盖光谱特征较明显；全县境内G13、G201、S13、S201 道路积雪已清理，县城主干道道路积雪大部分已清除，能够保障正常通行；大部分设施大棚积雪已清理完毕，未见有明显垮塌迹象（图2）。监测结果为相关部门灾情评估、掌握除雪进度、恢复道路通行和保障人们正常生活提供了决策参考。

图2 2020 年2 月18 日桓仁县山区及道路高分影像

3.龙卷风遥感监测

2023 年6 月1 日14 时20 分，铁岭市开原金沟子镇田家村出现龙卷风，由西南向东北方向移动，Sentinel-2 遥感影像（获取于https://dataspace.copernicus.eu/）监测显示：开原西北部的龙卷存在清晰的条带状痕迹，龙卷始于北山村东侧李家水库，途经李家窝棚村河家信子西侧、新安堡村西北部、柴家窝棚村、池家窝棚北部、田家窝棚村北部、京哈高铁、田家窝棚村东北侧树林。龙卷未出现跳跃式接地，移动距离约为9km（图3）。本次监测保障了当地政府尽快组织力量，落实应急预案，迅速采取措施，第一时间组织救援部门进行救援和善后工作，提升救援能力来减小对社会的影响，确保人民群众的生命财产安全。

图3 2023 年6 月2 日铁岭市开原市金沟子镇龙卷路径正射遥感影像图

4.大雾高分遥感监测

2021 年11 月18 日辽宁出现大雾天气，利用高分四号卫星遥感监测影像显示：大雾主要分布在沈阳大部以及大连、鞍山、本溪、丹东等地区。从波谱特征来看，在14 个地市中沈阳地区雾区范围较大。为交通部门提供了及时、准确的实况服务，并提出了建议措施。

5.森林火险多源卫星监测

2022 年4 月23 日15 时左右，沈抚示范区突发森林火灾，由于风势较大，山火迅速蔓延，灾情紧急，高分辽宁中心迅速行动，利用高分一号、高分四号、风云四号等多源卫星对此次火情进行了高频次跟踪监测和评估（图4），同时加强对天气形势和火险气象等级分析研判，根据防火形势和当地气象条件开展气象保障服务，提供了过火区域范围和面积、烟雾蔓延形势等信息，为现场指挥救援提供了精准决策支撑。

图4 2022 年4 月23 日沈抚示范区森林火灾过火区域高分影像图

6.海冰高分遥感监测

2023 年春节假日期间，辽宁省受2023 年第1号东北冷涡影响，冷空气活跃，地面受冷高压影响以北风为主。1 月27 日高分四号遥感影像监测显示（图5），辽东湾海域海冰面积较2022 年同期增加了679km2，海冰覆盖度增加3%，初生冰减少，灰冰和白冰有所增加。海冰遥感监测服务是海冰冰情精准、高效调查的重要技术手段，可为海冰灾害预警预报服务、港口安全等提供重要保障。

图5 2023 年1 月27 日高分四号海冰监测面积专题图

三、讨论与思考

自然灾害给人民群众生命财产安全带来了严重威胁。对于突发性重特大自然灾害，由于地形条件以及灾害造成的通信中断、交通设施毁坏等多方面影响，导致在灾害发生时很难通过传统的方法及时获取灾区的实时信息，从而影响救灾工作的进行。遥感技术利用其宏观、动态、综合监测优势，具有获取信息快速、周期短、信息量大、受条件限制少等特点，在救灾工作中具有传统手段不可比拟的优势，成为我国应急管理和防灾减灾救灾工作重要的技术支撑手段。利用遥感技术可快速获取受灾区域的遥感影像数据，通过分析处理，可全面地掌握受灾情况、灾害发展变化趋势、灾害损失概况等信息，为行政指挥决策和灾害损失评估提供数据支撑，是完成减灾救灾工作的重要技术手段。

近年来，基于高分系列卫星影像推进遥感数据的区域应用及产业化发展，特别是在防灾减灾、乡村振兴、生态环保、自然资源、综合治理、规划管控、国防安全等领域已经取得了很多成果和实际应用，实现了从二维到三维、从平面到立体、从静态到动态、从实景三维到数字孪生的升级，开创了“平台+数据+应用”的辽宁高分示范推广应用模式，优化数据共享与合作，开展多种学术交流与培训工作，有力促进高分数据在辽宁各行各业的产业化应用，服务于辽宁社会经济行业数字化转型与高质量发展。

目前，在实际数据应用中，也存在一些不足。高分系列卫星数据资源略有不足，无法满足在灾害出现时高时间分辨率的数据需求。高分数据预处理过程中没有规范、多时相影像的叠加存在定位偏差等因素造成影像数据在分析过程中存在误差。另外，不同行业、不同地区之间在使用国产高分系列卫星数据过程中对遥感影像的灾害反演技术缺乏共享机制以及应用推广相对不足，一定程度上阻碍了高分影像在防灾减灾中的产业化应用。这些都需要在未来不断完善与改进，进一步促进高分遥感数据在防灾减灾中的应用。