· 文|北京師范大學減災(zāi)與應(yīng)急管理研究院 陳曦 李京

衛(wèi)星技術(shù)在我國災(zāi)害管理中的應(yīng)用

· 文|北京師范大學減災(zāi)與應(yīng)急管理研究院 陳曦 李京

我國幅員遼闊，地形地貌與氣候條件復雜，自然災(zāi)害種類繁多且發(fā)生頻繁，除現(xiàn)代火山活動導致的災(zāi)害外，幾乎所有的自然災(zāi)害都有發(fā)生，其分布廣、隨機性強，是世界上自然災(zāi)害最多、損失最嚴重的國家之一。從災(zāi)害區(qū)劃看，全國有74％的省會城市以及62％的地級以上城市位于地震烈度VII度以上危險地區(qū)，70％以上的大城市、半數(shù)以上的人口、75％以上的工農(nóng)業(yè)產(chǎn)值，分布在氣象、海洋、洪水、地震等災(zāi)害嚴重的地區(qū)。隨著國民經(jīng)濟持續(xù)高速發(fā)展、生產(chǎn)規(guī)模擴大和社會財富的積累，災(zāi)害損失呈現(xiàn)日益加重的趨勢。20世紀90年代以來，中國進入新的災(zāi)害多發(fā)期，新的重大災(zāi)害事件不斷出現(xiàn)，災(zāi)害帶來的損失和危害程度呈明顯上升趨勢，呈現(xiàn)出頻次增加、損失加劇、多災(zāi)并發(fā)、次生衍生災(zāi)害不斷等特點；盡管國家在防災(zāi)減災(zāi)領(lǐng)域投入了大量的人力物力，使自然災(zāi)害造成的人員傷亡逐漸減少，但直接和間接的經(jīng)濟損失卻不斷增加，自然災(zāi)害已成為制約國家和區(qū)域經(jīng)濟社會全面發(fā)展和影響社會安定的最重要因素之一。

一、空間技術(shù)是獲取災(zāi)害信息的重要手段

為應(yīng)對嚴重自然災(zāi)害帶來的挑戰(zhàn)，我國建立了完整的災(zāi)害管理和應(yīng)急體系，以加強自然災(zāi)害綜合管理能力，提高應(yīng)急速度，盡可能地降低災(zāi)害造成的影響，減少傷亡和經(jīng)濟損失。從中央到地方的各個部門都建立了災(zāi)害應(yīng)急預(yù)案，保證在出現(xiàn)災(zāi)害時，能在第一時間啟動相應(yīng)的預(yù)案，并按照預(yù)案開展有序的專業(yè)化救災(zāi)。信息服務(wù)是災(zāi)害管理和應(yīng)急體系建設(shè)的重要環(huán)節(jié)，信息是貫穿災(zāi)害管理全過程的核心要素，在整個災(zāi)害管理過程中，各項決策都要依據(jù)信息來制定，由信息“發(fā)動”：應(yīng)急預(yù)案的啟動要根據(jù)對災(zāi)情信息的分析，依據(jù)應(yīng)急預(yù)案的啟動標準決定；災(zāi)害應(yīng)急工作由信息獲取與分析工作開始，后續(xù)的一系列工作，包括救災(zāi)工作組和救援隊伍的派出，救災(zāi)設(shè)備和物質(zhì)的調(diào)運，生命線的搶通，受災(zāi)人員搶救和安置轉(zhuǎn)移，以及災(zāi)后恢復重建，都是根據(jù)災(zāi)情等信息開展的（見圖1）。

圖1 災(zāi)害應(yīng)急工作流程

由此可見，災(zāi)情信息的及時獲取對救災(zāi)工作至關(guān)重要，只有在第一時間掌握可靠準確的信息，救災(zāi)指揮部才能制定正確的決策，將有限的救災(zāi)資源（人、財、物）準確地投放到最需要的地點上，以提高應(yīng)急救援速度和救災(zāi)效率，最大限度地發(fā)揮作用。不能及時獲取災(zāi)情信息會使整個救災(zāi)滯后而錯過最佳救援時間，甚至導致救援工作失敗。

然而，重大自然災(zāi)害發(fā)生時，通常發(fā)生發(fā)展十分迅速，影響范圍很大，并將各種地面基礎(chǔ)設(shè)施（包括信息采集和監(jiān)測系統(tǒng)、通信系統(tǒng)等）統(tǒng)統(tǒng)破壞，使得災(zāi)區(qū)無法向外傳送信息，而且由于道路被摧毀，救援人員無法在第一時間進入重災(zāi)區(qū)了解災(zāi)情，造成災(zāi)害發(fā)生后一段時間的“信息真空”，使救災(zāi)指揮部因不能及時獲取準確可靠的災(zāi)情信息而難以做出正確的決策，嚴重影響應(yīng)急救援工作的開展。衛(wèi)星技術(shù)的發(fā)展有效地解決了這一問題，在地面信息采集和通信系統(tǒng)被災(zāi)害摧毀的情況下，以衛(wèi)星技術(shù)為基礎(chǔ)的空間信息系統(tǒng)卻依然可以正常工作，保證對救援人員的信息支持和救災(zāi)工作的順利展開。這一優(yōu)點使災(zāi)害管理成為最需要也最適合應(yīng)用衛(wèi)星技術(shù)的領(lǐng)域之一，也被證明是衛(wèi)星技術(shù)應(yīng)用最為成功的領(lǐng)域之一。在應(yīng)急救災(zāi)中使用的衛(wèi)星技術(shù)主要有：衛(wèi)星通信，衛(wèi)星導航和衛(wèi)星遙感技術(shù)，他們都被證明是救災(zāi)工作中十分有效的工具，被國內(nèi)外廣泛地應(yīng)用于重大自然災(zāi)害的應(yīng)急救援工作中。

二、衛(wèi)星通信技術(shù)在災(zāi)害管理中的應(yīng)用

從我國歷次救災(zāi)工作經(jīng)驗來看，暢通的通信手段與方式是向人民通報災(zāi)情、疏散群眾、請求支援的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，沒有一個健全可靠的通信信息系統(tǒng)作為保障，應(yīng)急救援工作是無法順利展開的。我國的通信系統(tǒng)長期以來一直是應(yīng)急救援中一個薄弱環(huán)節(jié)，中西部的數(shù)十萬農(nóng)村、牧區(qū)和山區(qū)在實施“村村通”工程之前連電話都不通，使災(zāi)情報送工作遇到很大困難。例如，1993年青海玉樹索加鄉(xiāng)君曲村被大雪圍困，由于通信不暢，村干部騎馬到鄉(xiāng)上求救，4天4夜才趕到鄉(xiāng)政府，鄉(xiāng)里又用同樣的時間將災(zāi)情上報到縣里，導致災(zāi)民在一個多星期后才得到救援，損失慘重。1996年在云南麗江地震中，由于通信中斷，使得災(zāi)區(qū)災(zāi)情信息48小時后才報告到北京，極大地延誤了救災(zāi)工作的進行。如果有完善暢通的災(zāi)情通信系統(tǒng)，使救災(zāi)部門能夠在第一時間內(nèi)獲取災(zāi)情信息，并及時開展應(yīng)急救援工作，將會大大減少災(zāi)區(qū)的損失。這一局面在衛(wèi)星通信技術(shù)廣泛應(yīng)用后得到徹底改觀。衛(wèi)星通信提供了地面網(wǎng)絡(luò)所不具備的備份性、廣泛覆蓋性和靈活性；不受距離和地形的限制，不需要布設(shè)通信機站，不依賴地面通信條件等。在沒有光纖、沒有無線通信條件下；或發(fā)生突發(fā)事件，地面通信網(wǎng)絡(luò)遭受破壞時，衛(wèi)星通信仍可以輕松實現(xiàn)話音、視頻和數(shù)據(jù)通信服務(wù)。它可確保在任何情況下及時、快速、可靠、穩(wěn)定地提供寬帶多媒體通信服務(wù)，是真正能夠做到廣域無縫隙覆蓋的通信方式。在地面通信網(wǎng)絡(luò)遭受破壞后，地面應(yīng)急通信系統(tǒng)會自動地轉(zhuǎn)接到衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)上，保證通信的暢通。

目前，我國氣象、水利、地震等災(zāi)害監(jiān)測部門普遍使用了固定站衛(wèi)星通信的方式傳送各種監(jiān)測站（水文、氣象、地震等）的數(shù)據(jù)，保證了在邊遠地區(qū)和災(zāi)區(qū)的數(shù)據(jù)及時上報；而移動衛(wèi)星通信則更多的應(yīng)用于應(yīng)急救援中。例如，國家減災(zāi)委將移動衛(wèi)星通信終端列入應(yīng)急工作組的標準設(shè)備配置，在近年來歷次應(yīng)對重大自然災(zāi)害中，應(yīng)急工作組奔赴災(zāi)區(qū)時都攜帶衛(wèi)星電話，保證了與應(yīng)急指揮部的信息暢通。2006年初，新疆阿勒泰地區(qū)遭遇大雪和寒流襲擊，造成上萬平方千米的牧區(qū)受災(zāi)嚴重，新疆聯(lián)通阿勒泰分公司利用衛(wèi)星通信技術(shù)，成立應(yīng)急通信小組，出動應(yīng)急通信車輛，確保所有受災(zāi)牧區(qū)通信暢通，為雪災(zāi)救災(zāi)提供了良好的通信保障。2013年4月20日四川雅安地震，重災(zāi)區(qū)寶興縣交通通信全部中斷成為“孤島”，在用直升機機降方式進入災(zāi)區(qū)的方案因氣象條件惡劣而無法實施的情況下，空投了兩部衛(wèi)星電話，終于在當晚19：10與寶興縣建立了通信聯(lián)系，使救災(zāi)指揮部及時了解了災(zāi)情并制定了相應(yīng)的救援方案，保證了救援工作的快速開展。2008年5月12日四川汶川8.0級地震發(fā)生，當時災(zāi)區(qū)通信設(shè)施（包括基站、光纜等）和交通設(shè)施被大面積摧毀，通信中斷，情況十分緊急，為此救災(zāi)部門大規(guī)模使用衛(wèi)星通信技術(shù)應(yīng)對危機，幾千臺衛(wèi)星通信終端（各種移動衛(wèi)星通信車輛、VAST終端站、衛(wèi)星手機等）源源不斷地進入災(zāi)區(qū)，迅速構(gòu)建起了災(zāi)區(qū)衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)，成為了重災(zāi)區(qū)唯一的應(yīng)急通信手段，地震發(fā)生的當天應(yīng)急衛(wèi)星通信車即已到達重災(zāi)區(qū)都江堰開始提供應(yīng)急通信服務(wù)；第2天，通過救災(zāi)人員艱難跋涉送來的衛(wèi)星電話，從震中映秀鎮(zhèn)打出了地震后的第一個電話，向指揮中心的領(lǐng)導匯報了當?shù)貫?zāi)情；通過緊急安裝的衛(wèi)星寬帶視頻系統(tǒng)，將映秀鎮(zhèn)現(xiàn)場災(zāi)情的視頻、語音實時傳出，成為映秀鎮(zhèn)唯一的實時視頻傳送平臺，為映秀地區(qū)前沿指揮中心和后方指揮中心提供了穩(wěn)定的全方位通信保障。同時，在地震災(zāi)區(qū)，衛(wèi)星移動通信不僅用于最基本的語音通信， 傳輸現(xiàn)場圖片和視頻資料， 還被用于一些特殊的應(yīng)用。例如：開通了以衛(wèi)星通信為基礎(chǔ)的遠程醫(yī)療系統(tǒng)，使在后方的醫(yī)療專家可以參加災(zāi)區(qū)的醫(yī)療救治工作；后方通過遠程視頻系統(tǒng)對災(zāi)區(qū)現(xiàn)場的救援工作組進行應(yīng)急指揮；在災(zāi)民轉(zhuǎn)移安置點建立帳篷學校，利用衛(wèi)星遠程教育開辦“空中課堂”，使災(zāi)區(qū)學生迅速恢復上課；減災(zāi)委救災(zāi)工作組在5月15日上午在災(zāi)情最重的北川縣城使用無人機獲取了災(zāi)區(qū)的第一批無人機遙感影像后，首次采用了無人機與便攜式衛(wèi)星通信終端結(jié)合的技術(shù)路線，將遙感影像及時傳送回在北京的應(yīng)急指揮部。

三、衛(wèi)星導航技術(shù)在災(zāi)害管理中的應(yīng)用

衛(wèi)星導航系統(tǒng)在應(yīng)急救援工作中也發(fā)揮了重要作用，特別是國產(chǎn)的北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)的表現(xiàn)更是十分優(yōu)異，這與北斗系統(tǒng)的總體設(shè)計特點有關(guān)。北斗導航系統(tǒng)采用的是與其他衛(wèi)星導航系統(tǒng)被動導航定位不同的主動導航定位方式，具有一定的通信功能。它可以不依賴其他通信系統(tǒng)而獨立完成定位和通信，指揮中心可隨時了解救災(zāi)車輛和各救災(zāi)工作組的位置，實現(xiàn)監(jiān)控導航；還可以通過短報文進行雙向通信，隨時了解災(zāi)情的發(fā)展，做到心中有數(shù)，并發(fā)出指令指揮各工作組相互配合救災(zāi)。與其他衛(wèi)星通信設(shè)備比較，北斗終端輕便靈活，容易使用和攜帶，成本低，更容易大量部署，在巨災(zāi)發(fā)生時，位于重災(zāi)區(qū)的車載北斗終端更容易保全下來，有利于實時報災(zāi)。上述優(yōu)點使得北斗系統(tǒng)很快就應(yīng)用于災(zāi)害管理領(lǐng)域。最初，北斗系統(tǒng)是用于偏遠地區(qū)固定的水文站點傳送水文信息以實現(xiàn)測報，因其具有體積小、功耗低、雨衰弱等優(yōu)點而迅速推廣，目前有超過3000套北斗終端在使用。而使用北斗終端進行導航定位和報災(zāi)開始雖然晚一些，但發(fā)展更為迅速。2007年8月減災(zāi)委應(yīng)急救災(zāi)工作組在福建安溪臺風災(zāi)區(qū)使用北斗終端進行導航定位和報災(zāi)取得成功后，即將北斗終端列為了應(yīng)急救災(zāi)工作的標準配置，利用基于北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)的救災(zāi)應(yīng)急指揮調(diào)度系統(tǒng)，在以后的歷次救災(zāi)中，特別是2008年南方雨雪冰凍災(zāi)害和“5·12”汶川地震救災(zāi)中發(fā)發(fā)揮了十分重要的作用。

為保證報災(zāi)的及時性，民政部還計劃給全國的報災(zāi)人員（一直到村級）配備北斗終端，完成為十個省配備30000臺北斗終端，這將極大地提高我國在巨災(zāi)情況下的應(yīng)急通信和災(zāi)情報送能力。

減災(zāi)委應(yīng)急工作組還根據(jù)北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)的特點發(fā)展了稱為”天地一體，前后協(xié)同”的工作模式：前方應(yīng)急工作組在運動中不斷發(fā)現(xiàn)問題和對災(zāi)情進行實時快速評估，并通過北斗系統(tǒng)發(fā)回后方指揮部；后者則據(jù)此確定問題出現(xiàn)的準確位置，調(diào)動其他技術(shù)手段（包括遙感技術(shù)等）對其進行跟蹤監(jiān)視和詳細的災(zāi)情評估，大大提高了工作效率。例如，“5·12”地震救災(zāi)中，應(yīng)急工作組在趕往陜西受災(zāi)最重的寧強縣查災(zāi)，途徑略陽縣時，發(fā)現(xiàn)遠處山體有大面積滑坡，因趕路不能前往觀察，遂用北斗終端發(fā)短信請后方跟蹤監(jiān)視，后方確定位置后立即分析該地區(qū)最新的衛(wèi)星遙感影像，對災(zāi)情進行監(jiān)測評估。

四、衛(wèi)星遙感技術(shù)在災(zāi)害管理中的應(yīng)用

與衛(wèi)星通信和衛(wèi)星導航相比，衛(wèi)星遙感技術(shù)在防災(zāi)減災(zāi)領(lǐng)域應(yīng)用的更早也更成熟。早在1960年第一顆試驗氣象衛(wèi)星發(fā)射成功后，人們就在不斷研究使用氣象衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)監(jiān)視災(zāi)害性天氣系統(tǒng)的發(fā)生和發(fā)展，提高天氣預(yù)報的準確性，并逐漸走向?qū)嵱谩?0世紀70年代陸地衛(wèi)星和海洋衛(wèi)星發(fā)射成功以后，也很快被應(yīng)用到災(zāi)害監(jiān)測工作中。人們發(fā)現(xiàn)衛(wèi)星遙感技術(shù)在災(zāi)害監(jiān)測、評估中具有其獨特優(yōu)勢：其觀測范圍廣（可實現(xiàn)對整個災(zāi)區(qū)的全覆蓋），重復觀測頻率高（有利于對迅速變化的致災(zāi)因子和災(zāi)情進行連續(xù)監(jiān)測），信息獲取快速客觀準確，最重要的是，可全天候全天時穩(wěn)定工作，不受災(zāi)害影響，能幫助我們在任何惡劣氣候條件或在難以到達地區(qū)直接獲取實時的信息，能發(fā)揮無可比擬的重要作用，其在減災(zāi)防災(zāi)領(lǐng)域的應(yīng)用也一向被認為是衛(wèi)星遙感最成功的應(yīng)用領(lǐng)域之一。

我國在這一領(lǐng)域的研究與應(yīng)用工作開展的也很早，除應(yīng)用于氣象監(jiān)測預(yù)報外，衛(wèi)星遙感第一次大規(guī)模應(yīng)用于災(zāi)害監(jiān)測是在1987年大興安嶺火災(zāi)期間，被用于監(jiān)測火災(zāi)的發(fā)展過程。不僅用來分析火點的位置，計算過火面積，還根據(jù)遙感影像上煙霧擴散的方向確定當?shù)氐娘L向，預(yù)測林火會向哪個方向發(fā)展（圖2），連續(xù)不斷地為撲滅大火提供準確可靠的信息。此后，在歷次重大自然災(zāi)害應(yīng)急救災(zāi)工作中，衛(wèi)星遙感都發(fā)揮了不可替代的重要作用，特別是在1998年長江大洪水（圖3）和2008年汶川地震救災(zāi)期間，多個系列的遙感衛(wèi)星（包括國外和國內(nèi)衛(wèi)星）數(shù)據(jù)被大規(guī)模應(yīng)用于災(zāi)害監(jiān)測和災(zāi)情評估中，為救災(zāi)工作提供了強有力的信息支持。

圖2 大興安嶺火災(zāi)NOAA衛(wèi)星影像

圖3 1998年8月洞庭湖洪水遙感監(jiān)測圖（由災(zāi)前和災(zāi)后的Radarsat-1衛(wèi)星雷達影像合成）

衛(wèi)星通信和衛(wèi)星導航技術(shù)主要用于應(yīng)急階段，而衛(wèi)星遙感技術(shù)則廣泛的應(yīng)用于災(zāi)害管理的各個階段：在災(zāi)前的減災(zāi)備災(zāi)階段，主要用于對可能受災(zāi)的地區(qū)和目標（受災(zāi)體）進行監(jiān)測和風險源識別，獲取重要參數(shù)（如土地利用、土壤類型、作物分布、水體范圍、基礎(chǔ)設(shè)施情況等）建立或更新災(zāi)害數(shù)據(jù)庫，用以在本階段進行災(zāi)害風險分析，以及在災(zāi)害發(fā)生后進行災(zāi)情評估；在預(yù)警預(yù)報階段，主要用于對致災(zāi)因子（如降雨、臺風等）和其他可能影響災(zāi)害形成的因素（如土壤含水量等）進行動態(tài)監(jiān)測，通過對其與其他來源的數(shù)據(jù)綜合分析，實現(xiàn)對災(zāi)害的預(yù)警預(yù)報；災(zāi)害發(fā)生后的應(yīng)急階段，是衛(wèi)星遙感用的最多也是最能發(fā)揮作用的階段，主要用于對災(zāi)情進行動態(tài)監(jiān)測和評估，監(jiān)測和評估的內(nèi)容廣泛，包括災(zāi)害發(fā)生范圍、面積、災(zāi)害強度、損失程度及其分布、房屋倒塌、農(nóng)業(yè)損失、生態(tài)環(huán)境破壞等，還包括水庫、堤壩、橋梁、鐵路、公路、港口、機場等基礎(chǔ)設(shè)施破壞情況；在災(zāi)后恢復重建階段，用于對恢復重建情況（包括房屋、各種基礎(chǔ)設(shè)施、減災(zāi)工程的建設(shè)和生態(tài)環(huán)境的恢復等）的監(jiān)測和評估。

隨著衛(wèi)星技術(shù)的發(fā)展，國際上遙感衛(wèi)星的數(shù)量不斷增加，其質(zhì)量和分辨率也在不斷提高。與此同時，我國也發(fā)展了一系列的遙感衛(wèi)星，包括氣象、海洋、資源、環(huán)境、高分等系列衛(wèi)星，在災(zāi)害應(yīng)對時可獲取的數(shù)據(jù)十分豐富，獲取的時間周期也大大縮短；我國也建立了衛(wèi)星減災(zāi)地面應(yīng)用系統(tǒng)，可以對接收到的衛(wèi)星數(shù)據(jù)進行實時的快速處理，并在災(zāi)害數(shù)據(jù)庫的支持下進行分析，形成為救災(zāi)決策服務(wù)的數(shù)據(jù)產(chǎn)品，并通過分發(fā)系統(tǒng)迅速提供給救災(zāi)指揮部門、應(yīng)急救援人員和公眾，保證其了解災(zāi)情的最新變化和救災(zāi)工作的進展。

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