张宝军，陈 厦，李 仪

（1.民政部国家减灾中心，北京 100124；2.民政部卫星减灾应用中心，北京 100124）

自然灾害遥感应用标准体系构建方法研究

张宝军1，2，陈 厦1，2，李 仪1，2

（1.民政部国家减灾中心，北京 100124；2.民政部卫星减灾应用中心，北京 100124）

遥感技术不仅能用于获得自然灾害发生之前的背景数据，而且可用于对自然灾害进行监测预警和损失评估，近年来已经成为自然灾害信息获取与分析的重要手段。标准体系构建是开展自然灾害遥感技术标准化应用的一项重要基础性工作，亟需研究和建立满足自然灾害管理需求的遥感技术应用标准体系。对国内外遥感技术标准特别是自然灾害遥感应用相关标准现状进行了综述。分析了自然灾害遥感技术应用标准化需求，探讨了标准体系构建的思路，提出了面向自然灾害遥感技术应用的并列式、串联式和混合式标准体系构建方法和洪涝灾害遥感监测关键技术标准需求。

自然灾害；遥感；标准；标准体系

0 引言

我国是世界上受自然灾害影响最为严重的国家之一，灾害种类多、分布地域广、发生频率高、损失重是我国自然灾害的主要特点。根据中国国家标准《自然灾害分类与代码》，我国自然灾害分为气象水文灾害、地质地震灾害、海洋灾害、生物灾害和生态环境灾害5大类39种［1］。我国自然灾害在空间分布上具有广泛性特征，各省（自治区、直辖市）均不同程度受到自然灾害影响，70%以上的城市、50%以上的人口分布在气象、地震、地质、海洋等自然灾害严重的地区［2］；同时又表现出很强的区域性特点，例如东部、南部沿海地区以及部分内陆省份经常遭受热带气旋侵袭，东北、西北、华北等地区旱灾频发，西南、华南等地的严重干旱时有发生［2］。在时间上，气象水文灾害和海洋灾害的发生具有较强的季节性与周期性；地质地震灾害、生物灾害和生态环境灾害的发生具有较强的随机性。根据民政部统计核定的年度全国自然灾害灾情统计数据，1990—2015年26年间，我国平均每年因各类自然灾害造成近4亿人次受灾，年均直接经济损失2700多亿元。

遥感作为20世纪60年代发展起来的一门新兴的科学和技术，经过半个多世纪的发展，已被广泛应用于基础测绘、农业、林业、地质矿产勘查、水文与水资源研究、海洋研究、环境监测和灾害监测预警预报等领域［3］。遥感具有观测范围广，获取信息量大、速度快、周期短、实效性好、动态性强，数据的连续性、综合性和可比性强等优点，适用于自然灾害的风险调查、监测、预警预报和评估等。研究如何利用遥感、地理信息系统、卫星通信、导航定位、计算机等技术，对自然灾害进行风险调查、预警预报和监测评估，为政府部门和决策机构提供更加及时、准确和可靠的辅助决策支持信息，也是当前自然灾害管理研究的热点之一。

随着遥感数据获取技术向多平台、多传感器、多角度和高空间分辨率、高光谱分辨率、高时相分辨率方向发展以及定量遥感向实用化发展［4］，遥感技术在自然灾害管理中正在发挥越来越大的作用。为了提升我国环境与灾害监测预报能力，我国成功发射并组网了环境与灾害监测预报小卫星星座“2+1”星座，该星座具备多光

谱、高光谱、红外和SAR遥感数据获取能力［5－6］。同时，我国相关机构和研究人员已经开展了卫星遥感系统标准体系、遥感技术标准体系以及遥感地质调查技术标准体系及框架方面的研究和应用工作，为开展自然灾害遥感技术应用标准体系研究与实践奠定了很好的基础。郭经开展了我国遥感卫星系统标准体系框架构建方法的研究，提出了由术语、空间系统、通信链路和地面系统等四个方面标准组成的标准体系框架［7］。李传荣等人探讨了我国遥感技术标准体系框架的构建的思路，提出了由遥感技术通用基础、遥感数据获取、遥感定标、遥感数据预处理、遥感信息提取、遥感真实性检验、遥感数据管理与服务、遥感应用等八个方面标准组成的标准体系框架［8］。杨清华在梳理已有遥感地质调查技术标准的基础上，提出了建设遥感地质调查技术标准体系的总体思路，构建了由遥感地质调查与方法通用标准、遥感地质调查标准、遥感地质方法标准、应用遥感地质调查与方法标准等四个方面标准组成的标准体系框架［9］。

因此，为了推动遥感技术在自然灾害管理中发挥更大的社会效益和经济效益，各灾害遥感应用及标准化机构，需要在现有遥感技术应用标准化研究和实践的基础上，根据自然灾害管理的特点和灾害遥感应用产品的生产特点，建立相应的灾害遥感技术应用标准体系，从而有效推动遥感应用产品生产的规范化、标准化，并且为灾害遥感应用数据与产品的共享与服务提供标准支撑与保障。

1 国内外遥感技术标准现状

1.1 国外遥感标准现状

国外遥感标准多以技术规范或技术报告的形式发布，主要包括国际标准化组织地理信息标准化技术委员会（ISO／TC 211）和开放地理信息协会（OGC）制定的遥感相关的国际标准，欧洲标准化委员会、北大西洋公约组织等区域性标准化机构制定的遥感相关的区域标准，以及美国、德国等主要工业化国家标准化机构制定的遥感相关的国家标准、学会标准、协会标准或行业标准［10－12］。

1.1.1 国际标准化

国际标准化方面，以ISO／TC 211和OGC为代表的一些国际标准化组织已经发布或正在制修订的标准中有不少是和遥感密切相关的。ISO／TC 211的工作领域是制定地理信息方面的国际标准，截至2016年6月30日统计，其归口管理的现行有效标准60余项［13］，其中有8项标准与遥感直接相关，如表1所示。

表1 ISO／TC 211相关遥感标准Tab.1 ISO／TC 211 standards related to remote sensing

遥感应用相关的ISO标准有《航空系统太空船的运载火箭飞行环境遥感勘测数据处理》（ISO 15862：2009）和《空气质量环境气象学第1部分：运用激光雷达进行可视范围的地基遥感》（ISO

28902－1：2012）等。另外，OGC目前已正式发布标准近 80项［14］，涉及遥感的标准主要有《JPEG2000中 GML地理影像编码规范》和《GeoPackages编码标准》等。

1.1.2 区域标准化

区域标准化方面，欧洲标准化委员会地理信息标准技术委员会（CEN／TC 287）发布了48项地理信息标准［15］，其中44项采用或已经成为ISO／TC 211标准，例如《地理信息影像、栅格与分布数据框架》（EN ISO 19115－2：2010）。北大西洋公约组织下设的数字地理信息工作组（DGIWG）已正式发布标准23项［16］，这些标准都是基于ISO／TC 211标准或者OGC标准，其中有一些与遥感密切相关，例如《地理参考影像 JPEG2000》（DGWIG－104）和《地理参考影像 GeoTIFF》（DGWIG－108）。

1.1.3 主要工业国家标准化

以美国、德国、英国为代表的一些工业化国家在遥感标准化工作方面取得了较好的成果，但是各国的情况有所差异。美国涉及遥感标准化工作的机构主要有美国国家标准学会（ANSI）和美国联邦地理数据委员会（FGDC），德国涉及遥感标准化工作的机构主要是德国标准化协会（DIN），英国涉及遥感标准化工作的机构主要是英国标准学会（BSI），这些机构或组织都或多或少地发布了一些遥感相关的标准。ANSI制定了《图像交换用TIFF格式》（ANSI X9.100－181—2010）、《机载遥感溢油识别与监测系统选取导则》（ANSI F2327－08）等标准。FGDC制定了《数字正射影像内容》（FGDC⁃STD－008－1999）、《遥感扫描带数据内容》（FGDC⁃STD－009－1999）、《地理空间元数据遥感数据扩展》（FGDC⁃STD－012—2012）和《地理信息框架数据内容 第2部分：数字正射影像》（FGDC⁃STD－014.2—2008）等标准［17］。DIN制定了《摄影测量与遥感术语和定义》（DIN 18716—2012）、《摄影测量产品第5部分：光学遥感数据分类相关要求》（DIN 18740－5—2012）等标准。

1.2 国内遥感标准现状

我国的遥感标准主要包括国家标准、行业标准和地方标准。通过查询检索中国国家标准化管理委员会网站国家标准目录、行业标准备案公告信息、地方标准备案公告信息和国家标准文献共享服务平台，截至2014年底我国现行与遥感应用密切相关的国家标准27项，国家军用标准35项，行业标准45项，地方标准6项，民用标准主要涉及测绘、气象、地震、水利、民政等领域。

1.2.1 国家标准

国家标准（GB）是由国家标准化管理委员会下设的技术委员会归口管理的，与自然灾害遥感技术应用相关的技术委员会主要包括全国遥感技术标准化技术委员会、全国地理信息标准化技术委员会、全国减灾救灾标准化技术委员会、全国气象防灾减灾标准化技术委员会等。现行有效的27项遥感国家标准，包括遥感术语类标准1项，遥感数据获取类标准6项目，遥感数据处理类标准1项，遥感应用类标准19项。应用类标准中测绘标准占了10项，主要是不同比例尺地形图航空摄影测量的内外业测图规范。与自然灾害遥感应用密切相关的国家标准有9项，主要涉及灾害遥感专题图产品制作、草原沙化遥感监测、草地石漠化遥感监测、植被指数生产，具体如表2所示。

1.2.2 国家军用标准

国家军用标准（GJB）现由总装备部批准发布，现行与遥感相关的标准有35项。主要包括卫星、卫星遥感器、航空航天摄影等术语类标准3项，星载和机载相机等载荷类标准7项，数据传输和数据接收类标准2项，数据预处理、数据处理系统等地面系统类标准10项，数字图像产品存储、编目、质量评价等遥感数据类标准8项，数字地形图测绘、卫星图像判读等类遥感应用类标准5项［3－4］。现行的国家军用标准主要是遥感方面的基础通用标准，没有与灾害遥感应用直接相关的标准。

1.2.3 行业标准

行业标准是对没有国家标准而又需要在全国某个行业范围内统一的技术要求所制定的标准，主要由国务院组成部门、直属机构、直属事业单位及国务院部委管理的国家局批准发布，并在本行业范围内统一使用。截至2015年底统计，现行与遥感应用相关并在国家标准化管理委员会备案的行业标准49项，包括测绘行业标准（CH）12项，气象行业标准（QX）12项，林业行业标准（LY）4项，航天行业标准（QJ）3项，水利行业标准（SL）1项，地质矿产行业标准（DZ）7项，海洋行业标准（HY）1项，城镇建设行业标准（CJ）1项，土地管

理行业标准（TD）1项，铁路运输行业标准（TB）1项，交通行业标准（JT）1项，煤炭行业标准（MT）1项，民用航空行业标准（MH）1项，石油行业标准（SY）1项，核工业标准（EJ）1项，电力行业标准（DL）1项。与自然灾害遥感应用密切相关的行业标准有9项，主要涉及积雪、洪涝、沙尘暴、蓝藻水华、雾、对流系统、植被、水土保持、土地利用、海洋等遥感监测，具体如表3所示。

表2 自然灾害遥感应用相关国家标准Tab.2 National standards related to remote sensing technology application for natural disasters management

表3 自然灾害遥感应用相关行业标准Tab.3 Industry standards related to remote sensing technology application for natural disasters management

1.2.4 地方标准

地方标准由各省（自治区、直辖市）标准化行政主管部门组织制定并批准发布。截至2015年底统计，现行与遥感应用相关并在国家标准化管理委员会备案的地方标准11项，包括辽宁省地方标准（DB21）2项，黑龙江省地方标准（DB23）1项，上海市地方标准（DB31）1项，江苏省地方标准（DB32）1项，湖北省地方标准（DB42）1项，重庆市地方标准（DB50）1项，四川省地方标准（DB51）4项，主要涉及地表温度、土地利用／土地覆被、小麦长势、草原沙化、草原生物量估测等方面，具体如表4所示。

表4 自然灾害遥感应用相关地方标准Tab.4 Local standards related to remote sensing technology application for natural disasters management

2 标准体系构建

2.1 自然灾害遥感应用标准化需求分析

面对新时期自然灾害依然严峻的形势，我国把加强综合防灾减灾能力建设、提升自然灾害救助能力纳为政府社会管理和公共服务能力建设的重要内容。《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006—2020年）》明确指出“公共安全是国家安全和社会稳定的基石”，将“重大自然灾害监测与防御”列为优先主题［18］。《国家综合防灾减灾规划（2011—2015年）》明确提出要加强遥感、地理信息系统、导航定位等关键技术在防灾减灾领域的应用研究，建设防灾减灾技术标准体系，提高防灾减灾的标准化水平［19］。《国家防灾减灾科技发展“十二五”专项规划》将“编制和修订一批防灾减灾技术标准、规范和技术指南，促进科技成果转化为防灾减灾能力”列为重要的发展目标［20］。标准和标准化已成为促进科研成果转化为自然灾害应急管理和综合防灾减灾救灾能力的重要手段和方法。

根据自然灾害的生命周期和人类应对采取的措施，自然灾害的管理过程可分为防灾（Prevention）、 减 灾 （Mitigation）、 备 灾（Preparedness）、响 应 （Response）和 恢 复（Recovery）五个阶段，但每个阶段并不是截然分割的，在时间上存在重叠。遥感技术可以在自然灾害的整个生命周期以及灾害管理的每一个过程中发挥重要作用。例如，防灾阶段可以对水利工程、生态工程等进行监测，提升防灾工程对灾害的防范作用；减灾阶段通过孕灾环境和致灾因子监测，为灾害风险调查和识别工作提供信息支撑；备灾阶段通过致灾因子监测为灾害风险评价和预警提供信息支撑；响应阶段通过房屋、基础设施、农作物等承灾体监测为灾害损失评估和应急救助提供信息支持；恢复阶段通过监测房屋、基础设施、生态环境等信息为了解恢复重建进度和开展恢复重建效果评估提供信息支持。

与传统的现场调查手段相比，遥感技术在灾害信息获取方面具有独特的优势，不管是信息获取的区域覆盖广泛性，还是信息获取的时效性都表现出其独有的特点。随着高空间分辨率、高光谱分辨率、高时相分辨率以及无人机遥感技术的发展，遥感正逐渐成为自然灾害信息获取的主要手段之一。遥感可用于孕灾环境监测、致灾因子监测、灾害损失监测、恢复重建监测和防灾工程监测，而且已经在日常的灾害管理和重特大自然灾害应对中得到了广泛地应用并扮演着越来越重要的角色。遥感在自然灾害管理中的主要应用需求如图1所示。

同时，伴随着遥感技术在自然灾害管理的不同方面得到广泛应用，越来越多的机构和个人投身到灾害遥感的研究和应用中，2008年5.12汶

川特大地震等巨灾的应对也需要机构和个人共同投入到遥感信息获取、处理、分析、研判和制图等遥感应用工作中，为了促进信息分析、处理与制图表达的规范化以及专题产品的标准化，亟需制定这方面的标准。

但是，不管是从标准的数量还是标准覆盖的专业领域，目前现有的标准都难以满足日益增长的灾害遥感应用需求。因此，亟需构建具备系统性、先进性和可行性的自然灾害遥感应用标准体系，而科学、合理、实用的标准体系框架对于促进标准体系构建的科学性、系统性、协调性具有至关重要的作用。

2.2 标准体系框架构建思路

自然灾害遥感应用技术标准体系框架构建既要体现标准体系的共有特性，又要突出自然灾害遥感应用的专属特征，这样才能够保证构建的标准体系框架既符合标准体系构建一般要求，又能充分用于指导标准体系表编制。标准体系框架构建的一般要求应遵循标准化基本原理和方法，可参照《标准体系表编制原则和要求》（GB／T 13016）［21］，而其构建的特殊需求需要在分析自然灾害遥感应用体系的基础上提出。

传统标准化方法基本上是单个、分散、孤立地制定标准，以制定标准为目的，并以标准数量增长为目标，较少考虑运用系统论的方法。现代标准化更强调以系统理论为指导，并遵循系统分析方法开展标准化，即综合标准化［22］。综合标准化方法较传统标准化方法更有活力，能够以动态、协调、能动的方式作推动自然灾害遥感应用标准化

工作，能够将取得的最新遥感技术研究成果纳入自然灾害遥感应用标准化活动并促进自然灾害遥感技术应用水平的提升。

标准体系框架结构可围绕自然灾害遥感应用产品（服务）种类、应用工艺（服务）流程、灾害管理过程等进行设计，所采用的结构要充分体现标准化对象和相关要素以及要素之间的关系，并有利于发挥最大作用和效益。自然灾害遥感应用产品（服务）可分为监测产品、风险评估产品、损失评估产品和恢复重建与救助评估产品等；应用工艺（服务流程）可分为遥感数据获取、遥感数据处理（预处理、精处理）、专题信息提取、制图、发布等；灾害管理过程可分为灾前管理、灾中管理、灾后管理等。

同时，在构建自然灾害遥感技术应用标准体系的时候，需要考虑与已有的术语类、方法类、管理类等通用类标准的衔接，宜将其纳入标准体系框架的设计，直接将已有的国家或者行业标准纳入即可，不应重复制定标准。这类标准既包括中国国家标准化管理委员会发布的与开展标准化工作相关的基础标准，也包括由全国遥感技术标准化技术委员会、全国地理信息标准化技术委员会和全国减灾救灾标准化技术委员会等专业标准化机构制定的与自然灾害及遥感技术相关的通用基础标准。

2.3 基于类别划分的并列式标准体系

并列式标准体系的特点是体系内各标准是并行的对象，标准之间呈并列关系。例如，根据《自然灾害遥感专题图产品制作要求 第1部分：分类、编码与制图》（GB／T 28293.1—2012）［23］，自然灾害遥感专题图产品可分为监测、风险评估、损失评估、救助与恢复重建评估4大类共30种，基于该并列式方法构建的自然灾害遥感专题图产品标准体系如图2所示。

2.4 基于生产流程的串列式标准体系

串列式标准体系的特点是体系内标准按照先后次序排列，前一标准的输出是后一标准的输入。前一标准为后一标准目标的实现提供保证，直到达到最终目标。每一类自然灾害遥感专题图产品制作需要经历遥感数据采集、遥感数据系统处理、遥感数据应用处理、遥感专题信息提取、遥感专题制图制作等流程，每一个环节的标准都直接影响到最终生产的自然灾害遥感应用专题图产品的质量。因此可以按照产品的生产流程来构建串列式的自然灾害遥感应用标准体系（图3），以便于从每一个环节约束产品的质量，从而使得生产的最终产品质量达到最优。其中遥感数据获取、遥感数据预处理属于自然灾害遥感技术应用的通用基础标准和上游标准，应直接采用，不作为自然灾害遥感技术应用标准体系中需要制定和修订的标准。

2.5 面向标准综合体的混合式标准体系

混合式标准体系的特点是体系内标准既有先后的次序关系也有并列关系，两种结构交织在一起形成较复杂的结构。例如，根据洪涝灾害管理过程，灾前主要为风险管理，灾中为应急管理，灾后为损失评估，可以筛选出标准化要素及需要规

范的内容，并在此基础上提出需要制定的标准或标准综合体，从而构建出如图4所示的混合式体系框架，以便使洪涝灾害遥感应用的标准形成体系并相互协调和统一，促进标准使用效果的最大化。

目前，遥感技术已经在洪涝灾害监测中发挥着越来越大的作用，但与其相关的标准化工作进展却相对缓慢，除去本文第二部分列举出的遥感技术基础通用标准外，现行涉及洪涝灾害遥感监测的国际标准、国家标准、行业标准乃至地方标准寥寥无几。本文在分析洪涝灾害遥感监测需求的基础上，提出了洪涝灾害遥感监测关键技术标准需求的目录，如表5所示。

表5 洪涝灾害遥感监测关键技术标准需求Tab.5 Key standards need to be established for flood remote sensing monitoring

3 结语

自然灾害遥感技术应用标准体系的建设是推进多平台、多传感器、多时空分辨率遥感数据应用到防灾减灾救灾等灾害管理全过程的重要基础性工作，也是灾害遥感技术应用发展、灾害遥感风险评估、灾害遥感损失评估、灾害救助与恢复重建监测以及专题图产品生产制作的重要技术依据。灾害遥感应用相关的标准化技术组织（例如：标准化技术委员会及其分技术委员会）、专业应用机构、企事业单位可以根据灾害遥感技术的最新发展、应用领域及标准化需求，选择并列式、串列式或混合式标准体系结构，建立健全适合自然灾害遥感应用标准化需求的标准体系，并根据技术的发展和应用需求对其不断地进行修订和完善，从而有效推动自然灾害遥感技术在相应专业领域应用的标准化，有效提高遥感技术应用的效率和规范化水平。

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A Study on Standard System Method of Remote Sensing Technology Application for Natural Disasters Management

Zhang Baojun1，2，Chen Sha1，2，Li Yi1，2
（1．National Disaster Reduction Center of China，Ministry of Civil Affairs，Beijing 100124，China；2．Satellite Disaster Reduction Application Center，Ministry of Civil Affairs，Beijing 100124，China）

Remote sensing has become an important technology for disaster information acquisition and analysis in recent years，which can not only obtain background data pre⁃disaster，but also can be used for disaster monitoring，early warning and loss assessment.Standard system is very important for remote sensing application in natural disaster management，and needs to be established urgently.The domestic and foreign technical standards for remote sensing technology applications， especially related to natural disasters， are reviewed. Analyze the standardization requirements of remote sensing technology application for natural disaster management.Explore the construction idea of standard system，propose three standard system construction methods，including parallel method，serial method and hybrid method，and show the key standards need to be established for flood remote sensing monitoring.

natural disaster；remote sensing；standard；standard system

TP79

A

1673－8047（2016）03－0001－10

2016－07－01

公益性行业科研专项经费项目（201510211）

张宝军（1981—），男，博士，副研究员，主要从事自然灾害遥感应用、减灾救灾标准化方面的研究。