李素菊 和海霞 刘明 崔燕 杨思全 吴玮 张薇

(民政部国家减灾中心，北京 100124)



中国对地观测卫星在缅甸洪涝灾害应急监测中的应用

李素菊 和海霞 刘明 崔燕 杨思全 吴玮 张薇

(民政部国家减灾中心，北京 100124)

针对2015年7-8月缅甸发生的严重洪涝灾害，应缅方请求，民政部国家减灾中心利用多颗中国卫星对洪涝进行监测，并结合其他辅助数据对洪涝灾害的范围与影响进行分析评估，为缅方救灾决策提供有效支持。文章针对以上案例对应急监测数据、流程、方法、结果进行系统分析，结果表明中国卫星具有为周边国家重大灾害提供及时有效应急监测服务能力，并对未来中国卫星用于国际重大灾害监测服务提出了建议与展望。

对地观测卫星；缅甸洪涝灾害；应急监测；卫星应用

1 引言

自然灾害是人类面临的共同挑战，近年来，全球范围内重大自然灾害不断发生，给人类造成巨大生命和财产损失。据国际紧急事件数据库统计,2015年全球有376次国家级重大自然灾害发生，共造成22765人死亡，1.1亿人受灾，直接经济损失703亿美元，其中亚洲国家灾害情况最为严重[1]。重大自然灾害的发生往往在较短时间内造成大量生命财产损失，而且灾害形势复杂多变，应急救援救助难度较大。传统的地面调查和统计等手段很难及时获取灾区的全面动态信息。地球观测卫星具有观测范围广、可重复观测、不受地面条件限制及可多星协同实现多维立体动态观测的优势，通过将灾区多源卫星遥感影像与基础地理、灾情信息等数据进行综合处理与分析，可在灾后快速获得灾区背景信息、动态监测灾害造成的建筑物等实物毁损情况、评估灾害的影响范围和判断灾情发展的态势[2-4]，卫星应急制图已经成为国内外重大灾害应急管理不可或缺的技术支撑手段[5-6]。

近年来我国对地观测卫星技术迅速发展，观测能力不断提高[7]。1999年发射的中巴地球资源卫星-01星(CBERS-01)是我国第一颗传输型地球资源卫星，此后我国对地观测卫星技术持续发展，卫星数量与种类不断增多，目前已经形成“资源”、“高分”和“环境与灾害监测预报小卫星星座”等卫星系列，成为全球对地观测卫星大国之一。截至2016年底，我国共计发射16颗民用陆地观测卫星，其中在轨运行13颗，卫星的传感器包含光学和雷达两种类型，空间分辨率从低分辨率到中、高分辨率，初步具备对全球进行全天候、全天时成像观测能力，目前这些对地观测卫星已经广泛应用于包括防灾减灾在内的多个领域，发挥了巨大的社会效益。

灾害无国界，卫星遥感亦无国界。自然灾害应急对卫星监测的需求具有针对多时空要素的动态高效多源多维的特点，在发生重大灾害条件下，只依靠单一国家或机构的卫星资源难以满足需求，而卫星的全球化可重访与无国界观测能力与灾害的监测需求高度契合。目前重大灾害遥感应急监测是卫星资源共享最为活跃和成熟的领域，国际上已经形成了多个针对重大灾害应急进行卫星资源共享与应急服务的合作机制。比如联合国灾害管理与应急反应天基信息平台(UN-SPIDER)、空间与重大灾害国际合作宪章(CHARTER)、欧盟哥白尼计划的应急服务平台等国际合作机制均是专门针对灾害监测建立的卫星资源共享与信息服务机制[8]。民政部国家减灾中心作为我国综合防灾减灾的信息与决策支持机构，自2009年2月第一次针对澳大利亚火灾开展国际卫星应急监测服务以来[9]，已经为30多次国际重大灾害提供监测与制图服务，目前已经成为国际社会卫星应急制图的重要力量之一。

2015年7-8月缅甸发生严重洪涝灾害，应缅方灾害管理部门请求，民政部国家减灾中心紧急启动空间信息应急服务机制，协调利用多颗中国卫星对缅甸灾区进行遥感监测，并结合其他辅助数据对洪涝范围与影响进行监测评估，为缅方救灾决策提供有效支持。本文针对以上案例对监测数据、流程、方法和结果进行系统分析，并对未来中国卫星有效用于国际重大灾害应急监测服务提出建议。

2 缅甸概况与灾害情况

缅甸位于亚洲中南半岛西部，东北和北部与我国云南省交界，西面濒临孟加拉湾和安达曼海，海岸线长3200 km，总面积约为67.7万平方千米，是东南亚第二大国家。总人口5141.9万人(2014年)，辖14个省级行政单元(包括7个省、7个邦和联邦区)。从地理位置来看缅甸是陆地上连接东南亚与南亚的必然通道，是中国21世纪海上丝绸之路进入印度洋的第一站，也是最为关键的一站[10]。缅甸地势北高南低，西部有若开山脉，东北部为掸邦高原，中部为平原。气候属于典型热带季风气候，丰水期从5月持续到10月末；在此期间，强风从西南部吹入缅甸，若开邦、勃固省、伊洛瓦底省和德林达依省的海岸，每年降雨量约3000～5000 mm；中部平原降雨量每年仅有500～1000 mm。

缅甸是一个自然灾害多发的国家，主要自然灾害类型包括洪涝、台风、滑坡、旱灾、海啸、森林火灾和地震等，其中洪涝发生频次最高。根据CRED国际灾害数据库统计，2000-2015年期间缅甸发生各类重大自然灾害30次，其中洪涝灾害发生频次最多共15次，其次分别为滑坡、台风、地震，重大灾害共造成13.9万多人死亡，其中2008年发生的“纳尔吉斯”台风是缅甸历史上最严重的自然灾害，导致13.8万人死亡。缅甸的社会福利救助与安置部负责国家防灾减灾与应急救助工作，该部设有应急中心，开展风险评估、应急监测与信息管理服务，应急期间对外发布灾情。

2015年7-8月，受持续强降雨和7月30日孟加拉登陆台风“科门”(KOMEN)的影响，缅甸发生大范围洪涝灾害和多处地质灾害，洪水殃及西北，西部，南部和西南部的大部分国土面积，14个省邦中的12个省邦受灾。根据缅甸社会福利救助与安置部统计，截至2015年8月底，洪涝灾害造成至少117人死亡，160多万人受灾，39万多公顷农田被损毁，多处出现滑坡等地质灾害，造成大量电力、交通和通信等设施被毁坏。2015年7月31日缅甸总统发布声明宣布实皆、钦、马圭和若开等4省(邦)为自然灾害灾区[11]。声明表明这4个省邦受灾严重，面临巨大救灾挑战，可接受国际援助。洪涝灾害后缅方通过外交渠道向民政部国家减灾中心提出卫星监测请求，针对灾情特点和应急需求，减灾中心积极协调中方卫星资源，及时为缅方应急工作提供有效卫星制图信息服务，得到了缅方的充分肯定。也为进一步探索国产卫星对周边国家重大灾害应急监测服务模式奠定基础。

3 数据获取与监测流程

3.1 常用国产对地观测卫星

洪涝灾害范围及其影响要素是卫星遥感应急监测的主要内容，需要大范围观测卫星与精细观测卫星协同应用方可有效开展。目前我国在轨运行的多颗卫星(见表1)可满足洪涝灾害大范围动态观测的监测需求，如2008年9月发射的环境减灾-A、B(HJ-1A/B)卫星各搭载两台CCD相机，具有30 m空间分辨率、4个多光谱波段、700 km幅宽，两星协同观测可实现48 h的重访周期，已经积累全球多个国家本底影像数据，多次用于国内外洪涝灾害监测服务。2013年4月发射的高分一号卫星搭载的4台16 m分辨率多光谱宽幅相机幅宽达到800 km，重访周期4天，以上卫星载荷适合于洪涝范围动态监测。近年来发射的多颗中高分辨率卫星可对洪涝灾害影响的重点区域和目标开展应急监测，如2012年发射环境减灾-1C(HJ-1C)卫星作为我国第一颗民用S频段雷达卫星，单视模式空间分辨率可到5 m，具有条带和扫描两种工作模式，成像带宽度分别为40 km和100 km，可用于灾区多云多雨条件下的洪涝应急观测；2012年发射的实践-9A(SJ-9A)卫星的全色多光谱相机可提供全色2.5 m和多光谱10 m影像，2014年发射的高分二号(GF-2)卫星携带1 m全色和4 m多光谱两台相机，可用于监测洪涝灾害影响的居民地、重要基础设施和农田等目标。

表1 洪涝灾害常用对地观测卫星指标表

3.2 数据获取与监测应用

根据缅方需求，民政部国家减灾中心迅速启动国产卫星数据共享获取与应急制图机制，一方面从影像库中整理覆盖缅甸全境的灾前影像，另一方面及时安排环境减灾卫星观测计划，并向中国资源应用卫星中心提出其他陆地卫星对该区域的观测申请。截至2015年8月14日，共获取了HJ-1A/B/C和实践-9A等4颗卫星的73景遥感影像数据，其中灾前遥感影像25景，全部来自环境减灾卫星，灾后遥感影像48景，来自环境减灾卫星和实践-9A卫星。卫星遥感影像数据实现了对缅甸14省(邦)的在灾前和灾后两个阶段的全覆盖(如图1，2所示)，HJ-1A/B是数据量最多和覆盖最广的数据，共58景影像，分别覆盖了灾前和灾后的全灾区。卫星影像数据主要用于提取水体范围，并通过灾前灾后的水体范围变化，确定洪涝范围。

基础地理数据是灾害影响评估的基础数据。本次使用的缅甸国界、省邦边界及村镇点位矢量数据来自缅甸信息管理部(MIMU)公开发布信息，该部成立于2007年，由欧盟、加拿大政府及联合国发展计划署资助，在联合国居住与人道主义协调员管理下负责为联合国驻缅组织与人道主义相关机构提供信息，主要用于缅甸的人道主义援助与社区发展的信息分析与决策支持，其发布的信息来自缅甸全国的多个部门。洪涝灾害往往导致大量农田受灾，而且缅甸作为农业大国，农田信息尤为重要。本次洪涝影响评估使用的耕地数据是由我国国家基础地理信息中心生产的2010年全球30 m地表覆盖数据，该数据覆盖南北纬80°的陆地范围，包括耕地、森林、草地等10种地表覆盖类型。数据研制所使用的分类影像主要是30 m的多光谱影像，包括美国的陆地资源卫星和中国的环境减灾卫星[12]。数据获取与应用情况如表2所示。

图1 HJ-1卫星缅甸灾前影像图Fig.1 HJ-1 satellite image of Myanmar before flood

图2 中国对地观测卫星灾后影像范围图Fig.2 Post disaster coverage of Chinese satellites

数据类型数据名称数据时间数量与范围数据应用国产卫星影像HJ-1A/B影像HJ-1C影像SJ-9A影像2015年5月25景,覆盖缅甸全境2015年7—8月33景,覆盖缅甸全境2015年7—8月8景,局部灾区2015年8月4日3景,局部灾区 主要用于灾前灾后水体范围信息提取。 用于洪水监测与识别。 用于灾后洪涝范围提取。开源基础地理数据国省界2014年4月村镇点位2012年2月耕地分布2010年缅甸全境 缅甸信息管理部门(MIMU)通过网站对外公开发布,用于洪涝影响村镇评估全球覆盖 中国的全球30m分辨率地表覆盖数据,信息提取自多源卫星影像,含10种地表覆盖类型,用于洪涝影响耕地评估

3.3 处理评估流程

获取的覆盖缅甸的灾前灾后卫星影像分别经过辐射校正和几何校正后，首先利用区域生长法通过人机交互方式分景提取水体范围，然后分别融合合并形成灾前正常的水体范围和灾后的水体范围，两个时期的水体范围通过变化检测，对比分析灾前灾后水体面积变化，识别提取洪涝范围。洪涝范围结合缅甸村镇点位和省邦边界等基础地理数据，通过空间遥感数据分析，可得到受灾的村镇数量与分布，洪涝范围结合全球30 m地表覆盖类型数据中的耕地分布数据，通过空间遥感数据分析得到受灾耕地分布与面积，具体流程见图3。

图3 洪涝灾害范围与影响评估技术流程图Fig.3 Technical flow of flood extent and impact assessment

4 监测结果与应用分析

4.1 监测结果

利用对地观测卫星对缅甸洪涝灾害进行动态监测，分析形成全灾区洪涝范围监测和影响评估两类产品，灾害范围产品有助于灾害管理者全面掌握灾情态势和确定重点灾区，而灾害影响评估结果有利于确定受影响关键要素信息，便于有效部署应急救助资源，同时为后续的综合损失评估和恢复重建决策提供参考信息。

4.1.1 洪涝范围

2015年8月4日至14日遥感应急期间，遥感监测缅甸境内最大洪水范围达12 334.9 km2，涉及13个省(邦)，其中伊洛瓦底、实皆、勃固和马圭洪水范围最大，均超过1000 km2，伊洛瓦底最为严重，洪涝面积达3980多平方千米。其后依次为克钦、克耶和曼德勒，省(邦)内洪涝范围均超过600 km2。本次洪涝灾害属于强降水导致河水暴涨而引起的大面积流域性洪涝灾害，从洪涝范围监测结果(见图4，图5)可见洪涝灾区多位于山谷沿河区域和下游低洼平原地区，大范围洪涝呈现沿河流分布趋势，在实皆东北部和克钦西南部、伊洛瓦底中北部和勃固西南部被大范围洪水淹没，而实皆中南部、马圭中部、若开中南部出现多处内涝积水，钦、孟和内比都省(邦)受灾最轻，特别是钦受灾面积最小，仅2.56 km2。

图4 缅甸洪涝范围(截至2015年8月14日)Fig.4 Flood extent of Myanmar flood (as of August 14)

图5 洪涝范围内土地覆盖分布图Fig.5 Landcover of flooded area

4.1.2 影响评估

由于河流两侧耕地、村庄密布，沿河泛滥的洪水导致大量居民地和耕地被淹(图6～7)。基于获取的基础地理数据和提取的洪涝范围，通过空间遥感数据分析主要针对洪涝灾害对受灾的村、镇及耕地进行评估。评估发现，共有108个镇、1747个村庄和90.17万公顷耕地受灾(见表3)，从受影响土地类型看，以耕地受灾为主，面积占总洪水范围面积的73.8%。从受灾情况来看，伊洛瓦底、实皆、勃固三个省(邦)受灾最为严重，受灾村镇数量最多，受灾耕地面积也最大。随后受灾村镇最多的是马圭省，有18个镇和201个村子受灾。受影响耕地最严重的是克钦邦，6.06万公顷耕地受灾，占其境内洪涝总面积的78%。曼德勒受灾也比较严重，14个镇受影响，受影响农田面积也较大。若开、内比都和钦省(邦)受灾较轻，农田受灾面积站省(邦)内洪涝范围比重也较小。

图6 SJ-9A 卫星监测的被淹大面积农田与居民点Fig.6 Flooded arable land and residential areas monitored by SJ-9A satellite

图7 环境减灾卫星-1监测的洪涝影响居民点密集区Fig.7 Flooded residential areas monitored by HJ-1 satellite

省(邦)洪涝范围/km2受灾镇数/个受灾村数/个淹没耕地/万公顷淹没耕地占洪涝范围比例/%伊洛瓦底(Ayeyarwady)3980.841448831.2178.4勃固(Bago)1861.441848512.9769.7钦(Chin)2.56300.8031.3克钦(Kachin)775.253596.0678.2克耶(Kayin)679.933794.8371.0马圭(Magway)1017.51182015.6255.2

续 表

4.2 结果讨论

虽然缺乏同期地面实测数据，尚未对监测结果进行全面系统定量验证，但与相关统计报告信息的对比结果显示监测结果与实际受灾情况具有一致性。本文以8月中旬联合国人道主义救援协调办公室缅甸洪涝应急形势报告[11]相关信息做参考对监测结果定性分析，结果表明卫星遥感评估得到的洪涝范围、重灾区和受灾镇数量与报告中相关信息一致性强，遥感监测被淹耕地面积偏大。具体来说，关于洪涝范围，根据形势报告，洪涝灾害造成伊洛瓦底、勃固、钦、克钦、克耶、马圭、曼德勒、孟、若开、实皆、掸和仰光等12省邦，而遥感监测洪涝范围除以上12省邦外还包括内比都，不过内比都评估得到的受灾村镇数最少。关于受灾程度，伊洛瓦底灾情最为严重，监测结果与报告信息一致。关于受灾镇村数量，遥感评估得到的受灾镇为108个，略少于形势报告中的134个镇，而马圭约有200个村子被淹，监测结果与报告信息一致。遥感监测被淹耕地面积偏差较大，是报告被淹面积55.66万公顷的1.6倍。分析来看，遥感监测时间与报告信息统计的时间难以完全一致，基于遥感影像提取的洪水范围和来源于统计的报告信息均必然存在误差，而耕地面积采用2010年全球30 m的地表覆盖数据中数据现世性不足，以上因素均可导致评估结果出现偏差。

4.3 应用分析

卫星应急监测期间是洪涝范围最大和形势最为严峻的时期，在应急制图服务的两个多周时间内共制作20多幅制图产品，并通过专门开通的文件传输协议(FTP)及时动态为缅方提供信息服务，特别为其在全面掌握灾情发展态势和重点灾区灾情的基础上进行快速应急救援救助决策与工作部署提供有效信息支持，应急服务工作得到缅方的充分肯定和高度评价。与以往国家减灾中心提供的国际大灾应急监测服务相比，本次洪涝监测在协调卫星数量、灾区覆盖范围、动态监测频次和服务时效方面均有较大提升。服务能力增强主要得益于与卫星资源和技术的发展。随着我国地球观测卫星数量的增加，观测能力不断增强，通过多星协同对周边国家具有每天覆盖观测能力，对于大范围洪涝灾害可进行动态有效观测与制图服务。如2008年发射的HJ-1A/B卫星经过8年多的运行，已经积累了全球多个国家的存档数据，使得能够通过灾前灾后影像对比实现对洪涝范围的有效监测，HJ-1A/B卫星CCD载荷和高分一号卫星16 m多光谱载荷等大幅宽高频次观测相机适合于对大范围洪涝灾害开展动态应急监测；更高分辨率卫星可对重点目标和区域进行监测。

为进一步提高应急监测能力和定量化水平，后续应进一步加强雷达卫星协同应用和产品的真实性检验方面工作。本次应急监测以光学卫星为主，所以有效影像数据的获取容易受天气条件影响，随着我国高分三号卫星等更多雷达卫星的发射，通过与光学卫星的协同应用，可大幅提升洪涝灾害的监测能力。此外本次应急监测由于缺乏当地同期实际数据，所以监测结果未作定量验证，只做定性判断。进一步应与当地建立长效协作机制，共同开展产品验证工作，提高产品定量化水平。

5 结论

针对2015年缅甸洪涝灾害应急国际需求，通过协调4颗中国对地观测卫星对全灾区进行持续近2周的观测，制作完成20多幅卫星应急制图产品，产品服务及时并动态直观，有效支持了缅方的应急决策。本次洪涝灾害应急监测是中国卫星针对一次国家级的重大洪涝灾害开展的时间最长和范围最广的制图服务，服务效果得到了缅方和国际社会的高度肯定，也充分证明了中国卫星对周边国家洪涝灾害应急监测能力，随着更多中国卫星的发射与投入使用，其在国际洪涝灾害应急监测中必将发挥更大应用潜力。

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[12]Chen Jun,Ban Yifang,Li Songnian. China: open access to Earth Land-cover Map[J]. Nature,514: 434

(编辑：张小琳)

Application of China Earth Observation Satellites for Myanmar Flood Emergency Monitoring

LI Suju HE Haixia LIU Ming CUI Yan YANG Siquan WU Wei ZHANG Wei

(National Disaster Reduction Center of China,Ministry of Civil Affairs,Beijing 100124,China)

During July to August in 2015,Myanmar suffered severe floods disaster which caused massive damages and losses. With the request of Myanmar government,several domestic satellites of China have been mobilized for the disaster monitoring. The archived and post disaster acquired satellite images were used for flooded extent and impact estimation with open affiliated data integrated. The satellite-based emergency mapping service provided by NDRCC has effectively supported the Myanmar emergency response. The data,workflow,methodologies and outcome of the Myanmar flood emergency mapping service have been systematically analyzed,which manifest the capacity for using domestic land observation satellites for international major disaster monitoring service. Some suggestions and expectations have been proposed for the future application in this regard.

earth observation satellites;Myanmar flood;emergency monitoring;satellite application

2017-03-08；

2017-04-09

国家自然科学基金(41301591)

李素菊，女，博士，副研究员，研究领域为空间技术减灾与合作。Email：lisuju@ndrcc.gov.cn。

P286

A

10.3969/j.issn.1673-8748.2017.02.020