陳立澤 申旭輝 王 輝 洪順英 荊 鳳

1) 中國北京100036中國地震局地震預測研究所2) 中國北京100085中國地震局地殼應力研究所

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我國高分辨率遙感技術在地震研究中的應用*

1) 中國北京100036中國地震局地震預測研究所2) 中國北京100085中國地震局地殼應力研究所

本文概述了我國高分辨率遙感技術在地震監(jiān)測預報、 災害預防和應急救援防震減災三大業(yè)務體系中的應用現狀， 重點介紹了“高分遙感地震監(jiān)測與應急應用示范”項目的進展． 該項目針對防震減災業(yè)務體系發(fā)展的應用需求， 在整合地震行業(yè)現有技術和資源的基礎上， 突破了高分辨率對地觀測系統(tǒng)衛(wèi)星遙感數據在地震構造調查、 地震監(jiān)測和地震應急救援等方面應用的關鍵技術， 制定行業(yè)應用規(guī)范， 建設高分遙感地震業(yè)務應用示范系統(tǒng)， 并開展應用示范． 該項目的成功實施， 使得我國高分辨率遙感技術在地震中的應用從以往分散的科學研究提升到一個業(yè)務化應用的狀態(tài)， 從而能更加有效地服務于防震減災工作．

高分辨率 遙感 地震構造調查 地震監(jiān)測 地震應急救援

引言

遙感作為一門綜合技術興起于20世紀60年代， 經歷了航空遙感、 衛(wèi)星遙感等發(fā)展階段． 隨著航天技術、 傳感器技術和計算機技術的飛速發(fā)展， 遙感技術在20世紀后期發(fā)展迅猛， 其中可見光、 紅外和雷達遙感技術等日漸成為地球科學研究的重要手段． 進入21世紀， 在軌運行的對地觀測衛(wèi)星數量成倍增加， 其類型也日益多樣化， 對地觀測衛(wèi)星的時間、 空間和光譜分辨率越來越高， 標志著遙感技術進入了一個高分辨率遙感時代． 高分辨率遙感技術不僅在地球科學領域得到了廣泛應用， 而且隨著定位和地圖服務的普及， 也逐漸走進了大眾生活．

地震預測作為一個世界性的科學難題， 在徹底掌握地震孕育和發(fā)生機理之前， 通過不同的手段對地震進行全方位的觀測和研究顯得尤為重要． 遙感技術具有成像快速、 獲取圖像范圍大、 受地面條件影響小等特點， 在地震觀測和震例數據獲取方面有著獨特的優(yōu)勢． 我國早在20世紀70年代末已開始使用遙感技術進行地震應用研究， 并且對遙感技術在地震研究中的應用提出了展望， 認為遙感技術在區(qū)域地震地質和強震構造研究、 地震紅外輻射和地下流體及電磁輻射變化監(jiān)測、 震害調查及地震專題圖制作等方面的應用前景廣闊(張海根， 1981)． 隨后， 我國遙感地震應用研究百花齊放， 在遙感地震構造解譯、 遙感地震紅外異常監(jiān)測、 利用合成孔徑雷達干涉測量(interferometric synthetic aperture radar， 簡寫為InSAR)法進行同震形變監(jiān)測及遙感地震災害損失評估等方面取得豐碩的成果(強祖基等， 1990； 單新建等， 2002； 王曉青等， 2003； 付碧宏等， 2006)．

2010年5月， 經國務院常務會審議批準， 我國正式啟動了高分辨率對地觀測系統(tǒng)重大專項， 計劃發(fā)射一系列高空間分辨率和高時間分辨率的光學衛(wèi)星、 雷達衛(wèi)星和高光譜衛(wèi)星， 在2020年前建立起自主的高空間、 高時間和高光譜分辨率的對地觀測系統(tǒng)， 全面提升我國自主獲取高分辨率觀測數據的能力， 加快我國空間信息應用體系的建設， 推動衛(wèi)星及應用技術的發(fā)展． 地震行業(yè)以此為契機， 在多年研究積累的基礎上， 對行業(yè)內部現有的隊伍和資源進行整合， 啟動了“高分遙感地震監(jiān)測與應急應用示范”項目， 以突破高分衛(wèi)星遙感數據在地震中的應用水平， 提高我國防震減災能力．

1 高分辨率遙感技術在地震災害預防中的應用

地震災害預防是防震減災三大業(yè)務工作體系之一， 在防震減災整體工作中占有非常重要的地位， 旨在對活動構造與地震構造識別和研究的基礎上， 通過工程抗震設防和政策法規(guī)等措施， 減輕未來可能發(fā)生的破壞性地震所造成的損失． 遙感技術作為一種高效的探測手段在活動構造與地震構造識別和研究中發(fā)揮著重要作用．

1.1 光學遙感活動構造調查

早期國內開展的活動構造研究使用的遙感數據多為航空遙感數據和中低分辨率的衛(wèi)星數據． 從1978年開始， 我國利用美國陸地資源衛(wèi)星Landsat多光譜掃描儀獲得的數據及大量的航空照片， 開展了全國范圍內的活動構造調查研究工作， 并于20世紀80年代早期編制完成了1∶400萬的《中國衛(wèi)星影象地震構造判讀圖》(國家地震局地質研究所， 地震研究所， 1980)和《中國活動構造典型衛(wèi)星影象集》(國家地震局地震研究所， 國家地震局地質研究所， 1982)． 由于所使用的數據分辨率較低， 成果只反映了我國主要的構造格局， 對局部的構造和構造細節(jié)研究程度不夠． 20世紀末期， 諸多研究人員使用Landsat衛(wèi)星專題制圖儀(thematic mapper, 簡寫為TM)和增強型專題制圖儀(enhanced thematic mapper, 簡寫為ETM)獲取的中低分辨率數據在活動斷裂空間展布的解譯和提取方法上作了大量的研究工作， 成果主要集中在斷裂帶識別標志的分析總結以及遙感圖像增強處理技術等方面(Philip， 1996; Phillipsetal， 1999; Robinsonetal， 2000)．

2001年昆侖山MS8.1地震發(fā)生后， 我國開始大量使用高分辨率衛(wèi)星影像進行活動構造研究， 所使用的數據主要來源于國外的Ikonos， QuickBird， Spot， GeoEye及IRS等衛(wèi)星． 研究工作一方面是利用影像進行線性構造提取， 獲取活動斷裂的空間展布和規(guī)模； 另一方面是基于影像對活動構造變形參數進行定量分析和提取， 分析斷層的活動性質、 活動特征以及活動時代． 例如： 付碧宏等(2006)利用IRS高分辨率遙感數據和航天飛機雷達地形測繪使命獲取的數字高程模型數據對康西瓦斷裂第四紀構造活動及地貌特征進行了研究， 認為該斷裂晚第四紀經歷了強烈的左旋走滑活動， 并根據不同年代地表地貌特征的位錯量， 估算了該斷裂第四紀以來的長期走滑速率； 劉華國等(2011)利用IRS-P5像對和GeoEye-1影像對柯坪推覆構造的近地表地層產狀進行了定量提取， 結合區(qū)域地質圖和石油地震反射剖面等資料給出了完整的地質剖面， 為了解柯坪推覆構造的活動情況提供了重要資料．

國產高分辨率衛(wèi)星發(fā)展相對較晚， 而且在分辨率和圖像質量上與國外衛(wèi)星比較還存在一定差距， 因此， 基于國產高分辨率衛(wèi)星數據開展活動構造的研究也相對較少． 但是， 已有研究表明， 國產高分辨率數據能有效應用于1∶5萬填圖和活動構造的定量研究中(徐岳仁等， 2011)． 2014年新疆于田發(fā)生MS7.3地震， 徐岳仁等(2015)利用高分辨率對地觀測系統(tǒng)高分一號衛(wèi)星獲取的高分辨率光學遙感影像對同震地表破裂帶進行了提取， 并識別了發(fā)震構造， 這是我國首次成功地使用國產衛(wèi)星在震后快速獲取同震地表破裂帶， 反映了國產高分辨率衛(wèi)星數據在地震構造中的應用前景頗為樂觀．

1.2 雷達遙感活動構造調查

雷達遙感對線性物體反映敏感， 而且具有一定的穿透能力， 對活動構造中的線性構造和淺層隱伏構造探測具有獨特的優(yōu)勢， 逐漸被運用于活動構造調查中． 我國雷達構造探測研究始于20世紀晚期， 郭華東(1986)在對巴丹吉林沙漠的阿拉騰敖包地區(qū)的雷達圖像分析中證實了雷達對干沙的穿透性， 郭華東等(1997)在航天成像雷達-C/X波段合成孔徑雷達(synthetic aperture radar, 簡寫為SAR)圖像上清晰地識別出昆侖山山前地帶的褶皺構造． 隨后， 中低分辨率的衛(wèi)星雷達數據開始大量使用． 高分辨率的商業(yè)衛(wèi)星雷達數據則在21世紀才出現， 主要有Radarsat-2， Cosmo-Skymed和TerraSAR等， 但是數據價格昂貴， 獲取難度大， 實際應用遠不如中分辨率的ERS-1/2和ALOS等衛(wèi)星． 由于SAR圖像在數據處理和構造識別方面比光學圖像要復雜， 所以在應用時通常采用光學遙感與雷達遙感相結合的方式， 保留光學遙感的光譜特性和雷達遙感的紋理特征， 這樣更有利于構造的識別． 張微等(2007)使用Landsat衛(wèi)星ETM數據和Radarsat數據對杭州的城市活斷層進行了解譯分析， 認為在第四紀松軟沉積物覆蓋區(qū)， 雷達影像對隱伏構造的識別有一定作用．

國產民用雷達衛(wèi)星研制進度比較緩慢， 在分辨率和圖像質量方面也與國外商業(yè)雷達衛(wèi)星差距很大， 因此在地震行業(yè)中很少應用． 高分辨率對地觀測系統(tǒng)的高分三號衛(wèi)星即將發(fā)射， 將為開展雷達遙感活動構造調查提供可靠的數據源．

2 高分辨率遙感技術在地震監(jiān)測中的應用

地震監(jiān)測包括對與地震活動相關的地球物理場和地球化學場的監(jiān)測， 通過對監(jiān)測信息的分析， 提取地震前兆異常信息， 為地震預報提供依據． 遙感具有成像快、 監(jiān)測范圍大、 受地面條件影響小等優(yōu)勢， 已成為地震監(jiān)測非常重要的手段． 現在使用較多的有衛(wèi)星紅外監(jiān)測和InSAR形變監(jiān)測， 衛(wèi)星高光譜技術作為一種新興手段也開始用于斷層溢出氣體的監(jiān)測．

2.1 紅外遙感地震監(jiān)測

20世紀80年代， 國內外研究人員利用衛(wèi)星紅外開展地震研究， 分析衛(wèi)星紅外亮溫增溫異常與地震時、 空、 強三要素的關系(Gornyietal, 1988; 強祖基等， 1990)， 并對衛(wèi)星紅外增溫的異常機制進行了試驗研究(強祖基等， 1997)． 之后， 利用紅外進行地震預測的研究和報道越來越多， 特別是對臺灣地區(qū)集集MW7.6、 昆侖山MS8.1、 蘇門答臘島MS8.7等大地震的紅外輻射， 采用不同的方法和參量對其特征進行了研究(徐秀登等， 2000； 康春麗等， 2003； 劉德富， 康春麗， 2005； 陳梅花等， 2006； 孟慶巖等， 2014)． 結果顯示， 在地震發(fā)生之前， 震源區(qū)附近大多出現了較為顯著的輻射異常現象， 而且這種輻射異常能夠從衛(wèi)星遙感技術所獲取的反映大范圍地表熱輻射場的動態(tài)演化參數(亮溫、 長波輻射通量及潛熱通量)中予以識別， 對地震預測有一定的指示意義． 目前， 地震紅外異常監(jiān)測已作為一種常規(guī)手段應用于地震會商， 為地震預測提供參考．

目前開展的紅外遙感地震研究主要以NOAA衛(wèi)星數據和中分辨率成像光譜儀數據為主， 數據空間分辨率為1 km左右， 反演的長波輻射數據產品和潛熱通量數據產品的最高精度僅可達1°×1°． 無論在時間分辨率還是空間分辨率上， 均未達到高分辨的標準， 這樣的數據精度顯然難以滿足地震預報的需求． 高分辨率對地觀測系統(tǒng)中的高分四號衛(wèi)星能連續(xù)獲取分辨率優(yōu)于400 m的紅外數據， 這將為紅外遙感地震監(jiān)測應用提供新的機遇和挑戰(zhàn)．

2.2 InSAR形變監(jiān)測

Massonnet等(1993)對ERS-1數據進行干涉處理， 成功獲得了Landers地震的同震位錯形變， 并發(fā)現了一些地表難以探測到的特征， 引起了科學界對InSAR技術的極大興趣， 該技術迅速發(fā)展成為一種地表形變測量的常用手段． 我國研究人員利用InSAR技術成功獲得了張北—尚義地震的同震形變場(王超等， 2000)， 并且對震源破裂特征進行了分析(單新建等， 2002)． 在之后發(fā)生的大地震中， 只要能獲取震前震后的干涉雷達像對， 即可開展同震形變干涉測量， 且形變測量精度也越來越高． InSAR應用不只局限于同震形變的獲取， 還可以利用獲取的形變特征反演震源參數， 并利用改進后的InSAR技術對震前、 震后乃至斷裂帶上微弱的形變進行監(jiān)測， 進而分析構造活動與地震之間的關系．

我國尚未發(fā)射干涉雷達衛(wèi)星， 開展InSAR形變監(jiān)測完全依賴于國外的雷達衛(wèi)星， 數據獲取周期長、 價格昂貴， 嚴重制約了我國震后形變場的獲取能力和InSAR形變監(jiān)測的發(fā)展． 高分辨率對地觀測系統(tǒng)高分三號衛(wèi)星能獲取米級分辨率的雷達圖像， 但不具備干涉測量能力， 我國的干涉雷達衛(wèi)星要在“十三五”國家空間信息基礎設施建設中才有望實現．

2.3 高光譜斷層溢出氣體監(jiān)測

在地震活躍地區(qū)， 有大量H2O， CH4， CO2， CO等痕量氣體組分沿斷層向地表溢散， 導致地表大氣的組分發(fā)生變化， 這種斷層溢出氣體對地震響應敏感． 大量研究表明， 利用熱紅外譜段的高光譜衛(wèi)星遙感數據可以對痕量氣體組分進行識別和反演(Frankenbergetal， 2005; Ouzounovetal， 2007; Clarisseetal， 2011)． 我國利用衛(wèi)星高光譜傳感器觀測斷層溢出氣體的研究尚處于試驗階段， 通過對具體震例分析， 認為利用衛(wèi)星高光譜遙感數據可以獲取地震前后CO， O3和水汽等氣體組分濃度的變化情況， 并判斷其是否出現異常， 這種高光譜遙感氣體異常指標可以作為地震監(jiān)測預報的一種新指標(崔月菊等， 2011； 孫玉濤等， 2014)． 但是， 為了提高氣體異常識別的能力和精度， 亟需提高高光譜衛(wèi)星的光譜分辨率和空間分辨率． 高分辨率對地觀測系統(tǒng)高分五號衛(wèi)星作為我國首顆真正的高光譜衛(wèi)星， 同時攜帶有專門氣體組分探測儀， 為我國的高光譜斷層溢出氣體監(jiān)測提供了新的平臺．

3 高分辨率遙感技術在地震應急中的應用

地震應急工作包括破壞性地震發(fā)生前的應急準備和震后采取的救災行動． 通常說的地震應急是指震后通過迅速準確地掌握震情災情， 確定有效的救援行動方案， 從而合理調配各種救災資源， 減輕災害損失． 遙感技術在地震應急中的應用主要體現在對地震災區(qū)范圍的判定、 破壞程度和災害損失的快速獲取等方面， 且應用效果顯著．

3.1 光學遙感地震應急

20世紀70年代以來， 我國地震部門和科學院系統(tǒng)有關單位先后對邢臺MS7.2、 海城MS7.3、 唐山MS7.8、 龍陵MS7.4和大同MS6.1等破壞性地震的震中區(qū)進行了航空遙感攝影和震害判讀， 獲得了房屋倒塌分級及破壞的分布情況(柳稼航等， 2004)． 早期受各種條件限制， 主要采用航空遙感圖片進行解譯工作． 隨著光學遙感衛(wèi)星分辨率的提高和衛(wèi)星重訪周期的加快， 衛(wèi)星數據逐漸取代航空遙感數據而成為地震應急工作的主要數據源． 我國遙感地震應急工作經過幾十年的發(fā)展， 已經形成了地震遙感信息分析與處理系統(tǒng)， 并部署于國家地震應急指揮中心． 2003年新疆巴楚—伽師MS6.8地震后， 王曉青等(2003)利用航空遙感影像首次完成了地震應急階段的地震災害評估工作． 2008年汶川MS8.0地震發(fā)生后， 我國利用國內外多種高分辨率光學可見光影像和航空影像， 開展災區(qū)震害調查， 獲得了房屋建筑物和生命線工程損毀、 地震次生地質災害等重要災情的分布情況(魏成階等， 2008)． 光學遙感數據在地震應急工作中， 特別是在震害范圍快速評估、 震后救援等方面已經開始發(fā)揮重要作用．

2010年高分辨率對地觀測系統(tǒng)重大專項啟動后， 我國已經發(fā)射了高分一號和高分二號兩顆高分辨率光學遙感衛(wèi)星． “高分遙感地震監(jiān)測與應急應用示范”項目通過先期攻關研發(fā)了高分光學遙感地震應急應用原型系統(tǒng)(竇愛霞等， 2013)． 高分衛(wèi)星數據和原型系統(tǒng)在2013年漳縣—岷縣MS6.6、 2014年新疆于田MS7.3、 2014年云南盈江MS6.1、 2014年云南魯甸MS6.5、 2014年云南景谷MS6.6及2014四川康定MS6.3等M>6.0地震的災區(qū)快速判定、 建筑物損毀快速估計、 震后道路通行能力評價以及地震次生地質災害識別等方面發(fā)揮了減災實效．

3.2 雷達遙感地震應急

地震后災區(qū)易形成云、 雨等不利于光學遙感成像的天氣條件. 雷達遙感具有全天時、 全天候工作的能力， 能在震后惡劣天氣條件下快速地獲取震后遙感圖像． 但是雷達遙感成像復雜， 圖像有斑點噪音， 對地物的反映不如光學遙感直接， 給雷達圖像解譯帶來難度， 因此在雷達遙感技術發(fā)展早期， 震后應急工作較少用到雷達數據． 隨著雷達信號處理技術的不斷提升， 雷達遙感震害信息自動提取方法也得到快速發(fā)展． 對于震后單時相數據， 可以根據完好建筑物與倒塌建筑物紋理特征的不同對建筑物震害進行提取(劉斌濤等， 2008)， 也可以利用雷達極化信號對地物形狀和方向的敏感性來區(qū)分完好房屋與倒塌房屋(Guoetal， 2009)． 對于震前、 震后多時相的雷達數據， 可以基于影像的灰度信息和紋理特征， 通過變化檢測法來識別建筑物倒塌信息(張景發(fā)等， 2002)． 雷達圖像不僅記錄了地物后向散射強度信息， 還記錄了相位信息， 因此可以利用建筑物倒塌引起的相位相干性變化對地震損失情況進行評估(Chenetal， 2011)． 雷達圖像盡管不如光學影像直觀， 但其信息量豐富， 而且能在震后惡劣天氣情況下成像， 這種優(yōu)勢已在汶川地震中得到很好的體現(邵蕓等， 2008)， 因此利用雷達遙感進行地震應急也越來越受到重視．

2012年， 我國首顆民用合成孔徑雷達衛(wèi)星環(huán)境一號C星發(fā)射， 其具備空間分辨率5 m條帶和20 m掃描兩種成像模式. 但由于成像方式、 工作模式和分辨率等原因的限制， 該衛(wèi)星在地震中未能得到很好的應用． 高分辨率對地觀測系統(tǒng)中的高分三號衛(wèi)星能獲取更高分辨率的雷達數據， 可以為我國雷達遙感應急工作提供穩(wěn)定的雷達數據源， 在多云、 多雨地區(qū)的地震應急工作中發(fā)揮其獨有的優(yōu)勢．

4 “高分遙感地震監(jiān)測與應急應用示范”項目

高分辨率對地觀測系統(tǒng)是《國家中長期科學和技術發(fā)展規(guī)劃綱要(2006—2020年)》(中華人民共和國國務院， 2006)中確定的16個重大專項之一． 2010年5月12日， 國務院常務會議審議通過專項實施方案， 在“十二五”期間， 將發(fā)射6—7顆不同載荷的高分辨率衛(wèi)星． 通過政府行業(yè)部門開展的衛(wèi)星應用技術攻關和應用示范， 促進各行業(yè)遙感應用的業(yè)務化， 帶動國產遙感數據產業(yè)化發(fā)展， 最大程度地發(fā)揮高分衛(wèi)星的效益．

中國地震局在高分辨率對地觀測系統(tǒng)重大專項的支持下， 啟動了“高分遙感地震監(jiān)測與應急應用示范”項目． 該項目將利用我國高分辨率遙感對地觀測系統(tǒng)重大專項所提供的高分辨率可見光、 紅外、 高光譜、 SAR等數據和該行業(yè)現有的遙感應用資源， 突破高分衛(wèi)星遙感數據在地震構造調查、 地震監(jiān)測和地震應急救援等方面應用的關鍵技術， 制定行業(yè)應用標準和規(guī)范， 建設高分遙感地震業(yè)務應用示范系統(tǒng)， 并開展應用示范， 促進遙感地震應用由科學試驗型向業(yè)務應用型過渡， 提高我國的防震減災能力． 根據衛(wèi)星研制和發(fā)射進度及地震業(yè)務的需求， 該項目分3個階段實施： 2011—2012年為先期攻關階段， 2013—2015年為系統(tǒng)一期階段， 2016—2020年為系統(tǒng)二期階段．

2010年10月， “高分遙感地震監(jiān)測與應急應用示范先期攻關”項目正式立項． 項目初期主要針對高分辨率對地觀測系統(tǒng)中的光學衛(wèi)星數據， 進行地震行業(yè)應用關鍵技術的攻關， 建立高分光學遙感活動構造調查原型系統(tǒng)和高分光學遙感應急應用原型系統(tǒng)， 并具備試運行能力； 同時開展遙感地震行業(yè)應用中心和區(qū)域示范基地建設方案設計． 至2012年底， 先期攻關階段任務已經完成．

2013年10月， 在先期攻關的基礎上， “高分遙感地震監(jiān)測與應急應用示范系統(tǒng)(一期)”項目正式啟動． 針對高分三—五號衛(wèi)星所提供的可見光、 紅外、 高光譜和SAR衛(wèi)星遙感數據， 開展地震行業(yè)應用關鍵技術的攻關； 整合現有資源， 建立高分遙感應用示范系統(tǒng)； 在首都圈、 川滇地區(qū)、 青藏高原東北隅等3個示范區(qū)開展典型應用示范， 促進高分遙感數據在防震減災業(yè)務中的應用． 高分遙感地震監(jiān)測與應急應用示范系統(tǒng)研制總體方案(圖1)可以分為3大部分： ① 關鍵技術攻關； ② 系統(tǒng)建設； ③ 應用示范．

關鍵技術攻關是基于高分遙感數據和其它輔助數據， 突破國產高分遙感數據在地震構

圖1 高分遙感地震監(jiān)測與應急應用示范系統(tǒng)研制總體方案

造提取、 地震監(jiān)測和地震應急中應用的關鍵技術， 制定技術流程， 研發(fā)基于不同類型遙感數據進行地震構造信息提取、 地震異常信息獲取、 地震應急救援與損失快速評估的功能模塊， 并設計可應用于業(yè)務的專題產品．

系統(tǒng)建設是對關鍵技術攻關研發(fā)的功能模塊進行系統(tǒng)化， 建立高分地震構造信息提取子系統(tǒng)、 高分地震監(jiān)測子系統(tǒng)和高分地震應急救援與損失快速評估子系統(tǒng)， 研制高分遙感業(yè)務運行管理子系統(tǒng)， 搭建基礎支撐平臺， 通過軟硬件系統(tǒng)集成， 形成完整的并具有可擴展、 可移植能力的高分遙感地震監(jiān)測與應急應用示范系統(tǒng)， 使其具備專題產品生產和分發(fā)的能力．

高分地震構造信息提取子系統(tǒng)利用高分一號、二號光學數據開展典型構造地貌特征提取和線性構造提取， 利用高分三號雷達數據開展線性構造分析和隱伏構造提取， 并利用數字高程模型與光學數據相結合的方式對活動構造進行三維分析和參數的定量提取， 分析構造活動特征， 編制活動構造圖件， 進而服務于地震災害預防業(yè)務體系．

高分地震監(jiān)測子系統(tǒng)利用高分四號和高分五號衛(wèi)星的紅外數據， 在構建地震紅外背景場的基礎上， 對我國大陸近10年M>5.0地震的紅外異常特征進行統(tǒng)計分析， 然后采用多分辨率和多波段紅外遙感地震監(jiān)測技術， 對地震紅外異常特征進行綜合分析和提取； 另外， 利用高分五號衛(wèi)星的高光譜數據提取氣體地球化學異常信息， 用于地震監(jiān)測； 利用地震遙感信息挖掘技術將紅外參量與高光譜參量進行結合， 以探索地震監(jiān)測預測新指標， 進而服務于地震監(jiān)測業(yè)務體系．

高分地震應急救援與損失快速評估子系統(tǒng)利用高分四號靜止衛(wèi)星光學數據快速判定極震區(qū)， 為國務院抗震救災指揮中心提供基礎資料； 同時在極震區(qū)判定的基礎上， 利用高分一號、 二號高分辨率光學數據和高分三號高分辨率雷達數據， 對建筑物震害、 道路通行能力和地震地質次生災害進行評估； 最后根據震害模型進行地震損失定量評估， 給出遙感地震烈度分布， 進而服務于地震應急救援業(yè)務體系．

高分遙感業(yè)務運行管理子系統(tǒng)負責上述三大系統(tǒng)的任務調度和監(jiān)督， 同時也負責高分遙感數據和高分地震專題產品的存儲管理、 共享和分發(fā)， 進而服務于整個地震行業(yè)．

應用示范針對強震頻發(fā)、 政治經濟重要且在未來十年內可獲得較多的地震試驗研究樣本的地區(qū)展開， 選取的示范區(qū)有首都圈、 川滇地區(qū)和青藏高原東北隅． 根據示范區(qū)地震業(yè)務需求， 提供高分遙感數據和高分遙感地震監(jiān)測、 地震應急、 地震構造調查專題產品， 直接服務于相關地區(qū)的防震減災工作． 考慮到我國地震的多發(fā)性， 對中國大陸其它地區(qū)M>6.0地震的高分遙感應急工作也將納入示范工作中．

高分遙感地震監(jiān)測與應急應用示范系統(tǒng)(一期)正處于準備驗收階段． 現已完成14項高分遙感地震應用技術的攻關工作， 并對所有技術進行流程化、 模塊化， 形成了10個軟件模塊， 以用于高分遙感地震應用專題產品的加工生產； 搭建完成了高分遙感地震監(jiān)測與應急應用示范系統(tǒng)支撐平臺． 在此基礎上， 完成了高分地震構造信息提取子系統(tǒng)、 高分地震監(jiān)測子系統(tǒng)、 高分地震應急救援與損失快速評估子系統(tǒng)、 業(yè)務運行管理子系統(tǒng)框架和基本功能的研制， 正在集成關鍵技術研究形成的10個專業(yè)模塊和先期攻關階段研制的2個原型系統(tǒng). 在首都圈、 青藏高原東北隅兩個示范區(qū)開展了高分遙感1∶25萬構造圖解譯， 并對兩個示范區(qū)內的部分斷層開展了1∶5萬和1∶1萬的遙感構造解譯工作， 對項目實施以來發(fā)生在我國大陸地區(qū)的M>6.0地震開展了遙感地震應急工作， 且已經發(fā)揮實效． 圖2為基于高分一號衛(wèi)星2 m全色和8 m多光譜數據在2014年新疆于田MS7.3地震發(fā)生后快速獲取的地表破裂帶的空間展布和形態(tài)， 對發(fā)震構造的認識提供了非常重要的資料．

圖2 基于高分一號衛(wèi)星數據獲得的2014年新疆于田MS7.3地震地表破裂帶解譯結果

高分遙感地震監(jiān)測與應急應用示范系統(tǒng)(二期)工作將于2016年啟動． 其主要任務是完善該系統(tǒng)， 保障該系統(tǒng)穩(wěn)定運行； 根據實際應用需求， 為地震行業(yè)和其它部委提供數據共享與產品加工服務． 針對高分一—五號衛(wèi)星以及后續(xù)衛(wèi)星的遙感數據開展地震應用示范， 將衛(wèi)星應用與行業(yè)主體業(yè)務有機結合起來， 以提升我國遙感地震業(yè)務應用水平．

5 討論與結論

高分辨率遙感已經成為21世紀遙感技術的一個主旋律． 高分辨率遙感技術在我國地震監(jiān)測預報、 地震災害預防和地震應急救援防震減災三大業(yè)務體系中均有應用， 且應用前景樂觀． 但是， 由于高分辨率遙感數據長期受制于國外， 數據來源不穩(wěn)定， 而且數據獲取成本高、 周期長， 導致高分辨遙感技術在地震中的應用處于一種分散的科學研究狀態(tài)， 離真正的系統(tǒng)化和業(yè)務化的應用尚有較大差距．

隨著高分辨率對地觀測系統(tǒng)重大專項的實施， 我國遙感技術正式步入了高分辨率時代， 從此有了自主、 穩(wěn)定、 類型多樣的高分辨率遙感數據源， 能夠為高分辨率遙感技術在地震行業(yè)應用的系統(tǒng)化和業(yè)務化提供強有力的數據支撐． 中國地震局啟動的“高分遙感地震監(jiān)測與應急應用示范”項目， 旨在整合現有行業(yè)資源， 突破國產高分辨率遙感數據在地震三大業(yè)務體系中應用的關鍵技術， 建立規(guī)范的工作流程， 研制高分遙感地震監(jiān)測與應急應用示范系統(tǒng)， 為防震減災三大體系加工高分辨率遙感地震應用專題產品， 促進高分辨率遙感地震應用水平． 通過項目先期攻關， 目前已經建立了光學遙感構造填圖和光學遙感應急應用原型系統(tǒng)； 正在開展的系統(tǒng)(一期)建設也已接近尾聲． 系統(tǒng)(一期)建成后， 其具備為整個地震行業(yè)提供高分辨率遙感數據分發(fā)、 地震專題產品生產加工和高分遙感地震應用技術服務的能力． 下一步， 該項目將大力推廣國產高分辨率數據在地震行業(yè)中的應用， 為地震科研單位和業(yè)務部門提供高分遙感數據、 專題產品和技術服務， 進而提升高分遙感地震業(yè)務化水平．

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Application of high-resolution remote sensing technique to earthquake studies in China

1)InstituteofEarthquakeScience，ChinaEarthquakeAdministration，Beijing100036，China2)InstituteofCrustalDynamics，ChinaEarthquakeAdministration，Beijing100085，China

This paper summarizes current applications of high-resolution remote sensing technique to earthquake monitoring and prediction， earthquake disaster prevention， and earthquake disaster emergency response for earthquake disaster mitigation in China， especially focuses on progress of the project about application of high-resolution remote sensing to earthquake monitoring and emergency response. To meet the requirements of earthquake disaster mitigation， the techniques and resources in China Earthquake Administration (CEA) are integrated to solve the key problems of applying high-resolution remote sensing data acquired by China High-Resolution Earth Observation System (CHEOS) to seismotectonic investigation， earthquake monitoring， and emergency response. Application criteria are formulated， an application system is constructed for earthquake professional work， and practical work is carried out at test sites. With the successful implement of the project， the application of high-resolution remote sensing to earthquake science is promoted from individual researches to systematic practices， providing better services for earthquake disaster mitigation in China.

high-resolution; remote sensing; seismotectonic investigation; earthquake monitoring; earthquake emergency response

綜 述

高分辨率對地觀測系統(tǒng)重大專項(31-Y30B09-9001-13/15)資助.

2015-10-26收到初稿， 2016-01-22決定采用修改稿.

e-mail: chenlize@hotmail.com

10.11939/jass.2016.03.002

P315.7

A

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