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張文張芳曼製圖
近日,40餘名專家彙集四川省北川縣,開展了爲期兩週的地質災害應急應用聯合實驗。藉助高分辨率衛星、無人機、機載對地激光掃描儀等手段,突破傳統的地質災害數據收集方式。
專家介紹,相關實驗項目的完成,將意味着我國在地質災害應急方面進入快速、準確的“高效模式”。
“通過衛星、飛機等手段構建空天一體的災害監測與應急系統,可以確保在最短時間內掌握災情信息,爲應急救災提供科學決策依據。”參與實驗的西南交通大學地球科學與環境工程學院教授朱慶說。
多維數據搭信息平臺
數小時內爲救災搶險提供決策依據
“地質災害預報仍然是世界性難題,但通過提高減災救災應急響應的效率,可以儘量減少災害損失。”參與項目的西南交大地球科學與環境工程學院副院長齊華告訴記者,針對不同的地質災害,項目起到的作用也將有所不同。比如,針對地震,主要監測具體受損情況、災難範圍等震後災情,以災後快速響應、減災和災後重建爲主;而泥石流和滑坡等則主要以災前監測、預測與預警分析等防災方式爲主。
專家介紹,此次實驗中,由衛星、航空飛機、無人機和星載高分辨率成像、機載激光對地掃描等地面掃描系統構建的多維數據成爲最大的亮點。“以前完全依賴人工走訪災區收集災情信息,而現在空天一體的災情數據收集方式提高了效率。這種技術依賴空中平臺,不受災後地面交通中斷的影響,擺脫了次生災害對災情現場調查人員人身安全的威脅。”朱慶說。
“大的災情發生時,人工走訪可能需要花上數天時間,但衛星遙感監測可將災區的地表狀態在第一時間形成數據,加上高空飛機監測、無人機對具體區域進行全方位航拍等手段,數小時內就能爲救災搶險提供決策依據。”齊華說。
據瞭解,目前實驗項目已取得諸多關鍵突破,滑坡災害監測模型及評估方法、全天候地震應急遙感信息支持與快速反應系統、地質災害損毀目標特徵庫、高分辨率遙感影像實物量評估技術體系等,均能形成對地質災害災情信息的快速獲取、快速處理和快速評估,從而爲應急搶險救援決策提供信息支持。
據介紹,地質災害應急應用聯合實驗屬於國家863計劃科技攻關項目,同時也是國家衛星應用產業化重大專項。實驗所屬項目全稱爲“典型地質災害遙感監測與應急關鍵技術及應用”,該項目於2012年1月啓動,預計今年12月結束,目前已通過中期評估。
監測量化準確率超70%
能精確到受損房屋數量和損毀程度
此次實驗動用了衆多的“高精尖”監測設備,其中,“資源三號”衛星是最耀眼的主角之一。
2012年成功發射的“資源三號”是中國第一顆自主的民用高分辨率立體測繪衛星。該衛星綜合技術指標在國際同類衛星中名列前茅,可通過生成可量測實體模型,在運行時有效避開天氣因素影響。
“衛星遙感、機載激光掃描測量和高性能計算與通信相結合,相比以往依賴人工空中觀察和人工解譯遙感影像的方式,提高了量化指標和地質災害損毀程度評估的科學性。”齊華介紹,人工解譯,即依靠人工識別和提取衛星監測影像。這次實驗採用高性能計算機對衛星數據進行高速測算,測算結果將適用於地震、滑坡、泥石流、崩塌等引發的災害損失評估,主要特點是“快、準、全”,對災情判斷的準確率將至少達到70%以上。
此次實驗中,研究人員引進先進的航空攝影測量方式,不僅能拍攝垂直地面情況,還能以傾斜角度拍攝建築物立面,災情統計能精確到受損房屋數量和損毀程度。
“以前,災害發生時,人們能立即知道的只有災害的大致情況和範圍。”參與實驗的西南交大副教授湯家法告訴記者,通過衛星、高空飛機和無人機構建的空天一體災情監控系統,避免了大的災害初期人們全力救災而無法及時準確全面掌握災情的情況,能在最短時間內爲科學決策提供依據。而此次在北川進行的實驗尚處於數據獲取階段,項目若成功,將意味着我國在地質災害損失評估與防災減災方面進入世界先進行列。
3D還原北川地震遺址
囊括地震和次生災害全部特徵
北川縣“5·12”特大地震遺址幾乎囊括了地震和地震次生災害的全部特徵。“遺址保留有典型的地裂斷層和山體滑坡的巨大災害遺蹟,其中的建築羣遺址幾乎涵蓋了所有現代建築結構類型的受損狀況。”湯家法告訴記者,項目組選擇在北川開展實驗,是由於這裏具有豐富而典型的地質災害損毀特徵,將爲後續研究提供十分接近於真實情況的數據。
實驗過程中,研究人員對北川地震遺址中的主要街道進行了3D數字還原,“這並不在實驗的預先設計範圍內,而是我們在獲取了大量的實驗數據後,臨時決定做的一個‘副產品’。”齊華告訴記者,對北川地震遺址進行數字化還原,既能利用還原的虛擬環境開展地質災害研究,還能爲當地保存人文史料。
據瞭解,北川地震遺址迄今仍是地質災害高發易發地區,曾多次受到泥石流、山體滑坡等災害侵襲。實驗在對遺址的地震損毀數據進行收集後,復原出遺址原貌,也是對項目成果的延伸。
“實際應用中,在對災情進行準確快速的瞭解後,數字還原技術可在後期的災後恢復重建中提供參考。”朱慶告訴記者,北川地震遺址的3D還原影像,無疑將對防災減災起到宣傳教育作用。