中央紀委國家監委網站 王小寧 北京科技報社 吉菁菁
主講嘉賓
李京，北京師范大學風險治理創新研究中心首席科學家，國家防災減災與可持續發展國際合作基地主任，國家減災委員會專家委員會委員
5月9日至15日為全國防災減災宣傳周。特殊的地理位置決定了我國是世界上受自然災害影響最為嚴重的國家之一：災害種類多、發生頻度高、破壞嚴重，造成的直接經濟損失呈上升趨勢。當災害從天而降，我們到底有何應對之法？
遙感技術被稱為地球的“守護神”，通過“天空之眼”的全程監測，可以在災害發生前進行預警，還能準確獲取災區實時影像數據，提供準確災情信息，為防災減災提供強有力的支持，指導救援工作。目前，遙感技術已被廣泛應用于各種重大災害的減災救災工作中。
抗擊災害的“天眼”如何工作？
“遙感”的英文含義是遙遠的感知，區分以廣義和狹義。廣義遙感指的是不接觸物體獲取物體信息，比如說人的視覺——沒有接觸物體只是看到了，但我們也獲得了信息。X射線、地震波、重力探測都屬于廣義遙感。
狹義遙感是我們平常更熟知的電磁波，包括紫外線、可見光、紅外、微波波段的遙感。微波遙感可以全天候工作，應對隨時可能發生的災害。遙感技術中最重要的是傳感器，把傳感器放在衛星上就形成了衛星遙感技術。
當我們用遙感監測時，挑選衛星的一個重要標準是空間分辨率。以相機像素舉例，每一個像素實際對應的地面大小，就是空間分辨率。例如，國產“風云2號”衛星的分辨率是1.25公里，在這樣的分辨率下，雖然能看清全球災害性天氣現象，比如氣旋和臺風，但地表清晰度遠遠不夠。而中國第一顆高分辨率的同步軌道衛星，也是目前世界上同步軌道分辨率最高的對地觀測衛星——“高分四號”衛星，能從3.6萬公里外看見海上的大油輪。它的主要用戶是民政部、氣象局、地震局等救災部門。
“高分四號”衛星獲取的首批影像圖之一（圖片來源：國家國防科技工業局）
另外一個挑選標準是時間分辨率，即對同一個地方進行遙感觀測的時間間隔。比如說靜止衛星成像一次需要半個小時，而陸地衛星對一個地區監測一次后，需要16天才能回到該地區進行再監測。我國專為減災研制的環境減災衛星是4天一次監測，使用4顆衛星后，就可以實現每天一次。時間分辨率對災害的動態監測非常重要。災害監測天氣預報以小時為單位，植被長勢和作物的分辨一般以天為單位，城市擴展、河道變遷則以年為單位，所需的時間分辨率差異很大。
目前主要使用兩種方式來提高衛星的時間分辨率：一種是側擺，把衛星轉一個角度對某一地區進行多次監測。另一種是多發幾顆星，采用多顆衛星組成星座。例如國產減災衛星HJ-1衛星“星座計劃”是：第一步，發射2顆光學小衛星和1顆合成孔徑雷達小衛星（“2+1”）；第二步，發射2顆光學小衛星和3顆合成孔徑雷達小衛星（“4+4”），最后總數8顆星，時間分辨率大大提高。
衛星遙感：救災“主力軍”
遙感減災的優勢在于可以觀測到任何受災區。在一些偏遠地區，一旦突發災害，人無法及時到達。特別遇到重大災害，地面的監測系統和通信系統易遭受破壞，無法獲取準確信息，這時，衛星遙感就發揮了重要的作用。
2008年汶川地震時，在趕赴災區的飛機上，就可以看到衛星拍回的現場影像。2013年雅安地震時，救災部門也是以遙感影像資料作為參考和支持。如今，遙感衛星、通信衛星、導航衛星，加上航空平臺和地面的各種監測車輛和儀器，構成了我國完整的“天地空”一體化應急監測網絡。
同時，我國也高度重視加強國際間的減災合作，為很多國家提供了衛星遙感服務。
2010年巴基斯坦發生特大洪水災害，聯合國教科文組織（UNESCO）緊急與中國取得聯系。當時UNESCO與首都師范大學合作建立了水信息與生態水文教席，相關團隊第一時間獲取、分析了沿河兩岸洪水分布的衛星影像，發給了巴基斯坦，供他們做出了正確的救災決策。
2020年驚動全球的澳大利亞叢林大火，其實幾乎年年發生。前幾年有一次災情發生時，恰逢我國的減災衛星剛發射，澳方相關部門馬上與我國聯系，希望能獲取相關影像。因為澳大利亞雖然是發達國家，但它沒有自己的衛星。我們迅速調整了衛星軌道對相關地點進行拍照，及時提供了火災的分布情況，對助力撲滅山火起到了關鍵性作用。
發生災害后，我們也需要持續關注評估災區恢復重建的效果。衛星遙感除了監測恢復重建的房屋和基礎設施，也被用來判斷災后生態的恢復。1987年的大興安嶺火災，四年后的影像很多地方還是荒蕪一片，十年后，就能看到植被基本上恢復了，十二年后，基本看不出火災痕跡，大興安嶺又恢復了往日的生機盎然。
汶川地震發生后，我們也使用時長9年的衛星影像來評估當地生態“恢復力”。
第一張圖是根據觀測結果，利用各種生態模型推算得出，第二張圖則是進一步分析確定的防災減災重點地區。綜合兩張圖可看出，部分地方超過50年才可以恢復，而部分地區無恢復力，必須要通過人為干預。
根據圖像提供的信息，我們就可以明確下一步防災減災的目標：沒有恢復能力的地方和恢復大于50年的地區，就是未來防災減災的重點。
航空遙感：應急“精銳部隊”
航空遙感主要是利用各種飛機、氣球等作為傳感器運載工具在空中進行的遙感技術。航空遙感高度比衛星低很多，分辨率非常高，可以“看到”大量細節，在精準救災中扮演了重要角色。
自汶川地震后，“有人機”的航空遙感，在應急中就很少使用了。無人機快速崛起，并大量應用到救災領域。災情發生時，常常一兩個小時之內就需要數據。這時，對起降環境要求低、可以全天候工作的無人機，被用來彌補衛星遙感時間分辨率不夠的缺陷。應急期間，還常有云霧覆蓋光學系統，導致雷達系統識別能力不夠的情況，而無人機在小雨雪天氣或6級風等情況下，可低空飛行，獲取高分辨率(分米級)可見光影像。
除了自然災害，在安全生產領域等應急工作中，無人機也發揮了巨大作用。2015年天津新港地區大爆炸，救災部門第一時間出動了無人機拍攝現場災情。
公共衛生應急方面，航空遙感應用較早的是國際組織。2016年，全球第一個無人機配送項目在盧旺達啟動：通過無人機，把拯救生命的血液制品，快速送達指定地點。雅安地震時，急需衛星通信設備，而直升機卻由于天氣原因降不下來，這時就可以利用無人機，向災區直接運送血樣、藥品和衛星通信裝置等緊缺物資。
未來，無人機在游戲和運動、醫學、搜索救援、警務和防務（社會安全）、物流六個行業都將大有所為，其中，四個行業都與防災減災和應急密切聯系。特別在防災減災領域，救災時非常需要應急物流，無人機在這個領域的應用，目前還遠遠未達頂峰，發展前景可期。
（本文內容整理自北京市科學技術協會主辦、北京科學中心承辦、北京科技報社協辦的第641期首都科學講堂 | 本專欄與“科學加”客戶端合作建設）