小小傳感器問電磁波:你是說,地震要來了嗎?!

地震三點通 發佈 2020-01-10T16:43:01+00:00

在我國,民間普遍流傳著這樣一種傳說,他們說地底下住著一條大鰲魚,時間長了,大鰲魚就想翻一下身,只要大鰲魚一翻身,大地便會顫動起來。


從遠古時候開始,就有女媧補天、大禹治水、后羿射日等關於災難的神話故事,我們的祖先在艱苦的環境中不斷地壯大著我們的民族,也讓中華民族的血脈更加堅毅、從容。總理說「多難興邦」,我認為這是我們中華民族幾千年來與自然災害抗爭最好總結。

在科學不發達的過去,人們對地震發生的原因,常常藉助於神靈的力量來解釋。在我國,民間普遍流傳著這樣一種傳說,他們說地底下住著一條大鰲魚,時間長了,大鰲魚就想翻一下身,只要大鰲魚一翻身,大地便會顫動起來。當然隨著科學發展,我們也早就明白了地震的成因,只不過還走在與地震博弈的路上。

我國位於世界兩大地震帶——環太平洋地震帶與歐亞地震帶之間,是震災嚴重的國家,具有地震活動頻度高、強度大、分布廣和震源淺等特點,2008年5月12日四川汶川地震,致使69000多人遇難,直接經濟損失達8451億元人民幣。


近幾十年來,隨著現代物理學、電子技術和信息科學、地理科學等的發展,遙感科學與技術已成為新的、先進的、實用的綜合性科技手段。遙感技術可應用於地震發生的預報、災後應急評估(如確定極震區位置、災害範圍、宏觀地震烈度分布、建築物和道路等設施的破壞概況等),為震後速報災情,快速評估地震損失,開展災後重建等決策提供重要依據。


遙感技術

電磁波」與「傳感器」的天才寶寶

地面上的物體都具有反射、吸收、透射及輻射電磁波的特性。利用搭載在不同平台上的傳感器,接收來自地面物體的電磁波信息(電磁波信息包括可見光、近紅外、遠紅外和微波等),傳感器通過對這些電磁波信息進行數字化記錄和解析,從而實現對地表物體各類信息進行識別。

遙感平台包括衛星、飛機、系留氣球、無人飛機、車輛等,不同的平台具有各自的優勢。由於遙感技術具有的時效性、宏觀性、綜合性、直觀性等特點,使其能提供震區內大範圍地物信息,因而在抗震救災工作中發揮著重要作用。如果電磁波是媽媽,傳感器是爸爸,那麼兩者結合就有了遙感技術這個「天才寶寶」。

應用遙感技術進行地震災害信息的獲取最早開始於1906 年,當時勞倫斯利用風箏成功拍攝了美國舊金山8.3級地震的震後災情,標誌著遙感技術應用於地震災害信息獲取的開始。20世紀90年代以來,隨著高解析度成像衛星在商業應用中的發展,利用航天衛星影像開展地震災害信息提取成為現實。例如1996年日本與美國合作建立了基於高解析度衛星遙感圖像和地理信息系統的「城市地震減災決策系統」。

國內將遙感技術應用於抗震救災的相關工作始於20 世紀60 年代。我國地震部門和科學院有關部門從1966 年起,對邢台、海城、唐山等破壞性地震進行了航空攝影災情調查。到「十五」期間,利用高解析度遙感影像進行震害信息的快速提取和評估成為了研究熱點。如2008年5月12日四川汶川地震發生後,國內各遙感單位聯合各自優勢,為抗震救災提供了及時有力的科技支撐。

2015 年4 月25 日尼泊爾抗震中利用無人機進行的樟木鎮航線規劃和自由鳥無人機(張堯 2016)


「遙感寶寶」 大顯神通

危險來了我先知道

在地震的孕育過程中,地殼應力積累的能量通常引起地區局部地熱場的變化,造成地表的增溫趨勢,因此基於遙感熱紅外輻射監測在實踐中取得了一定成功。當然眾所周知,地震預報是當今世界的科學難題,地震的成因相當複雜,目前的監測手段還很難獲得準確的地震前兆信息,利用衛星遙感技術進行地震預報的研究還有待進一步深入探索和研究

應急救援讓我來

一旦災害性地震發生,搶險救災則是減輕地震災害的首要任務。由於震後往往伴隨餘震、道路等通訊不通、氣候惡劣等情況。為搶險救災提供快速準確的災區信息是擺在決策者面前的首要任務,這時遙感技術便顯示出了它的優勢。利用多種遙感手段協同配合(如通過編程,快速調用衛星開展監測;派遣航空飛機或使用無人機等),可以在最短的時間內提供有效信息,如道路的損毀、房屋的倒塌狀況、山體滑坡的情況等。同時對於震後如大型火災,水災等次生災害動態過程(如堰塞湖)的監測也十分有效。

調查評估我能行

地震災害的快速評估是一項極為重要的工作。將遙感技術和地理信息系統技術結合,可快速獲取震後的各類信息,

結合災區震前遙感影像和地形數據信息,通過建立災情信息的解譯標誌,對受到地震災害影響發生改變的城鎮建築、村莊、道路、滑坡等,進行圖像識別和解譯分析,對災情進行分類評估,並將災情分布圖和災情評估報告及時分享給抗震救災的各級部門,為進行抗震救災方案和實施各類應急救災措施提供依據。


為重建添磚加瓦

利用遙感技術可以為災後的科學規劃提供重要的基礎性數據。如可以應用航空攝影和雷射測量快速形成三維地形數據和影像數據,災區城鎮大比例尺地形圖測繪;結合災區的其他自然地理數據(地質條件、河流水系分布)等基礎信息,綜合經濟、社會、文化、自然等各方面因素,科學界定適宜重建和不適宜重建的區域,以及調整優化城鄉布局、人口分布、產業結構和生產力布局等,為恢復重建規劃提供了基本依據。

防震減災是一項系統工程,既離不開遙感這個「天才寶寶」以及其它高新技術的支持,也需要在國家層面上有效整合各部門各行業的資源,建立遙感應急工作機制,保證災害發生時遙感技術能發揮最大作用。在兩院院士大會上,胡錦濤曾提出「要加快遙感、地理信息系統、全球定位系統、網絡通信技術的應用以及防災減災高技術成果轉化和綜合集成,建立國家綜合減災和風險管理信息共享平台」,我們相信遙感技術在地震方面的應用將會越來越廣泛。


圖文:牛振國

(中國科學院遙感與數字地球研究所)

排版:譚 陽

責編:張宏宇

審核:潘文霞

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