“2005.6”广西贵港市特大洪涝灾害遥感动态监测回顾

莫伟华1，2，3 黄永璘1，3
（1 国家卫星气象中心遥感应用试验基地 广西 南宁 530022
2 南京信息工程大学电子工程系 江苏 南京 210044
3 广西自治区气象减灾研究所）

【摘　要】　2005年6月下旬，受静止锋、切变线和西南暖湿气流共同影响，位于广西北部和东部的桂林、贵港、梧州等20多个市县出现了强暴雨天气过程，直接经济损失70多亿元。充分利用MODIS资料所具有36个光谱通道（其中分辨率为250m通道两个，分辨率500m的通道五个，其余为1km）的高光谱分辨率和双星每日四次覆盖的高时间分辨率特点，对洪涝过程进行遥感动态监测，利用水体遥感模型运算，获得水体识别解译指标，对解译结果进行面积统计，通过多时相数据的时空对比分析，显示受灾范围和评估受灾情况，实现洪涝灾害遥感实时监测。本文回顾了MODIS资料在“2005.6”广西贵港市特大洪涝灾害遥感动态监测中应用情况。
【关键词】　遥感监测 MODIS 洪涝

　　一 引言
　　EOS的上午星TERRA和下午星AQUA卫星已经分别于1999年12月和2002年5月发射，MODIS（中分辨率成像光谱仪）是这两颗卫星主要探测仪器，光谱覆盖范围从可见光、近红外到热红外（0.4～14μm），具有36个离散光谱通道，空间分辨率分别为250、500、1000m，扫描宽度2330米，通过DVB-S卫星广播系统每天可以获取过境的双星资料4～8轨。
　　MODIS数据与AVHRR数据相比空间分辨率得到提高，与TM、SPOT数据相比有更高的光谱分辨率，而时间分辨率与NOAA卫星基本保持一致。因此，MODIS数据具有易获取性、覆盖范围广泛、周期短和连续性好的特性，适于洪涝等自然灾害动态监测信息的提取。
　　二 基本原理和技术方法
　　⑴ 基本原理
　　洪涝遥感监测的关键在与水体信息的精确识别和提取。通过光谱分析知道水体、植被、裸土等在可见光和近红外波段的反射光谱特性有着较大的差异。水体在近红外通道有很强的吸收，反射率很低，在可见光通道的反射率较近红外通道高，植被在可见光通道的反射率较近红外低，在近红外通道波长范围内，植被的反射率明显高于水体，而在可见光通道波长范围内，水体的反射率高于植被。裸土的反射率在可见光通道波长范围高于植被和水体，在近红外通道高于水体，低于植被。因此，对于近红外通道和可见光通道的反射率比值，在水体部分<1，在植被部分>1，而在植被稀少的裸土区域，将处于1左右。或者通过第一、二通道的差值和比值实现水陆区分。
　　根据以上光谱特征分析，我们主要选用MODIS探测器250米空间分辨率的通道1、2和500米空间分辨率通道3－7的数据进行水体监测分析，即保证了选取的光谱范围在可见光和近红外波长范围内，空间分辨率也较好（见表1）。

表1 MODIS部分通道特性

　　⑵ 技术方法
　　⒈ 确定洪涝灾害遥感监测的模型
　　具体水体信息识别遥感模型如下：
　　① 模型一（差值模型）
　　满足　　CH1<A1，CH2<A2，CH2-CH1<A3，CH31>BT
　　则判识为水体。
　　其中CH1、CH2、CH31对应为MODIS的通道1、通道2的反照率和通道31的亮温值（以下同），A1～A3（Albedo，反照率）为反照率阈值，BT（BrightnessTemperature，亮温）为亮温阈值。
　　图像合成方法：R：CH1 （CH6或7） G：CH2 B：CH1
　　注意：CH31需插值成250m。
　　② 模型二（比值模型）
　　比值植被指数M= CH2/CH1*100（浮点值）
　　满足　　CH1<A1，CH2<A2，M<N
　　则判识为水体。其中N为比值植被指数的相应阈值
　　图像合成方法：R：CH1 G：CH2 B：M
　　③ 模型三（归一化植被指数模型）
　　归一化植被指数
　　NDVI=（CH2-CH1）/（CH2+CH1）*100
　　满足　　CH1<A1，CH2<A2，NDVI<N
　　则判识为水体。
　　图像合成方法：R：CH1 （CH6或7） G：CH2 B：NDVI
　　多通道图像合成和增强后，植被呈绿色调，云为白色或灰色调，城市等裸地偏暗红色调，水体呈蓝色或偏黑色调。
　　2. 图像处理技术
　　⑴ 图像预处理
　　在DVBS系统的EOSSHOP图像处理软件中完成解包、定位、定标、投影、地理位置校正等MODIS资料的预处理工作，地理位置精度在一个像元内，其中，投影的参数为：采用等经纬度投影，中心经度108.3度，中心纬度23.7度，标准经线108度，与几何分辨率250m、500m、1000m相对应，中心点分辨率分别设为0.0025，0.005，0.01，图像大小对应设为3200×2400，1600×1200，800×600，生成带有准确经纬信息的广西区域局地图像文件。
　　⑵ 洪涝产品制作平台的功能设计
　　平台采用多模块组合、菜单操作方式开发，在基本的遥感图像处理功能基础上，针对水体识别的操作实现以下特色功能：
　　①效果更好的图像组合显示。在图像的多通道组合显示时，实现了原通道和各中间产品通道的任意组合，使图像增强的效果更好更灵活，有利于提高人机交互解译的精度。
　　②更明确和灵活的解译区域确定。可以用鼠标按矩形或按任意形状钩画的封闭区域进行水体识别，有利于剔除与水体信息提取不相关因素的影响，特别有效减少了山脊阴影和云影的影响，便于按行政区域洪涝面积的统计。
　　③方便和快捷的水体信息人机交互识别。可以将不同模型参数同时调入，并且可以进行多模型组合，相应阈值的设置通过鼠标移动滑块实现，同时图像显示实时刷新，大大方便了人机交互进行水体信息的识别和提取。
　　④判识阈值和判识结果的存贮。面积统计的同时记录对应所用判识的方法和对应阈值，不仅便于水体的验证和修改，而且为今后洪涝监测结果的数据库管理打下基础，为洪涝灾害程度的对比分析提供历史数据。
　　⑤产品中可以叠加相应的行政边界、河流、城市等地理信息，还可以叠加不同时期的水体识别结果，便于对比分析。
　　⑶ 产品的包装
　　在PHOTOSHOP专业图像处理软件中进行缩放、文字的叠加等最后的精心修饰，形成具有较好图像质量、信息全面丰富的产品图。在WORD文字处理软件中，配以文字说明和数据图表，完成洪涝监测产品的制作。
　　3. 洪涝遥感监测产品制作技术流程（略）
　　三 “2005.6”广西特大洪涝灾害遥感动态监测结果
　　2005年6月中下旬，受强盛的西南暖湿气流和弱冷空气的共同影响，广西暴雨天气过程频繁发生，降雨量异常偏多，位于广西北部和东部的桂林、贵港、梧州等20多个市县出现了强暴雨天气过程，持续的暴雨天气使广西主要江河水位急速上涨，致使广西的黔江、浔江、西江全线超警戒水位。部分县市出现严重洪涝以及泥石流、滑坡等地质灾害，西江梧州出现百年一遇的特大洪水，造成了重大损失。截至6月26日14时的统计资料表明，洪涝灾害导致 766.33万人受灾，农作物受灾面积40.8万公顷，其中绝收面积11.81万公顷，直接经济损失70.7亿元人民币，其中农业直接经济损失38.25亿元。
　　利用过境的EOS/MODIS卫星部分晴空实时资料，对这次洪涝灾害过程进行动态监测和灾情评估。图像采用RGB121叠加，利用洪涝遥感监测“模型一”进行洪涝水体信息的识别，其中，白色对应为云，绿色或黄绿色为植被覆盖区，黑色或暗红色或蓝色为水体。对水体淹没区和过水区识别，估算洪涝受灾面积，根据动态监测洪涝灾害的时空分布情况，尤其是水域面积的增减情况，评估实时灾情，6月22－29日期间，共在网上发布洪涝监测服务产品七期，对当地政府提供实时有效的决策服务。
　　由于受云层覆盖影响，仅能监测到位于贵港市的桂平市和平南县的局部受灾情况。通过6月24－29日对浔江流域桂平－平南段的连续监测，与正常水位时相比，发现流域内水体范围明显增大，洪涝受灾区主要分布在郁江和浔江流域附近的桂平市和平南市多个乡镇。其中，位于黔江、郁江和浔江三江交汇处的桂平市有大片涝区，该市的南木镇、思宜镇、江口镇和蒙圩镇均有洪涝发生；平南县的思旺镇、官成镇、安怀镇也有大片涝区。6月24日各淹没区的范围最大，6月25、26日，桂平思宜镇的退水速度较快，6月29日各淹没区明显变小，退水区域增加，灾情大大缓和，但直至7月初，平南县仍有部分的重灾区存在。洪涝灾情统计见表2，洪涝灾害遥感监测结果见图1～3。

图1 2005年6月24日桂平县、平南县洪涝遥感监测图

图2 2005年6月26日桂平县、平南县洪涝遥感监测图 图3 2005年6月29日桂平县、平南县洪涝遥感监测图

表2桂平市和南木县24－29日洪涝灾情统计表（面积单位为km2）

地名\面积	6月24日	6月25日	6月26日	6月29日
桂平南木	10.34	云覆盖	9.85	6.80
桂平思宜1	14.9	云覆盖	3.46	2.53
桂平思宜2	8.17	云覆盖	云覆盖	水退
桂平思宜3	5.02	云覆盖	云覆盖	水退
桂平蒙圩	9.83	云覆盖	云覆盖	云覆盖
桂平江口—平南思旺	43.54	37.52	云覆盖	17.35
平南官成—安怀	35.43	云覆盖	云覆盖	23.21

　　四 讨论
　　⒈ 首次利用实时EOS/MODIS卫星资料实现系统的、连续的广西洪涝灾害遥感动态监测。确定了差值和比值植被指数以及多通道合成的多种遥感监测模型，进行水体的识别和面积计算。
　　⒉ 对“2005．6”广西贵港市特大洪涝过程进行遥感监测的分析，评价了涝区分布范围和受灾情况。
　　⒊ 应收集多年EOS/MODIS资料和水文资料，对广西主要河段进行遥感监测调查，形成洪涝遥感动态监测结果的背景数据库，便于受灾前后的对比分析，提高洪涝遥感监测服务产品的水平。
　　⒋ 在广西本底信息收集基础上，补充土地利用的地理数据，便于洪涝遥感监测结果的灾情分析和评估，丰富产品内容。

参 考 文 献
[1] 张文建等.水情监测技术和分析.卫星遥感监测大气与环境科学原理和技术[M].北京，气象出版社，2004：99－123
[2] 广西气候影响评价（广西气象台）.2004－2005年（内部资料）
[3] 刘闯、葛成辉、王正兴等.对地观测系统MODIS数据获取与应用标准研究（内部培训资料）.2004：1－20