A遥感洪涝灾害应用

1、1,之洪涝灾害篇,遥感应用系列讲座,洪涝灾害,2,洪涝灾害简介,洪涝灾害是指因气象等原因使水位异常升高，冲破堤岸，淹没田地、房屋，淹死人畜并引发疾病等自然灾害现象。,3,洪涝灾害指因大雨、暴雨或持续降雨使低洼地区淹没、渍水的现象。 水灾分为“洪”和“涝”两种 。 “洪”（洪水），指大雨、暴雨引起水道急流、山洪暴发、河水泛滥、淹没农田、毁坏环境与各种设施等。 “涝”（雨涝），指水过多或过于集中或返浆水过多造成的积水成灾。 由于洪水和雨涝往往同时或连续发生在同一地区，所以进行灾情调查统计和分析研究时，大多难以准确界定区别，此时统称为洪涝灾害。,4,雨涝主要危害农作物生长，造成农作物减产或绝收；洪水

2、除危害农作物外, 还破坏房屋、建筑、水利工程设施、交通设施、电力设施等，并造成不同程度的人员伤亡。 同时有相应的洪涝灾害预防和预警机制，其中包括根据防汛特征水位，对应划分预警级别(通常由重到轻分为一、二、三、四共4个等级，分别用红、橙、黄、蓝色表示）,5,洪涝灾害简介,我国地处东亚，季风气候明显，年际间季风的不稳定性造成降水时空分布不均，使得我国成为世界上自然灾害种类最多，活动最频繁，危害最严重的国家之一。,2020年7月13日,6,洪涝灾害简介,2020年7月13日,7,洪涝灾害简介,据国家民政部门统计，近十年来我国大陆平均每年因洪涝灾害造成的粮食损失约200亿公斤，经济损失近2000亿元，

3、约占国民经济生产总值的3-6%。分析表明20世纪后50年各年代全国受涝面积和成灾面积呈上升趋势。,2020年7月13日,8,洪涝灾害成因分类,2020年7月13日,9,洪涝,漫溢型洪灾,溃决型洪灾,内涝型洪灾,蓄洪型洪灾,风暴潮、海啸型洪灾,山洪型洪灾,洪涝灾害成因分类,溃决型洪灾：指堤防或大坝因自然或人为因素造成溃决而形成的洪涝灾害，其特点是突发性强，来势凶猛、破坏力大。,2020年7月13日,10,板桥水库被洪水冲垮后的惨境,洪涝灾害成因分类,漫溢型洪灾:指洪水高于堤防或大坝，水流漫溢，淹没低平的三角洲平原或山前的一些冲积、洪积扇区的现象。漫溢型洪水受地形的控制大，水流扩散速度慢。,202

4、0年7月13日,11,洪涝灾害成因分类,内涝型洪灾:指流域内发生超标准降雨产生的径流，来不及排入河道而引起的大面积积水而形成的灾害。内涝型洪灾多发生在湖群分布广泛的地区，如太湖流域地区等。,2020年7月13日,12,洪涝灾害成因分类,蓄洪型洪灾:指山谷或平原水库以及河道干流两侧的行洪、蓄洪区由于河道来水过大难以及时排出而被迫启用，导致的人为空间转移性洪涝灾害。,2020年7月13日,13,洪涝灾害成因分类,山洪型洪灾:泛指发生于山区河流中暴涨暴落的突发性洪涝灾害。其特点是影响范围小，但突发性强、破坏力大。,2020年7月13日,14,洪涝灾害成因分类,风暴潮、海啸型洪灾:泛指台风、热带气旋或

5、海啸引发的海岸洪水，造成堤岸决口、海潮入侵或受高潮影响和潮水顶托，海水倒灌，导致河水漫溢、泛滥的灾害。主要发生在海陆交接的海岸带，具有极大的摧毁力。,2020年7月13日,15,遥感应用洪涝灾害原理,为了对洪涝灾害的面积作出合理的估计，很重要的一步就是要对水体进行识别，从遥感影像上快速提取水体覆盖范围。 (1)天然水体对0. 4-2. 5m电磁波的吸收明显高于绝大多数其它地物 (2)在可见光波段，水体的反射率随泥沙含量的增强而增强，但反射曲线基本相似。,2020年7月13日,16,遥感应用洪涝灾害原理,2020年7月13日,17,泥沙含量不同的光谱曲线,遥感应用洪涝灾害原理,涝灾害的发生一般具

6、有突发性特点，要进行洪涝灾害的预报预警、救灾和安排灾后的重建需要对洪涝灾害相关信息进行及时、准确、可靠的采集和反馈。 基于遥感监测多周期，多时相动态监测特点，现今已经有许多国家采取了遥感监测洪涝灾害的工程，并且日益健全和完善。,2020年7月13日,18,遥感应用洪涝灾害原理,早在20世纪70年代中期美国即率先于一些地区开展了环境卫星在灾害方面的应用研（Landsat-1MSS） 80年代美国、加拿大等国的洪 灾遥感监测就进入了实用阶段。 我国应用遥感对洪涝灾害的监 测起步与国外起步时间大致相 同，但是发展得相对缓慢。,2020年7月13日,19,遥感应用洪涝灾害原理,目前用于洪水监测的遥感资

7、料主要有美国的陆地资源卫星Landsat TM 与ETM +、法国的资源卫星SPOT、美国的极轨气象业务卫星NOAAAVHRR资料、中国的极轨气象卫星FY-1、FY-2，美国的对地观测系统卫星EOSMODIS以及加拿大的雷达卫星Radarsat SAR等，在实际应用中也各有特点。,2020年7月13日,20,遥感应用洪涝灾害原理,a、气像卫星和中分辨率卫星用于宏观动态监测 b、星载、机载雷达用于现势水体监测 c、可见光高分辨率卫星用于高精度的灾情监测与损失评估。,2020年7月13日,21,洪灾预警、响应、恢复卫星遥感观测基本需求： 光学影像 甚高分辨率全色或多光谱（1米或小于2米） 高分辨率

8、多光谱（2-15米） 中等分辨率多光谱（5-30米） 高光谱（中、高分辨率）（5-30米） SAR影像（指定波段-L，C或X） 甚高分辨率（1-3米） 高分辨率（3-16米） 中等或低分辨率（30,50或者100米） 重访周期 数据延迟 成像时间/数据量（针对SAR）,22,遥感应用洪涝灾害原理,TM、ETM +和SPOT影像波段多，分辨率适中(TM地面分辨率为30m，ETM+的全色波段为15m，SPOT-5的多光谱波段为10m，全色波段可达2.5m或5m)，可有效地获取地面覆被信息和洪水信息，是洪水淹没损失估算、模拟分析、洪水线性回归分析的有效资料，适合中等范围的洪水监测,2020年7月13

9、日,23,遥感应用洪涝灾害原理,但这些遥感资料的时间分辨率都较低(Landsat为16d，SPOT为26d)，扫描宽度较小(TM和ETM +为185km，SPOT为60km)，且数据非免费接收、时效性差，较难获得大范围的同步监测资料。,2020年7月13日,24,遥感应用洪涝灾害原理,合成孔径雷达(SAR)具有全天时和全天候对地观测优势，其空间分辨率高，可达到10m，甚至3m，所以星载SAR技术受到了空问遥感界的高度重视 。 但该遥感数据获取成本较高，灾时性较差，只适合在地形复杂、范围不太大的特大洪水灾害情况下使用。,2020年7月13日,25,遥感应用洪涝灾害原理,NOAA/AVHRR(每日

10、可4次获得图像)和FY-1卫星(每日每颗星可过境2次)具有重访周期短、时间分辨率高的优点，适合进行洪水灾害的宏观动态监测。 但因其空间分辨率较低(为1.1km)，所以像元所反映的信息具有较大的地类混合和邻域效应(混合像元)，很难提供洪水灾情的准确数据。,2020年7月13日,26,遥感应用洪涝灾害原理,E0S/M0DIS卫星具有波段多(36个)，空间分辨率适中(有2个波段是250m，5个是500m，其余29个波段是1000m)，时间分辨率高(在双星运行时可达0.5d)，扫描宽度大(2230km)并且可免费接受等突出特点，广泛应用于大范围洪水实时动态监测。,2020年7月13日,27,遥感应用洪

11、涝灾害原理,我国2008年5月27日成功发射的风云三号A星(FY-3A)极轨气象卫星携带的中分辨率成像光谱仪(MERSI)的5个250m分辨率通道，该星装载有11台高性能的有效载荷探测仪器，可实现全球、全天候、多光谱、三维、定量遥感功能，在洪水监测中将发挥更大的作用。,2020年7月13日,28,遥感洪涝灾害应用,2020年7月13日,地球资源与信息学院测绘07-1,29,遥感应用洪涝灾害原理,2020年7月13日,30,遥感应用洪涝灾害原理,水体遥感监测模型(以MODIS为例介绍) 第一，单波段法。主要选取遥感影像中的近红外波段(如MODIS CH1、CH5、CH6)并辅以阈值来提取水体。

12、第二，多波段法。 （1）多波段组合 CH6-2-1，CH7-2-1,2020年7月13日,31,遥感应用洪涝灾害原理,（2）差值模型 差值植被指数:DVI=CH2-CH1，同时满足以下条件 CH1AI，CH2AZ，DVIA3 A1、A2、A3为反照率阈值 （3）比值模型 比值植被指数:RVI=CH2/CH1*100，同时满足 CH1A1，CH2A2，RV1N N为相应阈值。,2020年7月13日,32,遥感应用洪涝灾害原理,（4）归一化植被指数模型 归一化植被指数:NDVI=(CH2-CH1)/(CH2+CH1)x100同时满足 CH1A1，CH2A2，NDVIN N为相应阈值 第三，水体指数

13、法: （1）归一化差异水体指数 NDWI=(Green-NIR)/(Green+NIR),2020年7月13日,33,遥感应用洪涝灾害原理,对于MODSI通道，NDWI定义如下: NDWI=(CH4-CH2)/(CH4+CH2) （2）改进的归一化差异水体指数模型 MNDWI=(Green-MIR)/(Green+MIR) MODIS： MNDWI=(CH4-CH6)/(CH4+CH6),2020年7月13日,34,遥感应用洪涝灾害原理,（3）混合水体指数模型CIWI CIWI主要由MODIS的第七波段和NDVI的组合模型，有效解决了水体、植被和城镇等信息的分离。 CIW I=NDVI+NIR

14、+C 其中， c为常数,2020年7月13日,35,遥感洪涝灾害应用,遥感技术的发展，为洪涝灾害的大面积、客观、实时监测与预测等提供了新的手段； 在GIS技术支持下，可实现对遥感获取的灾情信息与地面实况信息的有机结合，进行各种空间分析与专题分析，为有关部门尽快了解灾情、制定救灾方案以及灾后规划等提供重要的决策支持。,2020年7月13日,36,遥感洪涝灾害应用,2020年7月13日,37,遥感洪涝灾害应用,2020年7月13日,38,与GIS结合制作的洪灾三级运行模式,遥感洪涝灾害应用,遥感信息源选取 陆地卫星TM数据、SPOT卫星数据作为背景图像;以气象卫星NOAA-14/AVHRR数据为主

15、要信息源，每天接受两次;天气条件恶劣时，利用雷达卫星SAR数据;对灾情严重地区，利用机载SAR数据进行监测与详细评估。,2020年7月13日,39,遥感洪涝灾害应用,背景数据库的内容主要包括两个方面： 一是自然数据, 包括地形图、气象条件、大气环境、坡度、土壤、地表物质组成、河流网络和湖泊的分布及其特性; 二是社会经济方面的数据, 包括人口分布, 产业布局、经济发展状况等。 建立洪涝灾害背景数据库,2020年7月13日,40,遥感洪涝灾害应用,一般在灾前进行, 强调的是数据的准确性和可靠性, 因此对于遥感数据的空间分辨率和光谱分辨率要求高, 而对于时间分辨率的要求相对灾中的灾情监测要低一些。

16、常用的遥感数据包括美国的LANDSAT-TM、SPOT-HRV、中国国土资源卫星数据、NOAA-AVHRR 和中国的风云气象卫星, 以及目前正在成为遥感热点的合成孔径雷达数据和成像光谱仪数据。,2020年7月13日,41,遥感洪涝灾害应用,遥感数据预处理,2020年7月13日,42,遥感洪涝灾害应用,多源数据的复合 包括遥感数据、洪涝灾情数据、专题图件数据、图形数据及统计调查数据之间的复合。 它可以产生具有统一坐标的遥感影像基础数据，并可突出某些洪涝灾情信息，便于灾情信息的提取。,2020年7月13日,43,遥感洪涝灾害应用,2020年7月13日,44,遥感洪涝灾害应用,2020年7月13日,

17、45,预警与监测,应急救援,损失评估,1,2,3,预警监测,2020年7月13日,46,利用气象部门流域降雨量预报的数据，综合考虑本流域的水库湖泊蓄水情况和土壤吸水能力预测确定地点的水位高度，洪峰流量和洪峰到达时间。 洪水预警预报主要包括气象产品应用、暴雨预报、洪水预报、河道水面线计算、蓄滞洪区预警、城市积水预警。,预警监测,2020年7月13日,47,-洪水预警子系统 水利领域地理信息系统,在洪涝灾害的发生过程中, 灾害承灾体的信息提取是进行灾害损失动态评估和安排救灾、减灾方案的前提。 从灾中的遥感数据中得到洪涝灾害的淹没范围以后, 在GIS 系统进行多个数据层的空间叠加操作(Overlay

18、) 即可进行承灾体的快速提取。,2020年7月13日,48,预警监测,淹没范围一般利用多波段卫星数据进行图像分类, 提取水体信息和水体淹没信息, 除了常见的计算机图像分类方法(如各种监督分类和非监督分类方法) 以外, 现已发展了一些简单易行的新方法, 如遥感波段谱间关系方法和水体判别函数法等。,2020年7月13日,49,预警监测,得到的遥感影像一般会受到云量的影响 （1）根据NOAA 卫星的可见光波段和热红外波段, 进行自动判别云。 （2）采用雷达数据 配合淹没范围内的数字地形 模型, 可以得到洪涝灾害淹 没区域的3 维信息,2020年7月13日,50,预警与监测,2020年7月13日,地球资源与信息学院测绘07-1,51,预警监测,2020年7月13日,地球资源与信息学院测绘07-1,52,预警监测,2020年7月13日,地球资源与信息学院测绘07-1,53,预警监测,2020年7月13日,地球资源与信息学院测绘07-1,54,预警监测,2020年7月13日,地球资源与信息学院测绘07-1,55,预警监测,2020年7月13日,地球资源与信息学院测绘07-1,56,预警监测,2020年7月13日,地球资源与信息学院测绘07-1,57,应急救援,在洪涝灾害发生后，仅仅进行实时监测是