0 引言

北京时间2015年4月25日14时11分(尼泊尔时间11时56分)，尼泊尔加德满都西北约80km的廓尔喀县(Gorkha)发生8.1级地震，震源深度20km。主震后的34min、24h和17天后，又分别发生7.0级、7.1级和7.5级强余震。本次地震给尼泊尔及周边国家造成重大人员伤亡和财产损失。据尼泊尔有关部门6月22日统计，主震造成8660人死亡，21952人受伤；余震造成172人死亡，3470人受伤。此外，地震还造成印度130人死亡，孟加拉国4人死亡，中国西藏自治区27人死亡。同时，地震还使得抗震性能欠佳的尼泊尔城乡建筑损失惨重，据新闻报道，尼泊尔境内超过500万幢建筑物受损或倒塌。

强震发生后，相较传统地面调查的灾情获取手段，通过遥感技术快速实现建筑物震害灾情的获取，对于应急救援决策十分重要(缪恒等，2022)。2008年汶川8.0级、2010年玉树7.1级和2017年九寨沟7.0级地震发生后，专家学者给出了反映震害现场实地调查结果的实际震害指数(D_G) 与反映震害遥感解译结果的遥感震害指数(D_R) 之间的转换关系(王晓青等，2009；窦爱霞等，2012)，或对重灾区进行典型解译，开展灾情定量评估(袁小祥等，2017)。尼泊尔8.1级地震发生后，王晓青等(2015)通过高分遥感影像解译，编制灾区震害等级分布图，宏观判断地震灾情分布情况；同时，我国也有专家学者赴灾区现场，考察建筑物震害情况(Sun等，2015；潘毅等，2017)；尼泊尔本国和部分海外机构也组织前往灾区开展震害调查并给出报告(Gautam，2017；Ohsumi et al，2016)。然而，上述研究和调查结果均未给出用于烈度定量评估的震害指数转换模型。

目前，我国已经公开发表的震害指数转换模型大多服务于国内地震应急工作，涉及国外地震的仅有2010年海地地震的震害遥感解译结果(王龙等，2010)。考虑到中国经常参加国际救援，特别是尼泊尔这样的邻国发生强震本身已经波及我国，更有必要通过研究得出相关转换模型，以服务两国抗震救灾和国际救援。本文以尼泊尔8.1级地震前后的灾区遥感影像和地面考察资料为基础，开展基于遥感震害指数和实际震害指数的震害定量分析，通过建立二者的转换关系实现基于遥感判读的综合烈度评估，并验证烈度评估结果的精度。

1 研究方法和数据 1.1 研究方法

(1) 首先根据尼泊尔的建筑特点和震害实际情况，建立尼泊尔地震建筑物震害解译标志。

(2) 依照解译标志对遥感影像所覆盖的全部调查点进行建筑物震害遥感解译。按照DB/T 75-2018《地震灾害遥感评估建筑物破坏》地震行业标准(中国地震局，2018)，将震区单体建筑物按照受损程度及其在遥感影像中的表现特征，划分为倒塌、局部倒塌、未倒塌3种破坏级别。

(3) 设定遥感解译的倒塌建筑物、局部倒塌建筑物、未倒塌建筑物的平均震害指数分别为1、0.5、0，则依据各调查点的建筑物震害等级遥感解译结果，可以计算得到该调查点的遥感震害指数D_R，即

$D_R=\frac{\sum\limits_i d_i n_i}{\sum\limits_i n_i}$

(1)

式中，d_i表示破坏等级为i的房屋的平均震害指数，n_i表示破坏等级为i的房屋数量或建筑面积，本文表示房屋数量。

(4) 根据GB/T17742-2020《中国地震烈度表》中的震害指数与地震烈度的关系(国家市场监督管理总局等，2020)，将地面调查的地震烈度对应为实际震害指数D_G。依据同一调查点的实际震害指数D_G与遥感震害指数D_R，拟合出D_G-D_R关系。

(5) 通过转换模型，将全部调查点的遥感震害指数转换为等效实际震害指数及烈度，并计算烈度评估值与实测值的Kappa系数，以验证遥感评估结果的一致性。

1.2 研究数据

本研究选取中国地震局组织的尼泊尔地震现场灾害调查与评估工作组2015年6月在尼泊尔开展现场调查获取的数据，包括87个调查点的经纬度、地名、烈度及其他附属信息，以及现场调查期间拍摄的大量反映建筑物震害的照片。现场调查点分布情况及烈度图如图 1所示，其中，在烈度Ⅶ度区外增加了部分调查点，并假设其地震烈度为Ⅵ度。现场调查期间，工作组以尼泊尔当地政府提供的灾情信息为参照，采取了重点调查策略，因此基本可以认为调查资料中的调查点边界大体上就是烈度Ⅶ度区边界。同时，对应这些调查点的居民区下载了美国Digital Global公司获取的多时相Worldview影像(分辨率0.3m)。因7.5级余震对震区特别是东部地区造成了严重的二次破坏，考虑破坏的叠加效应，影像下载的时间节点为主震前(主要获取时间为2013年1月—2015年3月)和7.5级余震后(主要获取时间为2015年5月13—14日)。因此，本文研究对象为主震和多次强余震共同作用造成的综合烈度。

2 遥感解译标志建立

本研究需要对灾区大量房屋进行震害遥感解译，为保证解译的相对准确性，需要建立统一的遥感解译判读标志。通过分析尼泊尔震区建筑物及其震害在遥感影像上的表现特点，总结了震害遥感特征作为不同破坏等级的判读标志，如表 1所示。

3 遥感震害解译

结合建筑物震害在遥感影像中的表现和现场调查获取的震害情况，对遥感影像的建筑物进行震害遥感解译。图 2~图 5给出了不同烈度区的典型震害遥感影像及其建筑震害等级的目视判读结果，其中烈度值是依据地震现场实地调查确定的地震烈度。

87个调查点共遥感解译6472栋建筑，其中未倒塌房屋5504栋(85.0%)，局部倒塌房屋654栋(10.1%)，倒塌房屋314栋(4.9%)。

在遥感解译基础上，根据式(1)统计确定了各调查点的遥感震害指数，如图 6所示。

4 结果

通过解译标志建立、震害遥感解译、震害指数转换等步骤，得到以下3个主要结果：

(1) 震害指数关系图及转换模型

以实际震害指数D_G为纵坐标，遥感震害指数D_R为横坐标，形成如图 7所示的遥感震害指数-实际震害指数关系图。

通过实验可知二阶多项式为最优回归模型，决定系数R²可达0.79。得到的实际震害指数D_G与遥感震害指数D_R的关系表达式为

$D_G=-2.9165 D_R^2+2.6415 D_R+0.0488$

(2)

根据各调查点的遥感震害指数(图 6)和式(2)震害遥感定量转换模型，确定了各调查点转换后的等效实际震害指数(图 8)，并对应得到相应的地震烈度，如图 9所示。

(2) 烈度评估结果的一致性验证

以式(2)为转换模型，将全部调查点的遥感震害指数转换为与实际可比的震害指数及烈度。在此基础上，建立烈度评估值与现场评定值的混淆矩阵(表 2)。结果表明，地震烈度遥感评估结果的总体精度为82%，Kappa系数为0.74。

(3) 无调查资料解译点烈度评估结果

在建立震害指数转换模型、实现调查点震害遥感评估的基础上，本文还选取81个无现场调查资料的居民点，与上述87个调查点共同组成168个解译点，在震害解译基础上，结合震害指数转换模型，转换得到了等效实际震害指数，并估计了对应的地震烈度(图 10)。结果显示，研究区内无现场调查资料解译点的烈度值分布特征与具备现场调查资料的解译点大体一致。

6 结论与讨论

本文以2015年尼泊尔8.1级地震发生后获取的卫星遥感影像和实地调查资料为基础，建立符合尼泊尔建筑的震害遥感解译标志，开展了建筑物震害遥感解译并估计遥感震害指数。此外，建立了遥感震害指数与实际震害指数的转换模型，从而实现各调查点基于震害遥感解译的地震烈度评估。研究结果表明：

(1) 实际震害指数普遍大于遥感震害指数，这是因为遥感解译只能捕捉到屋顶的震害以及墙体的倒塌，房屋的内损伤以及未显现出倒塌特征的破坏在解译时不易发现，造成解译结果偏轻，这也是建立实际震害指数与遥感震害指数转换关系的意义和必要性。

(2) 基于遥感震害解译产生的烈度值与实际调查的烈度值具有较好的一致性，87个调查点中有71个烈度评估值与实际值一致，不一致的也基本与实际值相差1度，无过大偏差，Kappa系数为0.74，属于较高一致性，解译评估得到的结果能够反映震区的基本灾情，表明遥感震害评估方法及本文建立的震害指数转换模型适用于尼泊尔地震震后烈度快速评估。

(3) 基于大面积连续覆盖的遥感影像开展烈度评估、判断灾情，可以通过增加解译点来提高结果的空间分布精细程度，对于准确掌握灾情有所帮助。

需要说明的是：①现场实地调查和遥感解译的震害均包含了主震和余震的影响，因此，本文所得到的震害指数是主震和强余震综合作用所反映的震害程度，地震烈度是主震和余震综合作用形成的综合地震烈度；②本文受所采用的卫星遥感数据分辨率的影响，无法准确区分抗震能力不同的建筑物类型，因此，依据遥感提取的震害等级得到的是遥感平均震害指数。现场震害调查中，平均震害指数与地震烈度的对应关系存在一定的不确定性，造成估计的偏差。本文通过建立遥感平均震害指数与实地调查震害指数之间的定量模型，并在此基础上评估烈度，可在一定程度上部分抵消这种不确定影响，得到具有一定精度的地震烈度估计结果。在地震应急和缺少甚高分遥感影像的情况下，提取遥感平均震害指数不失为一个可行的快速确定震害程度和地震烈度的方法。

致谢: 中国地震局尼泊尔8.1级地震现场灾害调查与评估工作组提供了大量现场震害调查与评估资料，中国地震台网中心李志强研究员就灾区建筑物震害及现场调查情况为本研究提供了重要参考，在此一并表示感谢。