长安大学李振洪教授团队论文【IJAEOG】 | 河西走廊毫米至米级尺度形变的活动地质灾害自动探测及空间分布调控因子定量分析研究

随着全球气候变化和人类活动的加剧，地质灾害日益频发，给当地城镇造成了严重的人员伤亡和财产损失。为缓解这种状况，当务之急是解决与地质灾害有关的一些基本问题：(1) 如何快速、自动地探测大范围内的活动地质灾害的位置和范围；(2) 准确确定灾害频发区域；(3) 地质灾害活动的主要调控因子什么？(4) 这些调控因子是独立调控还是相互关联的？针对以上四个问题，长安大学李振洪教授团队在中科院一区TOP期刊《International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation》发表文章“Automatic detection of active geohazards with millimeter-to-meter-scale deformation and quantitative analysis of factors influencing spatial distribution: A case study in the Hexi corridor, China”，该文章提出了一种普适性较强的广域活动地质灾害自动探测框架（图1）。该框架基于多源对地观测技术，可获取毫米到米级尺度的地表变形信息。以面积约21万平方公里，长约1100公里的河西走廊为研究区域，首次构建了具有自动快速更新能力的河西走廊活动地质灾害编目，共包含4492处活动地质灾害(3652处活动滑坡和840处地面沉降)；其次，利用地理探测器方法，确定了活动地质灾害的主要调控因子为海拔、近地表温度和降水。研究发现断层对非常缓慢移动的滑坡(Very slow-moving landslides, VSLs)具有更大的控制作用，对缓慢移动的滑坡(Slow-moving landslides, SLs)的控制作用较弱。最后，分析了双调控因子对活动地质灾害的交互作用。发现任何双调控因子的交互作用都会增强对活动地质灾害的调控。其中，降水和近地表温度的交互作用对SLs的控制率高达77%。该研究显著提高了广域自动探测活动地质灾害的能力，并为河西走廊沿线的灾害预测和减灾提供了重要的数据集。

本研究通过野外和实验室实验，分析了瓦拉蒂斯流滑坡的特征，为探讨液化在解释低塑性和低密度淤泥质粉砂冰川沉积中滑坡流动性的作用提供了新的视角。验证数值模型的重要信息来源是滑坡稳定后的几何形状及其与原始地形的比较。实地观测支持了基岩位置和斜坡上部的进水点的重要性。在没有其他地形信息的情况下，通过三维模拟考虑在冲出过程中不稳定土壤的横向流入，可以实现更精确的验证。

本研究的主要发现包括：

研究区位于中国西北部的河西走廊，面积为21万平方公里（图 2）。是一个呈西北至东南走向的狭长地带，东西连接塔里木盆地和黄土高原，南北连接青藏高原和蒙古高原，东西长约1100公里，南北宽100至400 公里（图2a）。该地受大陆性气候和青藏高原气候的双重影响，夏季干燥，冬季寒冷，年平均气温约为8.5 ℃，年降水量在30至320毫米之间。该地区的土地利用类型多样（图2b），其中裸地占54.4%。

图2 (a) 河西走廊的地理位置. (b) 河西走廊土地覆盖空间分布及Sentinel-1和Sentinel-2影像的覆盖范围

自动探测活动地质灾害框架

本研究提出的基于多源对地观测、普适性较强的广域活动地质灾害探测框架主要包括四个步骤：

第一步是收集卫星遥感影像，包括多轨道和多波段SAR影像、多时相高空间分辨率的光学遥感影像以及两期或两期以上的高空间分辨率DEM。

第二步是联合先进的InSAR Stacking、SAR POT、光学POT和DEM差分技术，获取研究区域毫米至米级的地表形变信息。

第三步是根据地表变形信息自动探测活动地质灾害的位置和范围。采用MCD-DBSCAN的方法，从第二步获得的变形信息中自动提取活动地质灾害的位置和边界。然后，根据活动地质灾害范围内的平均坡度，将其划分为活动滑坡或地面沉降。

第四步是活动地质灾害的防灾减灾。将获得的活动地质灾害编目提供给当地政府部门和社区，以确保社区、地方政府、专家、家庭和其他组织内部的信息共享、反馈循环和协同响应。这种以社区为中心，以地方政府、专家、家庭和其他组织为依托的防灾减灾模式，将有效提高任何区域地质灾害的防灾减灾能力。

图3a-b是河西走廊约21万平方公里范围内的年平均LOS向地表形变速率。图3c-d是河西走廊SAR POT地表位移结果。正值（蓝色）和负值（红色）分别代表地表向卫星传感器移动和远离卫星传感器。图3e-f分别为2019年至2022年根据哨兵-2号影像计算的河西走廊东西向和南北向地表位移结果。正值（红色）表示地表位移在东西向形变中向东运动，在南北向形变中向北运动，反之亦然。

图3 河西走廊毫米到米级尺度的地表位移

图4 重叠区域的地表位移差值直方图

图5 (a) 河西走廊范围内活动地质灾害的空间分布. (b) 河西走廊范围内活动地质灾害的点密度分布

图6 活动地质灾害自动探测局部放大图

图8. AL、VSL 和 SL 的15个调节因子分布

图 10. AGs、ALs、VSLs、SLs和地面沉降的15个调控因子的q值排序

图 12. AGs，ALs, VSLs和SLs的15个调控因子之间的交互作用q值

图13.河西走廊升轨、降轨和升降轨联合时的几何畸变与可视化空间分布

在本研究中，我们提出了一个基于多源对地观测技术，自动探测毫米到米级尺度地表形变的活动地质灾害框架，并成功应用于河西走廊地区。

首先，利用先进的 InSAR Stacking技术和SAR/Optical POT方法获取了河西走廊地区的地表形变结果。然后，采用MCD-DBSCAN方法，自动探测了河西走廊区域的4492处活动地质灾害，其中包括3652处活动滑坡和840处地面沉降。随后，我们应用地理探测器方法分析了15个调控因子对活动地质灾害的影响。我们的研究结果表明，海拔、近地表温度和降雨对活动地质灾害的影响最大。此外，距断层的距离对VSL的影响强于SL。双调控因子之间的交互作用在影响活动地质灾害方面表现出双变量增强效应，其中降雨和近地表温度对活动地质灾害的交互作用高达78%。

这项研究大大提高了数十万平方公里范围内活动地质灾害的探测速度。它能够识别不同地表变形的活动地质灾害，并提供其位置和范围信息，从而编制出比以往更完整的活动地质灾害编目。该研究结果对河西走廊地区的地质灾害防灾减灾具有重要意义。

Chen, Bo, Zhenhong Li, Chuang Song, Chen Yu, Wu Zhu, Zhenjiang Liu, Bingquan Han et al. "Automatic detection of active geohazards with millimeter-to-meter-scale deformation and quantitative analysis of factors influencing spatial distribution: A case study in the Hexi corridor, China." International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation 131 (2024): 103995.