Please wait a minute...
 
自然资源遥感  2023, Vol. 35 Issue (4): 81-89    DOI: 10.6046/zrzyyg.2022320
  技术方法 本期目录 | 过刊浏览 | 高级检索 |
联合光学和SAR遥感影像的山区公路滑坡易发性评价方法
余绍淮(), 徐乔(), 余飞
中交第二公路勘察设计研究院有限公司,武汉 430056
Method for assessing landslide susceptibility of highways in mountainous areas based on optical and SAR remote sensing images
YU Shaohuai(), XU Qiao(), YU Fei
CCCC Second Highway Consultants Co., Ltd., Wuhan 430056,China
全文: PDF(4561 KB)   HTML  
输出: BibTeX | EndNote (RIS)      
摘要 

艰险山区公路的滑坡易发性评价能够为公路地质选线提供关键支撑信息。传统滑坡易发性评价方法存在忽略地表形变等动态数据的使用而导致评价结果精度不高的问题。针对此问题,该文提出一种联合光学和SAR遥感影像的山区公路滑坡易发性评价方法。以青海省沿黄公路隆务峡至公伯峡段为研究区,先利用高分辨率QuickBird卫星影像提取多种滑坡灾害静态因子,并采用随机森林模型计算路线区域内的滑坡易发性风险初始等级; 然后基于长时间序列的Sentinel-1A影像,获取直接反映滑坡动态变化的地表形变因子; 最后,利用地表形变因子对滑坡易发性风险初始等级进行修正,得到最终的滑坡易发性评价分区图。工程实践表明,该方法综合利用滑坡灾害静态与动态因子数据,所获取的山区公路滑坡易发性评价分区图更具准确性,可为后续的公路地质选线提供准确信息。

服务
把本文推荐给朋友
加入引用管理器
E-mail Alert
RSS
作者相关文章
余绍淮
徐乔
余飞
关键词 滑坡易发性评价光学遥感SAR山区公路随机森林    
Abstract

Assessing the landslide susceptibility of highways in precarious mountainous areas can provide crucial information for the geologic route selection of highways. Conventional landslide susceptibility assessment methods ignore the application of surface deformation data and other dynamic data, leading to low-accuracy assessment results. Hence, this study proposed a landslide susceptibility assessment method for mountain highways based on optical and SAR remote sensing images. With the Longwuxia-Gongboxia section of the Yanhuang Highway in Qinghai Province as the study area, this study extracted various static factors of landslides from high-resolution QuickBird satellite images and calculated the initial risk level of landslide susceptibility within the route area using a random forest model. Afterward, this study obtained the surface deformation factors, which directly reflect the dynamic changes of landslides, based on the long-time-series Sentinel-1A images. Finally, this study corrected the initial landslide susceptibility risk level based on the surface deformation factors, generating a landslide susceptibility assessment zoning map. As demonstrated by engineering practice, the method proposed in this study yielded a high-accuracy landslide susceptibility assessment zoning map for the mountain highway by combining data on both static and dynamic factors of landslides, thus providing accurate information for subsequent geologic route selection of the highway.

Key wordslandslide susceptibility assessment    optical remote sensing    SAR    mountain highway    random forest
收稿日期: 2022-08-10      出版日期: 2023-12-21
ZTFLH:  TP79  
基金资助:湖北省重点研发计划项目(2021BAA185);及中交第二公路勘察设计研究院有限公司自主研发科技项目(KJFZ-2020-012)
通讯作者: 徐乔(1991-),男,硕士研究生,工程师,主要从事公路遥感地质灾害监测研究。Email: xu_qiao_cug@126.com
作者简介: 余绍淮(1979-),男,本科,正高级工程师,主要从事3S技术与公路CAD的集成研究。Email: yushaohuai@163.com
引用本文:   
余绍淮, 徐乔, 余飞. 联合光学和SAR遥感影像的山区公路滑坡易发性评价方法[J]. 自然资源遥感, 2023, 35(4): 81-89.
YU Shaohuai, XU Qiao, YU Fei. Method for assessing landslide susceptibility of highways in mountainous areas based on optical and SAR remote sensing images. Remote Sensing for Natural Resources, 2023, 35(4): 81-89.
链接本文:  
https://www.gtzyyg.com/CN/10.6046/zrzyyg.2022320      或      https://www.gtzyyg.com/CN/Y2023/V35/I4/81
评价因素 评价指标 指标来源
地质条件 与构造线的距离 利用高分遥感影像解译的地质构造线,利用GIS分析计算得到
水文条件 与沟谷的距离 利用DEM数据进行汇水分析,提取研究区内的沟谷线,然后计算与沟谷的距离
湿度指数 依据DEM数据,利用GIS分析软件SAGA计算得到
地形地貌 高程 直接利用DEM数据
坡度 依据DEM数据,利用GIS分析软件SAGA计算得到
坡向
坡长
坡高
斜坡类型
地表覆盖 NDVI 依据高分遥感影像,利用遥感处理软件ENVI计算各植被指数
SRI
ARVI
EVI
土地利用 对高分遥感影像进行分类
Tab.1  滑坡易发性评价因子表
Fig.1  随机森林模型构建示意图
Fig.2  SABS-InSAR处理流程图
滑坡易发
性风险初
始等级
形变等级
低形变区 中等形变区 高形变区 极高形变区
低易发区 0 +1 +2 +3
中易发区 0 0 +1 +2
高易发区 0 0 0 +1
极高易发区 0 0 0 0
Tab.2  滑坡易发性风险等级更新表
Fig.3  研究区范围与地形示意图
Fig.4  研究区历史滑坡遥感解译图
编号 影像日期 入射角/(°) 编号 影像日期 入射角/(°) 编号 影像日期 入射角/(°)
1 2018-01-14 39.483 14 2018-11-22 39.485 27 2019-09-30 39.489
2 2018-02-07 39.484 15 2018-12-16 39.483 28 2019-10-24 39.486
3 2018-03-03 39.485 16 2019-01-09 39.485 29 2019-11-17 39.485
4 2018-03-27 39.486 17 2019-02-02 39.484 30 2019-12-23 39.483
5 2018-04-20 39.490 18 2019-02-26 39.484 31 2020-01-16 39.483
6 2018-05-14 39.490 19 2019-03-22 39.485 32 2020-02-09 39.485
7 2018-06-07 39.490 20 2019-04-15 39.491 33 2020-03-04 39.485
8 2018-07-01 39.491 21 2019-05-09 39.490 34 2020-03-28 39.486
9 2018-07-25 39.490 22 2019-06-02 39.490 35 2020-04-21 39.490
10 2018-08-18 39.490 23 2019-06-26 39.491 36 2020-05-15 39.490
11 2018-09-11 39.489 24 2019-07-20 39.491 37 2020-06-08 39.491
12 2018-10-05 39.489 25 2019-08-13 39.491 方位向分辨率: 13.91 m
13 2018-10-29 39.486 26 2019-09-06 39.490 距离向分辨率: 2.33 m
Tab.3  Sentinel-1A 影像信息表
Fig.5  研究区2018—2020年沿雷达视线方向形变速率分布图
Fig.6  研究区2018—2020年沿斜坡面方向形变速率分布图
Fig.7  研究区滑坡易发性初始评价分区图
Fig.8  研究区滑坡易发性评价分区图
Fig.9  局部重点区域滑坡易发性风险等级对比分析图
类型 易发性等级 分级面积/km2 分级面积
占比/%
滑坡样本分
级面积/km2
滑坡样本面积
分级占比/%
频率比
初始易发性分级 低易发区 34.806 4 60.65 0.967 2 45.43 0.749 1
中易发区 11.143 8 19.42 0.372 8 17.51 0.901 6
高易发区 7.427 7 12.94 0.323 0 15.18 1.173 1
极高易发区 4.009 6 6.99 0.465 7 21.88 3.130 2
结合形变特征的易发性分级 低易发区 33.435 2 58.26 0.689 2 32.37 0.555 6
中易发区 11.673 4 20.34 0.396 3 18.62 0.915 4
高易发区 7.846 2 13.67 0.474 2 22.28 1.629 8
极高易发区 4.432 7 7.73 0.569 0 26.73 3.458 0
Tab.4  滑坡易发性评价精度统计表
[1] 李文娟, 邵海. 基于遥感影像多尺度分割与地质因子评价的滑坡易发性区划[J]. 中国地质灾害与防治学报, 2021, 32(2):94-99.
Li W J, Shao H. Landslide susceptibility assessment based on multi-scale segmentation of remote sensing and geological factor eValuation[J]. The Chinese Journal of Geological Hazard and Control, 2021, 32(2):94-99.
[2] 黄海峰, 薛蓉花, 赵蓓蓓, 等. 孕灾机理与综合遥感结合的三峡库首顺层岩质滑坡隐患识别[J]. 测绘学报, 2022, 51(10):2056-2068.
doi: 10.11947/j.AGCS.2022.20220306
Huang H F, Xue R H, Zhao B B, et al. The bedding rock landslide identification in the head area of the Three Gorges Reservoir combined with disaster pregnant mechanism and comprehensive remote sensing method[J]. Acta Geodaetica et Cartographica Sinica, 2022, 51(10):2056-2068.
doi: 10.11947/j.AGCS.2022.20220306
[3] 贾伟洁, 王治华. 基于高分辨率遥感影像的滑坡活动特征及稳定性分析——以东苗家滑坡为例[J]. 国土资源遥感, 2019, 31(4):174-181.doi:10.6046/gtzyyg.2019.04.23.
Jia W J, Wang Z H. Landslide activity characteristics and stability analysis based on high-resolution remote sensing image:A case study of Dongmiaojia landslide[J]. Remote Sensing for Land and Resources, 2019, 31(4):174-181.
[4] Youssef A M, Pourghasemi H R. Landslide susceptibility mapping using machine learning algorithms and comparison of their performance at Abha Basin,Asir Region,Saudi Arabia[J]. Geoscience Frontiers, 2021, 12(2):639-655.
doi: 10.1016/j.gsf.2020.05.010
[5] 胡致远, 罗文强, 晏鄂川, 等. 基于改进层次分析法的英山县地质灾害易发性评价[J]. 安全与环境工程, 2018, 25(4):28-32.
Hu Z Y, Luo W Q, Yan E C, et al. IAHP-based evaluation of susceptibility of geological hazards in Yingshan County[J]. Safety and Environmental Engineering, 2018, 25(4):28-32.
[6] 刘阳. 延长县滑坡地质灾害风险评估和管理研究[D]. 西安: 长安大学, 2009.
Liu Y. The extention of geologal disasters of landslide risk assessment and management research in the Yanchang County[D]. Xi’an: Changan University, 2009.
[7] Hong H, Chen W, Xu C, et al. Rainfall-induced landslide susceptibility assessment at the Chongren area (China) using frequency ratio,certainty factor,and index of entropy[J]. Geocarto International, 2017, 32(2):139-154.
[8] 周晓亭, 黄发明, 吴伟成, 等. 基于耦合信息量法选择负样本的区域滑坡易发性预测[J]. 工程科学与技术, 2022, 54(3):25-35.
Zhou X T, Huang F M, Wu W C, et al. Regional landslide susceptibility prediction based on negative sample selected by coupling information value method[J]. Advanced Engineering Sciences, 2022, 54(3):25-35.
[9] 刘月, 王宁涛, 周超, 等. 基于ROC曲线与确定性系数法集成模型的三峡库区奉节县滑坡易发性评价[J]. 安全与环境工程, 2020, 27(4):61-70.
Liu Y, Wang N T, Zhou C, et al. Evaluation of landslide susceptibility based on ROC and certainty factor method in Fengjie County,Three Gorges Reservoir[J]. Safety and Environmental Engineering, 2020, 27(4):61-70.
[10] 杨昭颖, 韩灵怡, 郑向向, 等. 基于卷积神经网络的遥感影像及DEM滑坡识别——以黄土滑坡为例[J]. 自然资源遥感, 2022, 34(2):224-230.doi:10.6046/zrzyyg.2021204.
Yang Z Y, Han L Y, Zheng X X, et al. Landslide identification using remote sensing images and DEM based on convolutional neural network:A case study of loess landslide[J]. Remote Sensing for Natural Resources, 2022, 34(2):224-230.doi:10.6046/zrzyyg.2021204.
[11] 刘纪平, 梁恩婕, 徐胜华, 等. 顾及样本优化选择的多核支持向量机滑坡灾害易发性分析评价[J]. 测绘学报, 2022, 51(10): 2034-2045.
doi: 10.11947/j.AGCS.2022.20220326
Liu J P, Liang E J, Xu S H, et al. Multi-kernel support vector machine considering sample optimization selection for analysis and evaluation of landslide disaster susceptibility[J]. Acta Geodaetica et Cartographica Sinica, 2022, 51(10):2034-2045.
doi: 10.11947/j.AGCS.2022.20220326
[12] 吴润泽, 胡旭东, 梅红波, 等. 基于随机森林的滑坡空间易发性评价: 以三峡库区湖北段为例[J]. 地球科学, 2021, 46(1):321-330.
Wu R Z, Hu X D, Mei H B, et al. Spatial susceptibility assessment of landslides based on random forest: A case study from Hubei section in the Three Gorges Reservoir area[J]. Earth Science, 2021, 46(1):321-330.
[13] 徐乔, 余飞, 余绍淮. 基于多源遥感数据的山区铁路滑坡危险性评价[J]. 铁道工程学报, 2021, 38(11):8-14.
Xu Q, Yu F, Yu S H. Landslide hazard assessment of mountain railways based on multi-source remote sensing data[J]. Journal of Railway Engineering Society, 2021, 38(11):8-14.
[14] 王卫东, 何卓磊, 韩征, 等. 基于深度信念网络的滑坡敏感性评价[J]. 东北大学学报(自然科学版), 2020, 41(5):609-615.
doi: 10.12068/j.issn.1005-3026.2020.05.001
Wang W D, He Z L, Han Z, et al. Landslides susceptibility assessment based on deep belief network[J]. Journal of Northeastern University( Natural Science), 2020, 41(5):609-615.
[15] 余绍淮, 徐乔, 罗博仁. 时序InSAR技术在山区公路遥感地质勘察中的应用[J]. 公路, 2021, 66(10):251-257.
Yu S H, Xu Q, Luo B R. Application of time series InSAR technology in remote sensing geological survey of mountainous highway[J]. Highway, 2021, 66(10):251-257.
[16] 赵富萌, 张毅, 孟兴民, 等. 基于小基线集雷达干涉测量的中巴公路盖孜河谷地质灾害早期识别[J]. 水文地质工程地质, 2020, 47(1): 142-152.
Zhao F M, Zhang Y, Meng X M, et al. Early identification of geological hazards in the Gaizi valley near the Karakoran Highway based on SBAS-InSAR technology[J]. Hydrogeology & Engineering Geology, 2020, 47(1):142-152.
[17] 张腾, 谢帅, 黄波, 等. 利用Sentinel-1和ALOS-2数据探测茂县中部活动滑坡[J]. 国土资源遥感, 2021, 33(2):213-219.doi:10.6046/gtzyyg.2020206.
Zhang T, Xie S, Huang B, et al. Detection of active landslides in central Maoxian County using Sentinel-1 and ALOS-2 data[J]. Remote Sensing for Land and Resources, 2021, 33(2):213-219.doi:10.6046/gtzyyg.2020206.
[18] 朱玉. 基于PS-InSAR的贵州省大方县、纳雍县滑坡易发性评价[D]. 北京: 中国地质大学(北京), 2020.
Zhu Y. Landslide susceptibility assessment of Dafang and Nayong County of Guizhou Province combining with PS-InSAR[D]. Beijing: China University of Geosciences(Beijing), 2020.
[19] 杨强. 基于时序InSAR技术的皮力青河流域滑坡易发性研究[D]. 成都: 成都理工大学, 2019.
Yang Q. Research on landslide susceptibility based on time series InSAR technology in PiLi Qing River Basin[D]. Chengdu: Chengdu University of Technology, 2019.
[20] 徐乔, 张霄, 余绍淮, 等. 综合多特征的极化SAR图像随机森林分类算法[J]. 遥感学报, 2019, 23(4): 685-694.
Xu Q, Zhang X, Yu S H, et al. Multi-feature-based classification method using random forest and superpixels for polarimetric SAR images[J]. Journal of Remote Sensing, 2019, 23(4):685-694.
[21] 柳明星, 刘建红, 马敏飞, 等. 基于GF-2 PMS影像和随机森林的甘肃临夏花椒树种植监测[J]. 自然资源遥感, 2022, 34(1):218-229.doi:10.6046/zrzyyg.2021112.
Liu M X, Liu J H, Ma M F, et al. Monitoring of Zanthoxylum bungeanum Maxim planting using GF-2 PMS images and the random forest algorithm:A case study of Linxia,Gansu Province[J]. Remote Sensing for Natural Resources, 2022, 34(1):218-229.doi:10.6046/zrzyyg.2021112.
[22] Ferretti A, Prati C, Rocca F, et al. Permanent scatters in SAR Interferometry[J]. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 2001, 39(1):8-20.
doi: 10.1109/36.898661
[23] Berardino P, Fornaro G, Lanari R, et al. A new algorithm for surface deformation monitoring based on small baseline differential SAR interferograms[J]. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 2002, 40(11):2375-2383.
doi: 10.1109/TGRS.2002.803792
[24] 张诗茄, 蒋建军, 缪亚敏, 等. 基于SBAS技术的岷江流域潜在滑坡识别[J]. 山地学报, 2018, 36(1):91-97.
Zhang S J, Jiang J J, Miao Y M, et al. Application of the SBAS technique in potential landslide identification in the Minjiang watershed[J]. Mountain Research, 2018, 36(1):91-97.
[25] Herrera G, Gutiérrez F, García-Davalillo J C, et al. Multi-sensor advanced DInSAR monitoring of very slow landslides:The Tena Valley case study (Central Spanish Pyrenees)[J]. Remote Sensing of Environment, 2013, 128:31-43.
doi: 10.1016/j.rse.2012.09.020
[26] 张玘恺, 凌斯祥, 李晓宁, 等. 九寨沟县滑坡灾害易发性快速评估模型对比研究[J]. 岩石力学与工程学报, 2020, 39(8):1595-1610.
Zhang Q K, Ling S X, Li X N, et al. Comparison of landslide susceptibility mapping rapid assessment models in Jiuzhaigou County,Sichuan Province,China[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2020, 39(8):1595-1610.
[27] 周超. 集成时间序列InSAR技术的滑坡早期识别与预测研究[D]. 武汉: 中国地质大学, 2018.
Zhou C. Landslide identification and prediction with the application of time series InSAR[D]. Wuhan: China University of Geosciences, 2018.
[1] 肖晖, 李惠堂, 顾约翰, 盛庆红. 质量引导下的最小二乘相位解缠算法[J]. 自然资源遥感, 2023, 35(4): 25-33.
[2] 杜晓川, 娄德波, 徐林刚, 范莹琳, 张琳, 李婉悦. 基于GF-2影像和随机森林算法的花岗伟晶岩提取[J]. 自然资源遥感, 2023, 35(4): 53-60.
[3] 钟骁勇, 李洪义, 郭冬艳, 谢模典, 赵婉如, 胡碧峰. 基于多源环境变量和随机森林模型的江西省耕地土壤pH值空间预测[J]. 自然资源遥感, 2023, 35(4): 178-185.
[4] 易邦进, 黄成, 傅涛, 孙技星, 朱宝权, 钟成. 基于SBAS-InSAR 技术的中缅边境山区地质灾害隐患探测[J]. 自然资源遥感, 2023, 35(4): 186-191.
[5] 何苏玲, 贺增红, 潘继亚, 王金亮. 基于多模型的县域土地利用/土地覆盖模拟[J]. 自然资源遥感, 2023, 35(4): 201-213.
[6] 赵华伟, 周林, 谭明伦, 汤明高, 童庆刚, 秦佳俊, 彭宇辉. 基于光学遥感和SBAS-InSAR的川渝输电网滑坡隐患早期识别[J]. 自然资源遥感, 2023, 35(4): 264-272.
[7] 陈健, 李虎, 刘玉锋, 常竹, 韩伟杰, 刘赛赛. 基于Sentinel-2数据多特征优选的农作物遥感识别研究[J]. 自然资源遥感, 2023, 35(4): 292-300.
[8] 王宁, 姜德才, 郑向向, 钟昶. 基于多源异构数据斜坡地质灾害隐患易发性评价——以深圳市龙岗区为例[J]. 自然资源遥感, 2023, 35(4): 122-129.
[9] 伍炜超, 叶发旺. 面向多背景环境的Sentinel-2云检测[J]. 自然资源遥感, 2023, 35(3): 124-133.
[10] 董婷, 符潍奇, 邵攀, 高利鹏, 武昌东. 基于改进全连接条件随机场的SAR影像变化检测[J]. 自然资源遥感, 2023, 35(3): 134-144.
[11] 林佳惠, 刘广, 范景辉, 赵红丽, 白世彪, 潘宏宇. 联合改进U-Net模型和D-InSAR技术采矿沉陷提取方法[J]. 自然资源遥感, 2023, 35(3): 145-152.
[12] 高晨, 马栋, 屈曼, 钱建国, 尹海权, 侯晓真. 基于PS-InSAR的怀来地震台钻孔体应变异常机理研究[J]. 自然资源遥感, 2023, 35(3): 153-159.
[13] 席磊, 舒清态, 孙杨, 黄金君, 宋涵玥. 基于ICESat2的西南山地森林LAI遥感估测模型优化[J]. 自然资源遥感, 2023, 35(3): 160-169.
[14] 排日海·合力力, 昝梅. 干旱区绿洲城市生态环境时空格局变化及影响因子研究[J]. 自然资源遥感, 2023, 35(3): 201-211.
[15] 姜德才, 郑向向, 王宁, 肖春蕾, 朱振洲. 时序InSAR技术在珠三角地区地质灾害隐患识别中的应用[J]. 自然资源遥感, 2023, 35(3): 292-301.
Viewed
Full text


Abstract

Cited

  Shared   
  Discussed   
京ICP备05055290号-2
版权所有 © 2015 《自然资源遥感》编辑部
地址:北京学院路31号中国国土资源航空物探遥感中心 邮编:100083
电话:010-62060291/62060292 E-mail:zrzyyg@163.com
本系统由北京玛格泰克科技发展有限公司设计开发