联合SBAS-InSAR与机器学习的滑坡隐患识别 ——以兰州市为例

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兰州市位于青藏高原向黄土高原过度的中间区域,该区域降水集中在夏季,秋冬春季降水少,其降水集中的特点导致以地处黄土高原的兰州市在雨季容易发生滑坡。加之兰州城市建设向河谷两侧坡地和黄土台塬区的扩展,工程建设切坡、削山造地、周围山区灌溉、农田灌溉及矿产资源开采等一系列强烈人类活动使兰州市发生滑坡灾害频率增大,因此有必要对兰州市的滑坡隐患进行排查。本文以兰州市主城区为研究对象,包括城关区、安宁区、西固区和七里河区四个辖区,联合SBAS-InSAR与机器学习构建阈值模型对兰州市滑坡隐患进行精准识别。首先利用SBAS-InSAR技术基于Sentinel-1A升降轨数据获取兰州市2015-2020年的地表形变速率和时间序列累计形变量;用Google Earth光学影像对兰州市滑坡进行编目,然后利用MLP模型对兰州市滑坡敏感性程度做出评价;最后联合形变结果与滑坡敏感性评价结果构建了阈值模型精准识别兰州市滑坡隐患位置,使用理论精度和实地考察的方式验证阈值模型识别滑坡隐患的精度,本研究将为兰州市城市规划与防灾减灾提供数据支撑与思路。主要结论如下:(1)基于SBAS-InSAR技术得到了兰州市主城区地表形变特征,兰州主城区整体处于稳定状态,但部分区域的地表形变量较大,主要集中在兰州城区周围山区,城关区的削山造地区域和青石片区,安宁区的沙井驿,西固区的柳泉镇和七里河区的营门前村。通过统计分析发现大形变区域位于低海拔、低坡度、距离道路、铁路、断层、河流较近且岩层软弱的区域。(2)基于系统性原则、代表性原则、层次性原则和可操作性原则以及因子间多重共线性分析方法选择了影响滑坡的地形因素(坡度、高程、坡向)、地质因素(岩性、距离断层距离)、水文因素(距离河流距离)、人类工程因素(距离道路距离、距离铁路距离),基于光学影像解译出兰州主城区共152个滑坡体,其中138个为不稳定斜坡,14个为老滑坡/古滑坡,总面积达到7.189 km~2,再利用解译出来的滑坡体和MLP模型对兰州市的滑坡敏感性程度进行预测,AUC为0.839,评价效果理想。极低敏感区、低敏感区、中敏感区、高敏感区和极高敏感区的面积分别为11.76km~2、589.85 km~2、112.25km~2、227.87 km~2和123.87 km~2,极高敏感区和高敏感区分布于兰州主城区南北两山。(3)联合SBAS-InSAR技术测量结果与MLP模型的滑坡敏感性评价结果构建了阈值模型对兰州市的滑坡隐患位置进行识别,兰州市滑坡隐患主要分布于城关区、七里河区和西固区的北部山区,滑坡隐患与滑坡库的重合率为92.76%,经过聚类、光滑、筛选处理后的滑坡隐患点为168处,通过统计发现滑坡隐患、大形变量区域和滑坡库中的滑坡分布特点为低海拔、阳坡、中等坡度、岩性较软且距离人工设施和河流较近的区域。结合理论精度和实地考察验证了本文阈值模型识别滑坡隐患的精度,结果表明阈值模型的理论识别滑坡隐患精度较高,实地考察也验证了本文阈值模型识别滑坡隐患位置准确。
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