從太空預(yù)測山體滑坡
導(dǎo)讀 山體滑坡是毀滅性的，而且往往是不可預(yù)測的。2017 年，一場災(zāi)難性的山體滑坡在沒有預(yù)警的情況下襲擊了中國西南部的新磨村，房屋被大量的巖...
山體滑坡是毀滅性的，而且往往是不可預(yù)測的。
2017 年，一場災(zāi)難性的山體滑坡在沒有預(yù)警的情況下襲擊了中國西南部的新磨村，房屋被大量的巖石和泥土吞沒，數(shù)十人被活埋。
在世界的另一端，位于西西里島北部海岸的第勒尼安海的一座火山斯特龍博利山在 2015 年和 2016 年數(shù)次坍塌，導(dǎo)致周邊地區(qū)發(fā)生大量落石和破壞。
但這兩個不相關(guān)的自然事件有什么共同點(diǎn)呢?
墨爾本大學(xué)的研究人員發(fā)現(xiàn)，這兩個事件可以使用免費(fèi)提供的空間衛(wèi)星數(shù)據(jù)和新的數(shù)據(jù)驅(qū)動的數(shù)學(xué)預(yù)測模型來預(yù)測。
從太空監(jiān)測危險
長期以來，衛(wèi)星雷達(dá)圖像一直被用于預(yù)測和捕捉即將發(fā)生的自然災(zāi)害的早期預(yù)警信號，包括山體滑坡——大量的巖石、泥土、泥土或碎片沿著斜坡移動，通常會摧毀沿途的一切。
僅在 2022 年 1 月，就發(fā)生了幾起值得注意的自然災(zāi)害——從湯加的海嘯到巴西的巨大落石——都造成了巨大的生命損失，并對環(huán)境造成了破壞。
但由于需要監(jiān)測大量高風(fēng)險斜坡，跟蹤衛(wèi)星數(shù)據(jù)的挑戰(zhàn)一直是分析的重點(diǎn)。
也就是說，直到現(xiàn)在。
在一項新的研究中，墨爾本大學(xué)的研究人員開發(fā)了一種數(shù)據(jù)驅(qū)動的預(yù)測方法，可以更好地預(yù)測即將發(fā)生的滑坡的位置和幾何形狀。
利用機(jī)器學(xué)習(xí)來識別從衛(wèi)星數(shù)據(jù)中捕獲的滑坡最常見和獨(dú)特的特征，該團(tuán)隊建立了一個新的預(yù)測模型，可以在即將發(fā)生的故障發(fā)生之前準(zhǔn)確地識別出故障的位置。
救生、可訪問的技術(shù)
數(shù)學(xué)與統(tǒng)計學(xué)院的 Antoinette Tordesillas 教授和該研究的首席研究員說，這項技術(shù)背后的目的是通過減輕災(zāi)害風(fēng)險來防止生命損失——就像我們最近在世界各地看到的一些土地崩塌一樣。
Tordesillas 教授說：“這種新模型旨在與衛(wèi)星數(shù)據(jù)一起使用——這些數(shù)據(jù)是免費(fèi)且可廣泛獲取的。”
“我們的模型為第一個真正可訪問的工具打開了大門，該工具適用于廣闊的區(qū)域，包括使用免費(fèi)且不依賴昂貴行業(yè)技術(shù)的數(shù)據(jù)的偏遠(yuǎn)無法訪問的區(qū)域。”
該模型建立在 Tordesillas 教授及其同事早期工作的基礎(chǔ)上，該工作依靠高分辨率雷達(dá)技術(shù)來檢測斜坡運(yùn)動，這對采礦公司很有用，但對于高風(fēng)險社區(qū)或覆蓋大面積區(qū)域并不可行。
“早期的工作對單個斜坡的故障位置和時間給出了準(zhǔn)確的預(yù)警。但是，如果您的數(shù)據(jù)覆蓋了很大的區(qū)域并且目標(biāo)位置非常小，那么您將獲得嚴(yán)重不平衡的數(shù)據(jù)。
“這是一個大問題，因?yàn)閬碜约磳l(fā)生的故障的信號會被大量信息淹沒，從而導(dǎo)致預(yù)測性能下降。
“我們已經(jīng)解決了這個問題?！?/p>
山體滑坡后用于訓(xùn)練算法的中國四川省茂縣谷歌地球圖像。每個點(diǎn)都是從太空看到的目標(biāo)(在這種情況下主要是**的巖石)。顏色表示它們相對于被認(rèn)為穩(wěn)定的參考點(diǎn)(標(biāo)有星號)的移動速度。有許多不穩(wěn)定區(qū)域(黃色、橙色和紅色點(diǎn))被解釋為看似彼此相同的滑坡。該算法有助于提前識別那些可能在不久的將來構(gòu)成威脅的不穩(wěn)定性。信用：谷歌地球
預(yù)警一鍵
從太空中精確定位即將發(fā)生的土地崩塌(即山體滑坡)的位置在歷史上一直是一項具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)。
通過使用這些新發(fā)現(xiàn)的關(guān)于巖石破壞和應(yīng)用數(shù)學(xué)的信息，本模型可以確定即將發(fā)生的土地破壞的位置，為處于危險中的社區(qū)提供早期預(yù)警。
“我們的方法通過衛(wèi)星數(shù)據(jù)提供了重要的干預(yù)和及時的風(fēng)險評估，特別是對于即使不是不可能也難以進(jìn)入的偏遠(yuǎn)地區(qū)。我們通過提取地面位移演變的空間和時間模式來做到這一點(diǎn)，”Tordesillas 教授說。
如果衛(wèi)星捕捉到即將發(fā)生故障的早期跡象，那么團(tuán)隊就知道如何從(總是大量的)數(shù)據(jù)中有效地提取信息。
該工具可以準(zhǔn)確地查明某個位置即將發(fā)生的故障，即使該區(qū)域很小(或不到被監(jiān)控的整個區(qū)域的百分之一)。
這種預(yù)警對于提醒和疏散社區(qū)以及保護(hù)周邊地區(qū)免受潛在的災(zāi)難性風(fēng)險至關(guān)重要。
就像新磨村的雪崩和巴西的落石一樣，通過預(yù)警和干預(yù)，社區(qū)本可以被疏散——可能挽救許多生命。
全球努力
通過使用衛(wèi)星數(shù)據(jù)，該工具可以在世界任何地方使用，特別是在山體滑坡風(fēng)險較高的國家，如尼泊爾和。
2015-16 年發(fā)生落石的 Stromboli 火山無法到達(dá)地點(diǎn)的直升機(jī)勘測有助于證明該工具可以精確地預(yù)測太空落石。
該技術(shù)還得到了全球工業(yè)、政府和學(xué)術(shù)合作伙伴的支持，包括 Orica 集團(tuán)的成員 Ground Probe。
聯(lián)合國教科文組織地質(zhì)水文災(zāi)害預(yù)防和可持續(xù)管理教席菲利波·卡塔尼教授說：
“這種新方法利用時空多元分析來篩選巨大的雷達(dá)衛(wèi)星數(shù)據(jù)集，以在全球和地方范圍內(nèi)尋找即將發(fā)生的災(zāi)難。這可能為使用衛(wèi)星數(shù)據(jù)的實(shí)用預(yù)警系統(tǒng)提供一個新的組成部分，能夠預(yù)測災(zāi)難的發(fā)生。滑坡、天坑和邊坡破壞相關(guān)災(zāi)害"
氣候變化地質(zhì)災(zāi)害
Tordesillas 教授說，該模型的預(yù)測還可以用于持續(xù)監(jiān)測和管理氣候變化引起的地質(zhì)災(zāi)害的未來——比如可能引發(fā)災(zāi)難性海嘯的山體滑坡和雪崩，正如我們今年所看到的那樣。
“隨著海平面上升、氣溫上升和極端降雨事件，我們很可能會看到更多的山體滑坡和相關(guān)的自然災(zāi)害。這項技術(shù)將繼續(xù)在通過預(yù)警保護(hù)處于危險中的村莊、城市和社區(qū)方面發(fā)揮關(guān)鍵作用?！?/p>
