Извлечение данных о зонах селевых потоков с помощью спутникового дистанционного зондирования

Селевые потоки — это бурные потоки, образующиеся, когда сильные дожди или наводнения насыщают и разбавляют рыхлую песчаную почву в горных районах. Они широко распространены в регионах с уникальным рельефом и формами рельефа по всему миру, и их разрушительная сила гораздо обширнее и масштабнее, чем у отдельных обрушений, оползней или наводнений. Селевые потоки представляют угрозу для жизни и имущества людей из-за своих разрушительных и погребающих механизмов.

В прошлом проведение полевых геологических исследований и изысканий в условиях стихийных бедствий было затруднено в малонаселенных районах с высокими горами и опасными дорогами. Однако методы дистанционного зондирования обладают преимуществами широкого поля зрения, быстрого сбора данных, непрерывного наблюдения и отсутствия ограничений по рельефу местности, и в последние годы широко используются в области исследования селевых потоков.

△Дистанционный мониторинг селевых потоков

Извлечение областей селевых потоков может быть выполнено на суперпикселях, полученных методом SLIC, с использованием соответствующих спектральных индексов для выделения этих областей.

Сначала изображение сегментируется с использованием метода SLIC. Это включает в себя определение количества сегментированных областей и равномерное распределение опорных точек внутри изображения на основе этих областей. Затем опорные точки перевыбираются в окрестности каждой назначенной опорной точки, и вычисляются значения градиента всех пикселей в этой окрестности. Пиксель с наименьшим градиентом затем переназначается в качестве опорной точки, чтобы избежать его установки в качестве точки границы контура. Каждому пикселю присваивается метка кластеризации на основе метрики кластеризации. Поскольку каждый пиксель обрабатывается несколькими опорными точками, каждый пиксель имеет расстояние до окружающих его опорных точек. Опорная точка с минимальным расстоянием выбирается в качестве центра кластера для этого пикселя. Затем центры областей пересчитываются, и кластеризация итеративно оптимизируется на основе метрики до тех пор, пока ошибка не сойдется.

(а)K=100

(б) К=300

(c) K=500

△Сегментация регионов на основе метода SLIC

После генерации областей сегментации для каждой сегментированной области рассчитываются индекс растительности NDVI, улучшенный индекс водного баланса PNDWI и среднеспектральное значение каждого диапазона. На основе визуальной интерпретации области селевого потока на изображении определяется диапазон значений индекса растительности, индекса водного баланса и спектральных значений каждого диапазона в области селевого потока, а также устанавливается пороговое значение для мониторинга области селевого потока в исследуемой области.

На рисунке ниже показана информация о зоне селевых потоков в Саньянью, уезде Чжоуцю, Ганьнаньском Тибетском автономном округе, провинция Ганьсу, полученная методом инверсии на основе данного метода.