从太空预测山体滑坡

山体滑坡是毁灭性的，而且往往是不可预测的。

2017 年，一场灾难性的山体滑坡在没有预警的情况下袭击了中国西南部的新磨村，房屋被大量的岩石和泥土吞没，数十人被活埋。

在世界的另一端，位于西西里岛北部海岸的第勒尼安海的一座火山斯特龙博利山在 2015 年和 2016 年数次坍塌，导致周边地区发生大量落石和破坏。

但这两个不相关的自然事件有什么共同点呢?

墨尔本大学的研究人员发现，这两个事件可以使用免费提供的空间卫星数据和新的数据驱动的数学预测模型来预测。

从太空监测危险

长期以来，卫星雷达图像一直被用于预测和捕捉即将发生的自然灾害的早期预警信号，包括山体滑坡——大量的岩石、泥土、泥土或碎片沿着斜坡移动，通常会摧毁沿途的一切。

仅在 2022 年 1 月，就发生了几起值得注意的自然灾害——从汤加的海啸到巴西的巨大落石——都造成了巨大的生命损失，并对环境造成了破坏。

但由于需要监测大量高风险斜坡，跟踪卫星数据的挑战一直是分析的重点。

也就是说，直到现在。

在一项新的研究中，墨尔本大学的研究人员开发了一种数据驱动的预测方法，可以更好地预测即将发生的滑坡的位置和几何形状。

利用机器学习来识别从卫星数据中捕获的滑坡最常见和独特的特征，该团队建立了一个新的预测模型，可以在即将发生的故障发生之前准确地识别出故障的位置。

救生、可访问的技术

数学与统计学院的 Antoinette Tordesillas 教授和该研究的首席研究员说，这项技术背后的目的是通过减轻灾害风险来防止生命损失——就像我们最近在世界各地看到的一些土地崩塌一样。

Tordesillas 教授说：“这种新模型旨在与卫星数据一起使用——这些数据是免费且可广泛获取的。”

“我们的模型为第一个真正可访问的工具打开了大门，该工具适用于广阔的区域，包括使用免费且不依赖昂贵行业技术的数据的偏远无法访问的区域。”

该模型建立在 Tordesillas 教授及其同事早期工作的基础上，该工作依靠高分辨率雷达技术来检测斜坡运动，这对采矿公司很有用，但对于高风险社区或覆盖大面积区域并不可行。

“早期的工作对单个斜坡的故障位置和时间给出了准确的预警。但是，如果您的数据覆盖了很大的区域并且目标位置非常小，那么您将获得严重不平衡的数据。

“这是一个大问题，因为来自即将发生的故障的信号会被大量信息淹没，从而导致预测性能下降。

“我们已经解决了这个问题。”

山体滑坡后用于训练算法的中国四川省茂县谷歌地球图像。每个点都是从太空看到的目标(在这种情况下主要是裸露的岩石)。颜色表示它们相对于被认为稳定的参考点(标有星号)的移动速度。有许多不稳定区域(黄色、橙色和红色点)被解释为看似彼此相同的滑坡。该算法有助于提前识别那些可能在不久的将来构成威胁的不稳定性。信用：谷歌地球

预警一键

从太空中精确定位即将发生的土地崩塌(即山体滑坡)的位置在历史上一直是一项具有挑战性的任务。

通过使用这些新发现的关于岩石破坏和应用数学的信息，本模型可以确定即将发生的土地破坏的位置，为处于危险中的社区提供早期预警。

“我们的方法通过卫星数据提供了重要的干预和及时的风险评估，特别是对于即使不是不可能也难以进入的偏远地区。我们通过提取地面位移演变的空间和时间模式来做到这一点，”Tordesillas 教授说。

如果卫星捕捉到即将发生故障的早期迹象，那么团队就知道如何从(总是大量的)数据中有效地提取信息。

该工具可以准确地查明某个位置即将发生的故障，即使该区域很小(或不到被监控的整个区域的百分之一)。

这种预警对于提醒和疏散社区以及保护周边地区免受潜在的灾难性风险至关重要。

就像新磨村的雪崩和巴西的落石一样，通过预警和干预，社区本可以被疏散——可能挽救许多生命。

全球努力

通过使用卫星数据，该工具可以在世界任何地方使用，特别是在山体滑坡风险较高的国家，如尼泊尔和。

2015-16 年发生落石的 Stromboli 火山无法到达地点的直升机勘测有助于证明该工具可以精确地预测太空落石。

该技术还得到了全球工业、政府和学术合作伙伴的支持，包括 Orica 集团的成员 Ground Probe。

联合国教科文组织地质水文灾害预防和可持续管理教席菲利波·卡塔尼教授说：

“这种新方法利用时空多元分析来筛选巨大的雷达卫星数据集，以在全球和地方范围内寻找即将发生的灾难。这可能为使用卫星数据的实用预警系统提供一个新的组成部分，能够预测灾难的发生。滑坡、天坑和边坡破坏相关灾害"

气候变化地质灾害

Tordesillas 教授说，该模型的预测还可以用于持续监测和管理气候变化引起的地质灾害的未来——比如可能引发灾难性海啸的山体滑坡和雪崩，正如我们今年所看到的那样。

“随着海平面上升、气温上升和极端降雨事件，我们很可能会看到更多的山体滑坡和相关的自然灾害。这项技术将继续在通过预警保护处于危险中的村庄、城市和社区方面发挥关键作用。”

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