一种改进的深度学习冰湖遥感制图方法及应用

冰湖溃决洪水是一种严重的山地自然灾害,威胁着中国高寒区的居民及铁路公路等重要基础设施,自动高效的冰湖遥感制图方法是冰湖灾害评估、监测预警的基础,然而现有自动制图方法在实际冰湖提取应用上难以达到传统人工和半自动冰湖提取方法上的精度,仍需进一步提高。文章在原生UNet模型基础上,在各桥连接部分融合极化自注意力机制,将输入影像特征分别在空间和通道层保持高分辨率,并通过非线性合成输出细腻的特征,构建了一种改进的U-Net冰湖遥感深度学习制图方法,并将其成功应用在高原铁路关键区。研究结果表明:1)与PSPNet、DeepLabV3+、原生U-Net三种经典模型相比,改进模型在冰湖预测数据集上的各项指标上都有提升,精确率、召回率、交并比和F_1值分别达到了0.972 5、0.966 5、0.940 8和0.969 4,相较于原生U-Net网络,精确度、召回率、交并比和F_1值分别提高了5.01%、6.05%、10.73%和5.53%;2)基于Landsat-8卫星遥感数据,应用改进模型完成了2013—2022年帕隆藏布和易贡藏布案例区冰湖信息自动高效提取,如2020年冰湖总体精度为98.16%,与参照数据的重叠度达到96.66%,提取的精度满足冰湖灾害评估和监测预警研究需求,可用于铁路等重大工程沿线冰湖灾害防治的实践。

中喜马拉雅山中—尼通道沿线冰川/冰湖变化及其相关灾害初步调查

开展中—尼通道沿线冰川/冰湖变化及其相关灾害调查,对减少此类灾害发生、保障该地区安全、维护其在两国之间的经济、文化交流地位具有重要意义。中—尼通道地形陡峭复杂,现代冰川发育,在全球变暖的背景下冰川物质亏损显著,冰湖扩张明显,冰川相关灾害风险突出,已经引起国内外众多学者的广泛关注。本文主要运用遥感手段结合野外考察对中—尼通道沿线冰川及其相关灾害进行了初步调查,对直接影响干线通道的典型支沟流域上游冰川分布及其变化进行了统计,并初步分析了与冰川冰湖变化相关的灾害危险性。结论如下:中尼通道沿线13个子流域共发育冰川568条,总面积804.71 km2,平均冰川覆盖率为12.89%,主要集中在海拔5000~6000 m,27年间(1991—2018年)三通道内的冰川平均退缩率达9.93%。共有冰湖74个,呈逐年扩张态势,20年间(1990—2010年)冰湖平均扩张率达86.5%,其中危险冰湖共计2个。三通道内近半个世纪以来共计发生冰川/冰湖相关灾害共计9起,未来有出现(次生)泥石流/滑坡、洪水、冰湖溃决等形式灾害的可能。发生于柯西河、吉隆藏布和甘达基河一些河段的各类灾害会对山区水库和相关水电设施造成重大影响。本研究可为探讨中—尼喜马拉雅山地区冰川/冰湖变化的时空特征、冰川相关灾害的引发机制以及可能灾害预估等提供资料参考。

波密地区冰湖溃决灾害调查及分布现状研究

西藏自治区有记录以来,发生安全事故的冰湖溃决事件共计27起,其中藏东南地区占比3/4以上。波密地区地处藏南谷地与藏东横断山脉的高山峡谷区的过渡段,属深切割高山河谷地貌,属典型藏东南地貌。论文通过对波密县1∶5万地质遥感图的解译,并结合波密地区区域遥感数据及气象数据,研究波密地区冰湖区域性现状及典型冰湖溃决的成因机理,从而为该区域冰湖相关问题提出预防治理的对策方法,从而促进波密地区经济快速、稳定地发展。

藏东南多依弄巴流域冰湖溃决危险性评价

冰湖溃决灾害是指冰湖坝体突然破坏引发溃决洪水或溃决泥石流的现象,对下游人类活动和自然环境造成严重影响。近年来,藏东南地区冰川快速退缩,冰湖数量和规模显著增加,冰湖溃决事件广泛发生。基于1995-2021年多时相Landsat系列遥感影像、Sentinel-2A遥感影像,结合RAMMS水文动力学模型方法,对藏东南地区多依弄巴流域内冰湖、冰川进行动态变化分析,模拟冰崩危险体触发冰湖溃决和冰湖溃决泥石流的演进过程,根据泥石流模拟中的流速和流深对冰湖溃决可能影响的区域进行危险性分区。结果表明:流域内冰川面积由1995年的14.05 km^(2)退缩为2021年的9.43 km^(2),年均退缩率约为0.15 km^(2)/a。流域内共发育3处冰崩危险体,均可能触发冰湖溃决。潜在危险冰湖在全溃情况下,溃决泥石流会冲出沟口堵塞然乌湖湖口和帕隆藏布主河道,对下游居民和道路造成影响,影响范围约4.05 km^(2),其中高危险性区域约2.55 km^(2)。危险性评价结果可为多依弄巴流域未来土地利用规划和防灾减灾提供依据,也能为藏东南地区冰湖溃决型泥石流危险评估提供参考。

新疆冰湖溃决灾害风险评价与预警

受全球气候变暖及人类活动的影响,冰湖溃决灾害已成为当前新疆地区经济可持续发展中的突出问题之一。利用1977(MSS)～2015年Landsat影像、2015年的Google Earth高精度影像和DEM等数据解译获取新疆冰湖的时空分布信息,并选取导致冰湖溃决的主要影响因子,运用MATLAB和SPSS等软件,利用西北地区已有冰湖数据作为训练样本拟合评价方程,建立了新疆冰湖溃决风险评价模型和基于BP神经网络算法的预警模型。结果表明:(1)1977年以来新疆三大山系中冰湖的数量和面积不断增加,冰湖数量上增加了62.0%,冰湖面积增长率为0.98 km^2·a^(-1),但增长率呈现逐年减小的趋势;(2)对分布在新疆范围内的17个典型冰湖溃决风险评价的结果显示:有5个冰湖为高危风险、5个冰湖为中等风险、7个冰湖为低等风险,新疆大约29%的冰湖需要进行实时监测。

西藏典型冰湖防洪减灾效益实例分析

近年来西藏冰湖溃决事件时有发生,文章以朋曲流域典型冰湖皮达湖和龙巴萨巴湖除险减灾为例进行综合效益分析,便于推动《西藏冰湖灾害防治规划》的实施。

国土遥感综合调查工程总体目标的设计与实现

紧密围绕我国自然资源管理、保护与生态文明建设的需求,结合当前国土资源遥感调查的工作实际,系统论述了国土遥感综合调查工程的目标任务,拟定了矿山开发环境遥感监测、边海防地区基础地质环境遥感调查、青藏高原冰川变化与冰湖溃决灾害遥感调查及自然资源与生态地质环境遥感综合调查等4大工作内容,提出了实现目标的总体技术思路、拟解决的关键技术和预期成果,并对成果潜在的社会经济效益进行了展望。

基于NDWI-NDSI组合阈值法的布加岗日冰湖提取及其变化分析

自20世纪90年代以来,中国冰川在全球升温影响下处于全面加速退缩的态势。长时序的冰湖变化既能反映冰川演变过程,也可为冰湖灾害研究提供重要依据。本文提出一种基于NDWI-NDSI组合法提取冰湖的改进方法,有效增加了阈值分割法提取冰湖的适用范围,使冰湖的错分现象得到极大改善;并以1988年—2018年共16景Landsat影像为数据源,成功对布加岗日冰川的冰湖面积实施提取并对其做统计分析和时序研究。进而发现,该冰川出现冰湖数目增多(2个)、面积增大近一倍(从约2.7666 km2增加至约5.2308 km2)的现象,表明其在近30年间消融过快、退缩严重,并阐明温度变化为导致这一现象的主要因素,同时指出由冰川融水导致的部分冰湖诱发洪水、泥石流等次生灾害的可能性也极具增高。