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中国资兴市2024年7月极端降雨引发的浅层滑坡记录

期刊:scientific dataDOI:10.1038/s41597-025-05670-w

这篇文档属于类型a,是一篇关于极端降雨引发浅层滑坡的原创研究论文。以下是针对该研究的学术报告:

第一作者及机构
该研究由同济大学土木工程学院的Zijin Fu(第一作者)、Fawu Wang(通讯作者)、Hao Ma、Qi You和Youqian Feng合作完成,发表于《Scientific Data》(2025年,卷12,文章编号1364)。

学术背景
研究领域为地质灾害与遥感技术交叉学科。全球气候变化导致极端气象事件频发,2024年7月中国湖南资兴市受台风”Gaemi”影响遭遇罕见暴雨(三日累计降雨量最高达673.9毫米),触发19,403处浅层滑坡集群灾害。传统滑坡编录依赖人工野外调查,效率低且高风险。本研究旨在构建两个新型数据集:RLZX-LIM(滑坡编录图)和RLZX-LDD(滑坡检测数据集),为数据驱动的区域滑坡研究和智能检测提供基础。

研究流程与方法
1. 数据采集与预处理
- 使用国产高分系列卫星(2米全色/8米多光谱)和Sentinel-2 L2A(10米分辨率)获取灾前灾后影像,结合ALOS PALSAR 12.5米DEM进行三维地形校正。
- 通过ENVI软件完成辐射定标、FLAASH大气校正和RPC正交校正,采用NNDiffuse Pan Sharpening融合生成2米分辨率多光谱影像。

  1. 滑坡编录图构建(RLZX-LIM)

    • 基于ArcGIS Pro 3.0平台,利用三维时空场景对比技术(图5):叠加灾前/灾后RGB影像、NDVI植被指数和DEM地形数据,由多名专家协同标注滑坡多边形边界。
    • 质量控制:通过无人机(DJI M300搭载L1镜头)对四个高密度滑坡区(平田村、燕窝村等)进行0.3米分辨率航拍验证(图3),修正卫星影像解译误差。最终完成19,403个滑坡多边形标注,总面积53.89 km²(单个面积4-171,982 m²)。
  2. 滑坡检测数据集构建(RLZX-LDD)

    • 采用非重叠切片技术将广域影像分割为训练样本:卫星影像切片尺寸256×256像素(含R/G/B/NIR波段和DEM辅助层),无人机影像切片1024×1024像素。
    • 创新性引入滑坡面积比例阈值(0.3%)过滤无效样本,最终生成3,496个样本(卫星样本2,848个,无人机样本648个)。
  3. 数据验证

    • RLZX-LIM验证:通过道路沿线调查(213处滑坡)和无人机标注(4个区域共4,260处滑坡)作为基准,完整性达84.7-96.7%,正确率96.7-98.8%。几何偏差率约20%(图9)。
    • RLZX-LDD验证:采用U2-Net、DeepLabV3+等四种深度学习模型测试,在mIoU指标上表现优异(卫星样本74.61%,无人机样本79.91%),DEM辅助层提升检测精度7-12%(表5)。

主要发现
1. 滑坡空间分布呈现强幂律特征(图7a),200-1000米高程带为高风险区(图7b),东北部山区滑坡面积密度最高达52.95%(图6b)。
2. 多源数据融合策略显著提升模型性能:卫星与无人机样本联合训练时,U2-Net模型的F1-score达75.51%,优于单一数据源(表6)。
3. 在跨区域迁移学习中,RLZX-LDD作为源域数据集表现最优(mIoU 76.23%),证明其对降雨型滑坡检测的泛化能力。

科学价值与应用
1. 首次公开中国极端降雨触发的大规模浅层滑坡数据集,填补降雨诱发滑坡检测数据集(Rainfall-induced LDDs)的空白。
2. 提出的三维时空场景解译方法将人工标注效率提升3倍,几何偏差率较传统方法降低15%。
3. 数据集支持滑坡敏感性制图、灾害链分析和应急管理,已开源发布于Figshare(DOI:10.6084/m9.figshare.27960762)。

创新亮点
1. 方法学创新:开发”滑坡面积比例阈值”的样本过滤算法,解决深度学习中小目标检测难题。
2. 工程应用:集成国产高分卫星、Sentinel-2和无人机多源数据,形成可复制的滑坡快速编录技术流程。
3. 学科交叉:首次将语义分割模型(如SegFormer)与地形参数(DEM)结合,提升滑坡自动检测的物理可解释性。

其他价值
研究团队开发的代码(GitHub: klaus2023/rlzx-datasets)包含数据增强、非平衡样本处理等模块,为后续研究提供技术框架。地形因子文件(坡度、曲率等9参数)的公开促进了滑坡触发机制的定量研究。

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