近年來，隨著全球氣候變暖，極端天氣事件頻發(fā)，旱區(qū)降雨模式發(fā)生顯著變化，短時(shí)強(qiáng)降雨事件明顯增多，冰雪融水的增加使得旱區(qū)水文條件更為復(fù)雜，這些變化導(dǎo)致干旱地區(qū)泥石流的發(fā)生頻率和規(guī)模持續(xù)增大，對當(dāng)?shù)鼐用竦纳?cái)產(chǎn)安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。

傳統(tǒng)泥石流監(jiān)測手段如人工實(shí)地調(diào)查、現(xiàn)場設(shè)備監(jiān)測等，往往面臨著諸多挑戰(zhàn)。人工調(diào)查不僅耗費(fèi)大量的人力、物力，而且在一些偏遠(yuǎn)山區(qū)和交通不便的地區(qū)，數(shù)據(jù)采集難度極大?，F(xiàn)場設(shè)備監(jiān)測雖然能夠提供較為精確的數(shù)據(jù)，但設(shè)備成本高，維護(hù)難度大，且只能覆蓋有限的范圍。在一些經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)，很難大規(guī)模部署這些監(jiān)測設(shè)備。因此，在偏遠(yuǎn)山區(qū)和廣闊的干旱地區(qū)，獲取準(zhǔn)確的泥石流數(shù)據(jù)變得異常困難。

為了應(yīng)對這些挑戰(zhàn)，我們所（中國科學(xué)院成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所）的科研人員一直在探索新的技術(shù)和方法，以實(shí)現(xiàn)對旱區(qū)泥石流活動性進(jìn)行大范圍的快速定量評估。

近年來，衛(wèi)星遙感技術(shù)和人工智能的發(fā)展為解決這一問題帶來了新的希望。衛(wèi)星遙感能夠提供大面積的地表信息，而人工智能則在圖像識別和數(shù)據(jù)分析方面展現(xiàn)出強(qiáng)大的能力，將兩者結(jié)合起來，有望為干旱地區(qū)的泥石流預(yù)報(bào)預(yù)警提供一種高效、低成本的解決方案。

我們團(tuán)隊(duì)（崔鵬院士團(tuán)隊(duì)）便在這一領(lǐng)域取得了重要突破。我們開發(fā)了一種創(chuàng)新的泥石流評估方法，將衛(wèi)星影像、數(shù)字高程模型（DEM）和AI圖像識別技術(shù)有機(jī)結(jié)合。這種方法能夠自動提取泥石流堆積扇和溝道的關(guān)鍵參數(shù)，為泥石流預(yù)報(bào)預(yù)警提供了全新的視角。

創(chuàng)新方法：當(dāng)泥石流遇上人工智能

衛(wèi)星影像和數(shù)字高程模型提供了豐富的地表信息，包括地形地貌、植被覆蓋、水系分布等。AI圖像識別則能夠從這些海量數(shù)據(jù)中精準(zhǔn)地識別出泥石流的溝道、扇體等特征信息。通過深度學(xué)習(xí)算法，AI可以學(xué)習(xí)泥石流活動的典型特征，從而在衛(wèi)星影像中快速準(zhǔn)確地定位高頻泥石流易發(fā)區(qū)域。

在此基礎(chǔ)上，我們團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了“規(guī)模-活動性復(fù)合指數(shù)（SAC）”，用于量化泥石流的活動程度。SAC指數(shù)綜合考慮了泥石流的規(guī)模和頻率兩個(gè)方面，通過主成分分析方法將多個(gè)泥石流活動性關(guān)鍵參數(shù)（包括溝道數(shù)量、扇體大小、最大臨界剪切應(yīng)力和事件頻率等）集成到一個(gè)指數(shù)中，能夠全面反映泥石流的活動特征和潛在危害。

利用多源數(shù)據(jù)結(jié)合AI構(gòu)建SAC指標(biāo)模型示意圖

（圖片來源：中國科學(xué)院成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所）

實(shí)地驗(yàn)證：南天山的科學(xué)實(shí)驗(yàn)場

為了驗(yàn)證這種新方法的有效性，我們選擇了新疆南天山干旱半干旱地區(qū)作為研究區(qū)域（面積達(dá)6751平方公里），具有典型的內(nèi)陸山區(qū)特征，泥石流災(zāi)害頻發(fā)，且地理環(huán)境復(fù)雜多樣，是進(jìn)行科學(xué)研究的理想場所。

根據(jù)SAC指數(shù)的空間分布，我們團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了南天山地區(qū)的泥石流活動性存在顯著的區(qū)域差異。具體來說，南天山南部的泥石流活動性顯著高于北部地區(qū)，這種差異與冰川分布有著密切的關(guān)系。南部地區(qū)冰川融化產(chǎn)生的大量融水，為泥石流的發(fā)生提供了充足的水源。這些融水與山區(qū)的松散物質(zhì)相結(jié)合，在重力作用下形成泥石流，沿著溝道快速下泄，對下游地區(qū)構(gòu)成嚴(yán)重威脅。

此外，研究還發(fā)現(xiàn)，在一些特定的氣候和地形條件下，泥石流的活動性會進(jìn)一步增強(qiáng)。例如，在暴雨天氣下，大量的降水加速冰川融化，使得山區(qū)的水文條件更加復(fù)雜，泥石流的發(fā)生頻率和規(guī)模都可能增大。而在一些地形陡峭、巖石破碎的區(qū)域，泥石流的破壞力也更為顯著。

研究區(qū)域地質(zhì)環(huán)境概覽

（圖片來源：中國科學(xué)院成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所）

應(yīng)用價(jià)值：從實(shí)驗(yàn)室到防災(zāi)一線

這種基于衛(wèi)星影像和AI技術(shù)的泥石流評估方法具有顯著的優(yōu)勢和廣闊的應(yīng)用前景。

首先，該方法具有高效性和低成本的特點(diǎn)。衛(wèi)星遙感能夠快速覆蓋大面積區(qū)域，獲取豐富的地表信息。而AI技術(shù)的應(yīng)用則大大提高了數(shù)據(jù)處理和分析的效率，能夠在短時(shí)間內(nèi)完成對大量數(shù)據(jù)的處理和解讀。與傳統(tǒng)的人工調(diào)查和儀器監(jiān)測相比，這種方法不僅節(jié)省了大量的人力、物力和時(shí)間成本，還能夠更及時(shí)地提供泥石流預(yù)警信息。

其次，這種方法具有很強(qiáng)的可推廣性。衛(wèi)星影像和數(shù)字高程模型等數(shù)據(jù)來源相對容易獲取，且不受地理?xiàng)l件和人為因素的限制。因此，這種方法可以廣泛應(yīng)用于其他干旱地區(qū)，為當(dāng)?shù)氐哪嗍黝A(yù)警和防災(zāi)減災(zāi)工作提供技術(shù)支持。

在實(shí)際應(yīng)用中，這種方法可以為災(zāi)害預(yù)測預(yù)警系統(tǒng)提供有力支持。通過定期獲取衛(wèi)星影像并進(jìn)行分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)泥石流的潛在風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域，并提前發(fā)出預(yù)警信息。同時(shí)，它還可以為防災(zāi)減災(zāi)決策提供科學(xué)依據(jù)，幫助相關(guān)部門制定合理的泥石流防治策略和措施。

泥石流規(guī)模與活動特征分布

（圖片來源：中國科學(xué)院成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所）

結(jié)語：科技守護(hù)生命線

我們提出的這種結(jié)合衛(wèi)星影像和AI技術(shù)的區(qū)域泥石流活動性評估方法，為干旱地區(qū)的泥石流預(yù)測預(yù)警提供了一種全新的解決方案。它不僅提高了泥石流活動性評估的效率和準(zhǔn)確性，還降低了成本，具有廣泛的應(yīng)用前景。

在未來，隨著衛(wèi)星遙感技術(shù)和AI技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，我們有理由相信，這種技術(shù)將在災(zāi)害防控領(lǐng)域發(fā)揮更加重要的作用。它將幫助我們更好地應(yīng)對氣候變化帶來的挑戰(zhàn)，守護(hù)人民的生命財(cái)產(chǎn)安全。同時(shí)，這也提醒我們要更加關(guān)注前沿科技在實(shí)際應(yīng)用中的轉(zhuǎn)化和推廣，讓科技的力量真正惠及社會。

參考文獻(xiàn)：

[1] Jiang Z, Wang J, Zhang G, et al. An innovative approach to evaluate debris flow scale-activity across diverse aridity zones: Fusion of image recognition and geomorphometric analysis [J]. Catena, 2025, 250

出品：科普中國

作者：楊飛 王姣 蔣禎妮（中國科學(xué)院成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所）

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