许多地震发生后,都会引发大量的滑坡,如何快速准确地确定滑坡发生的位置和数量,对震后抢险救灾具有重要意义。2008年汶川MS8.0地震引发了大量滑坡,许冲等(2009)通过目视解译的方法共解译出约46 560处崩塌、滑坡、泥石流等地震次生地质灾害,但这种方法工作量大、时间长、效率低,其时效性无法满足救灾需求(林齐根等,2017)。为了提升效率,研究人员利用计算机分类的方法进行滑坡识别的探索,如牛全福等(2010)利用灾前灾后的Quickbird影像,结合数字高程模型和其他基础数据,采用监督分类的方法得到了滑坡信息; Keyport等(2018)利用危地马拉的高分辨率航空遥感图像,对比了像素和对象两个级别的滑坡提取精度,结果显示面向对象的总体准确率略高于基于像素的方法。但这些计算机分类方法需要事先提取图像中滑坡的特征,算法设计较为复杂,可扩展性受到限制,不具备实时检测的能力。近年来,随着地质灾害观测数据增多,计算机性能不断提高,通过机器学习、深度学习等方法来识别滑坡已成为研究的热点。
机器学习通过提取图像中各类目标的特征构建模型,具有较高的自动化程度(Bialas et al,2016; Micheletti et al,2014; Kavzoglu et al,2019; Tien et al,2014; Huang,Zhao,2018)。虽然其精度和自动化程度较高,但仍需大量时间选择如坡度、地形、土壤等特征。而深度学习在进行滑坡识别时不用人工选择特征,所接纳的样本量更大,更适合于大场景的滑坡识别(巨袁臻等,2020),常用的有RetinaNet、Faster R-CNN、SSD和YOLO等算法(Lin et al,2017; Ren et al,2015; Liu et al,2016; Redmon et al,2016)。很多学者将深度学习应用于滑坡识别,并不断改进算法,如Cheng等(2021a)利用无人机影像和卫星影像开发了基于RetinaNet深度学习的滑坡自动识别模型,可以绘制滑坡现场的裂缝,并对识别出的滑坡裂缝与现场调查结果进行定量对比; Cheng等(2021b)以云南省巧家县和鲁甸县的谷歌遥感影像为数据源,提出了一种改进的YOLO-SA网络滑坡检测模型,滑坡识别准确率达94.08%,速度达42 f/s,F1分值为90.65%。
随着深度学习网络模型的复杂和深入,参数变得越来越多。过多的模型参数意味着需要消耗更多的内存和时间,在紧急情况下无法快速获得结果,影响深度学习模型应用于快速检测。因此,如何在保持高准确率的同时,减少模型参数以提高目标检测速度,是一个亟待解决的问题。鉴于此,本文在原有YOLOv4(You only Look one v4)算法的基础上,通过优化网络结构,设计了滑坡检测模型YOLOv4-MobileNetv3,并对2021年海地7.2级地震后GF-2卫星遥感影像中的滑坡进行自动识别,验证了模型在识别震后卫星影像滑坡方面的可靠性。该方法为震后生命救援和快速灾害评估提供了支持,为滑坡风险评估和灾害调查奠定了基础。