Zeitschrift für Fernerkundung und GIS

Abstrakt

Eine mehrstufige Technik zur Minimierung von Überschätzungen der Hangneigung bei großen räumlichen Maßstäben

Cullen CA, Kashuk S, Suhili R, Khanbilvardi R und Temimi M

Erdrutsche infolge von Regenfällen sind eine der häufigsten Naturgefahren auf abschüssigem Gelände. Sie führen weltweit zu erheblichen wirtschaftlichen Verlusten und Todesfällen. Die meisten Faktoren, die flache Erdrutsche verursachen, sind lokal und können nur mit einem hohen Grad an Unsicherheit in größeren Maßstäben kartiert werden. Diese Arbeit stellt einen Versuch dar, die Hanginstabilität mithilfe von Puffer- und Schwellenwerttechniken zu bestimmen, um große Flächen zu verkleinern und Hangunsicherheiten in lokalen Maßstäben zu minimieren. Anschließend wird in einem zweiten Schritt eine logistische Regression verwendet, um die Anfälligkeit in großen Maßstäben zu bestimmen. ASTER GDEM V2 wird zur topografischen Charakterisierung von Hang- und Pufferanalysen verwendet. Vier statische Parameter (Hangwinkel, Bodenart, Bodenbedeckung und Höhe) für 230 flache, durch Regenfälle verursachte Erdrutsche, die in einem umfassenden Erdrutschinventar für die kontinentalen Vereinigten Staaten aufgeführt sind, werden untersucht. Um jedes Erdrutschereignis herum wird ein Begrenzungspuffer von 5, 25 oder 50 km erstellt, um die statistische Analyse der Hangschwellen zu erleichtern. Die Neigungswinkelschwellenwerte an den Pixelpunkten 50, 75, 95, 99 und maximale Perzentilen werden miteinander verglichen und in einer logistischen Regressionsumgebung auf beste Anpassung getestet. Dabei wurde festgestellt, dass Werte unter dem 75-Perzentil-Schwellenwert anfällige Neigungswinkel falsch darstellen, da Neigungen über 35° nicht einbezogen werden. Der beste Neigungswinkelbereich und die beste Regressionsanpassung können durch Verwendung des 99-Perzentil-Neigungswinkelschwellenwerts erreicht werden. Das resultierende logistische Regressionsmodell sagt die höchste Anzahl von Fällen mit einer Genauigkeit von 97,2 % richtig voraus. Das logistische Regressionsmodell wird auf ArcGIS übertragen, wo alle Variablen basierend auf ihren entsprechenden Koeffizienten verarbeitet werden. Eine regionale Erdrutschwahrscheinlichkeitskarte für die kontinentalen Vereinigten Staaten wird erstellt und anhand der verfügbaren Erdrutschaufzeichnungen und ihrer räumlichen Verteilung analysiert. Es wird erwartet, dass die künftige Einbeziehung dynamischer Parameter wie Niederschlag und anderer Proxys wie Bodenfeuchtigkeit in das Modell die Genauigkeit weiter verbessern wird. Schlüsselwörter: Flache Erdrutsche, Hanginstabilität, Schwellenwertanalyse, Logistische Regression; Regionale Analyse; GIS; Fernerkundung Einleitung Durch Regen verursachte Erdrutsche sind eine der häufigsten Naturgefahren in Hanglagen. Sie führen weltweit in der Regel zu großen wirtschaftlichen Schäden und Todesopfern. Weltweit wurden zwischen 2004 und 2010 mindestens 32.322 Todesfälle gemeldet [1] und allein in den Vereinigten Staaten verursachen Erdrutsche Schäden in Höhe von 1 bis 2 Milliarden US-Dollar und fordern jährlich durchschnittlich mehr als 25 Todesopfer [2]. Das Verständnis, die Kartierung, die Modellierung und die Verhinderung ihrer Folgen ist eine wichtige wissenschaftliche und operative Aufgabe [3]. Der Begriff „Erdrutsch“ beschreibt die Abwärts- und Auswärtsbewegung hangbildender Materialien wie Fels, Erde und Schutt oder eine Kombination davon [4].Obwohl Erdrutsche als von der komplexen Interaktion mehrerer statischer und dynamischer Faktoren abhängig angesehen werden [5-7], hat der Hangwinkel großen Einfluss auf die Anfälligkeit eines Hangs für Rutschungen. Ein größerer Hangwinkel korreliert normalerweise mit einer größeren Wahrscheinlichkeit eines Versagens, selbst wenn die Materialverteilung am Hang gleichmäßig und isotrop ist [5]. Unbestreitbar sind viele andere Parameter für die Analyse des Erdrutschrisikos von wesentlicher Bedeutung. So können beispielsweise Änderungen der Landnutzung und Landbedeckung wie Abholzung, Abholzung, Straßenbau, Kultivierung und Feuer an steilen Hängen einen erheblichen Einfluss auf die Erdrutschaktivität haben [8]. Darüber hinaus kann die Waldvegetation