نشریه سنجش از دور و GIS  ایران

نشریه سنجش از دور و GIS ایران

شناسایی، ارزیابی و تهیه نقشه فهرست زمین لغزش با استفاده از تصاویر راداری سنجش از دور (مطالعه موردی: منطقه پنجاب تا بایجان در جاده هراز)

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان
1 دانش آموخته کارشناسی ارشد سنجش از دور و GIS، دانشگاه مازندران، بابلسر، ایران
2 استادیار GIS و سنجش از دور، دانشگاه مازندران، بابلسر، ایران
3 گروه آموزش جغرافیا، دانشگاه فرهنگیان، تهران، ایران
چکیده
سابقه و هدف:

زمین‌لغزش از مهم‌ترین مخاطرات ژئومورفولوژیکی می‌باشد که سالانه خسارات قابل‌توجهی به زیرساخت‌های حمل‌ونقل، منابع طبیعی و سکونتگاه‌های انسانی وارد می‌کند. تهیه نقشه‌های دقیق فهرست زمین‌لغزش و پایش مستمر دامنه‌های ناپایدار، یکی از ارکان اصلی ارزیابی خطر و مدیریت ریسک این رخداد به شمار می‌رود. اگرچه مطالعات میدانی و تصاویر اپتیکال سنجش از دور به طور گسترده در شناسایی زمین‌لغزش‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند، اما وابستگی به شرایط جوی، پوشش ابر و دشواری دسترسی به مناطق کوهستانی، کارایی آن‌ها را محدود می‌کند. در مقابل، تصاویر راداری سنجش از دور با قابلیت تصویربرداری مستقل از شرایط جوی، امکان آشکارسازی تغییرشکل‌های سطح زمین را با دقت بالا فراهم می‌کنند. با وجود کاربرد گسترده تکنیک تداخل‌سنجی راداری تفاضلی (DInSAR)، انتخاب زوج تصاویر معمولاً بر اساس فواصل زمانی ثابت انجام می‌شود و تأثیر رخدادهای بارشی که یکی از مهم‌ترین عوامل تحریک‌کننده زمین‌لغزش هستند، کمتر مورد توجه قرار گرفته است. ازاین‌رو، هدف این پژوهش شناسایی، پایش و تهیه نقشه فهرست زمین‌لغزش‌های فعال در محدوده پنجاب تا بایجان در جاده هراز با استفاده از تصاویر Sentinel-1 و تکنیک DInSAR و ارزیابی کارایی یک رویکرد مبتنی بر انتخاب زوج تصاویر بر اساس رخدادهای بارشی است.

مواد و روشها:

منطقه مورد مطالعه بخشی به طول حدود ۱۶ کیلومتر از جاده هراز بین پنجاب و بایجان است که از مستعدترین بخش‌هار از نظر وقوع زمین‌لغزش محسوب می‌شود. در این پژوهش از تصاویر راداری Sentinel-1 مربوط به سال‌های ۲۰۱۹ تا ۲۰۲۴ استفاده شد. نوآوری اصلی تحقیق، انتخاب زوج تصاویر بر اساس وقوع بارش‌های مؤثر سالانه به جای استفاده از بازه‌های زمانی ثابت بود تا تغییرشکل‌های ناشی از تاثیر رخدادهای محرک بهتر آشکار شوند. پردازش تصاویر در محیط SNAP و بر اساس مراحل استاندارد DInSAR شامل تصحیح مدار، هم‌ثبت‌سازی، تشکیل اینترفروگرام، حذف مؤلفه توپوگرافی، فیلترگذاری، بازگشایی فاز و تبدیل فاز به جابه‌جایی انجام شد. سپس با اعمال آستانه همدوسی 0/4، نقشه‌های تغییرشکل در راستای خط دید ماهواره استخراج و پهنه‌های دارای رفتار تغییرشکلی متناظر با زمین‌لغزش شناسایی شدند. در پایان، نتایج با استفاده از شواهد زمین‌شناسی، بازدیدهای میدانی و نقشه‌های موجود زمین‌لغزش اعتبارسنجی شدند.

نتایج و بحث:

نتایج نشان داد که تصاویر Sentinel-1 از کیفیت مناسبی برای تحلیل‌های تداخل‌سنجی برخوردار بوده و مقادیر همدوسی در بخش عمده منطقه بیش از آستانه تعیین‌شده است. تحلیل سری زمانی تغییرشکل‌ها بیانگر تفاوت قابل‌توجه رفتار دامنه‌ها در سال‌های مختلف بود. بیشترین نرخ جابه‌جایی منفی در سال ۲۰۲۲ و تا حدود 41/5- سانتی‌متر ثبت شد که بیانگر افزایش فعالیت زمین‌لغزش‌ها در این سال است، در حالی که سال ۲۰۲۱ کمترین میزان تغییرشکل را نشان داد. همچنین بیشترین گستره فضایی زمین‌لغزش‌های فعال در سال ۲۰۲۴ مشاهده شد که حدود 1/4 کیلومتر از مسیر جاده را دربر گرفت. تحلیل فضایی نتایج نشان داد که اغلب زمین‌لغزش‌های شناسایی‌شده در محدوده سازند شمشک و نهشته‌های واریزه‌ای قرار دارند که بیانگر نقش تعیین‌کننده شرایط زمین‌شناسی در کنترل ناپایداری دامنه‌ها است. اعتبارسنجی نتایج نیز بیانگر عملکرد مناسب روش پیشنهادی بوده به‌گونه‌ای که تمامی نقشه‌های استخراج‌شده دارای دقت کلی بیش از 80 درصد و ضریب کاپای بیش از 74 درصد بودند. این یافته‌ها نشان می‌دهد که رویکرد مبتنی بر رخداد، علاوه بر شناسایی زمین‌لغزش‌های فعال، در آشکارسازی تغییرشکل‌های تدریجی و زمین‌لغزش‌های پنهان نیز عملکرد مطلوبی دارد.

نتیجه‌گیری:

نتایج این پژوهش نشان داد که تلفیق تصاویر Sentinel-1 با تکنیک DInSAR و انتخاب زوج تصاویر بر اساس رخدادهای بارشی، رویکردی مؤثر برای شناسایی، پایش تغییرشکل و تهیه نقشه فهرست زمین‌لغزش‌های فعال در مناطق کوهستانی بوده و امکان پایش واقع‌بینانه‌تر پویایی زمین‌لغزش‌ها را فراهم می‌کند. بنابراین، نتایج این پژوهش می‌تواند به‌عنوان مبنایی برای توسعه سامانه‌های پایش مستمر زمین‌لغزش، به‌روزرسانی نقشه‌های فهرست، تهیه نقشه‌های حساسیت و خطر و همچنین پشتیبانی از تصمیم‌گیری مدیران در مدیریت بحران و نگهداری ایمن زیرساخت‌های حمل‌ونقل مورد استفاده قرار گیرد.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Identification, Assessment, and Mass Movements Inventory Mapping Using Remote Sensing Radar Imagery (Case Study: Panjab to Bayejan Region, Haraz Road)

نویسندگان English

Mohammad Reza Miandej 1
Jalal Samia 2
Hamid Amoonia 3
1 MSc graduate in Remote Sensing and GIS, University of Mazandaran, Babolsar, Iran
2 Asssistant professor of GIS & remote sensing, University of Mazandaran, Babolsar, Iran
3 Department of Geography Education, Farhangian University, P.O. Box 14665-889, Tehran, Iran
چکیده English

Abstract

Background and aim:

Mass movements are among the most destructive geomorphological hazards in mountainous regions, causing substantial damage to transportation infrastructure, natural resources, and human settlements each year. Accurate mass movements inventory mapping and continuous monitoring of unstable slopes are fundamental to hazard assessment and risk management. Although field surveys and optical remote sensing techniques are widely used for mass movements detection, their effectiveness is often constrained by adverse weather conditions, cloud cover, and limited accessibility to rugged terrain. In contrast, Synthetic Aperture Radar (SAR) provides all-weather, day-and-night imaging capabilities, enabling precise detection of surface deformation. Differential Synthetic Aperture Radar Interferometry (DInSAR) has become a valuable tool for mass movements monitoring; however, image pairs are commonly selected using fixed temporal intervals, with limited consideration of rainfall events that frequently trigger slope failures. Therefore, this study aims to detect, monitor, and inventory active mass movements along the Panjab–Bayjan section of the Haraz Road using Sentinel-1 SAR data and DInSAR, while evaluating the effectiveness of an event-based image pair selection strategy.

Materials and methods:

The study area comprises a 16-km section of the Haraz Road between Panjab and Bayjan, one of the most landslide-prone corridors in northern Iran. Sentinel-1 SAR images acquired between 2019 and 2024 were employed. The main methodological innovation of this study is the selection of SAR image pairs based on significant annual rainfall events rather than conventional fixed temporal intervals, allowing rainfall-induced slope deformation to be captured more effectively. Selecting image pairs around significant rainfall events links observations to a plausible mass movements-triggering process and helps examine deformation during periods of increased slope activity. Image processing was conducted in the SNAP environment following the standard DInSAR workflow, including orbit correction, co-registration, interferogram generation, topographic phase removal, interferometric filtering, phase unwrapping, and phase-to-displacement conversion. A coherence threshold of 0.4 was subsequently applied to reduce noise and improve the reliability of deformation measurements. Finally, the detected mass movements were validated using geological evidence, existing mass movements inventory data, and field observations.

Result and discussion:

The results demonstrated that the Sentinel-1 datasets exhibited sufficient coherence over most of the study area, confirming their suitability for interferometric analysis. Time-series deformation analysis revealed considerable temporal variability in slope activity during the study period. The highest negative displacement was observed in 2022, reaching approximately −41.5 cm, indicating intensified landslide activity, whereas 2021 showed the lowest deformation rates, reflecting relatively stable slope conditions. In addition, the largest spatial extent of active mass movements was identified in 2024, affecting approximately 1.4 km of the roadway. Spatial analysis further revealed that most detected mass movements were concentrated within the Shemshak Formation and colluvial deposits, highlighting the controlling influence of geological conditions on slope instability. Validation results confirmed the robustness of the proposed approach, with mass movements maps achieving an overall accuracy greater than 80% and a Kappa coefficient exceeding 70%. Field observations, geological evidence, and existing inventory maps provide complementary references for assessing detected zones. However, DInSAR measures displacement along the satellite line of sight, so viewing geometry and coherence limitations should be considered when interpreting results. These findings indicate that the event-based image pair selection strategy not only improves the detection of active mass movements but also enhances the identification of slow-moving and previously unrecognized slope instabilities.

Conclusion:

The findings demonstrate that integrating Sentinel-1 SAR imagery with DInSAR and an event-based image pair selection strategy provides an effective and reliable framework for mass movements detection, surface deformation monitoring, and mass movements inventory mapping in mountainous environments providing a more realistic representation of mass movements dynamics. The proposed methodology can support continuous landslide monitoring, periodic updating of landslide inventories, landslide susceptibility and hazard assessment, and informed decision-making for infrastructure management and disaster risk reduction in mountainous transportation corridors. Event-informed radar analysis could support repeatable inventory updates where field access is difficult.

کلیدواژه‌ها English

Mass movements
Sentinel-1
Differential SAR Interferometry (DInSAR)
Landslide Inventory Map
Coherency

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 12 آبان 1405