本發(fā)明涉及防災(zāi)減災(zāi)，尤其涉及一種基于單次滑坡觸發(fā)事件的淺層滑坡易發(fā)性預(yù)測(cè)方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
1、在滑坡易發(fā)性評(píng)估的現(xiàn)有技術(shù)中，常用的方法是基于歷史滑坡數(shù)據(jù)作為樣本，結(jié)合多種機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)來(lái)訓(xùn)練預(yù)測(cè)模型。例如，多層感知機(jī)（mlp）、隨機(jī)森林（rf）、支持向量機(jī)（svm）以及深度學(xué)習(xí)模型等被廣泛應(yīng)用。這些方法通過(guò)分析歷史滑坡數(shù)據(jù)與環(huán)境因子之間的關(guān)系，構(gòu)建模型以預(yù)測(cè)潛在滑坡區(qū)域。然而，這些思路存在局限性，主要受限于歷史滑坡事件的時(shí)間跨度不統(tǒng)一，導(dǎo)致不同區(qū)域的數(shù)據(jù)詳細(xì)程度差異較大。此外，正負(fù)樣本的選擇對(duì)模型精度影響顯著，且存在過(guò)擬合問(wèn)題。這些問(wèn)題限制了模型在不同區(qū)域和條件下的普適性和準(zhǔn)確性。
2、傳統(tǒng)滑坡易發(fā)性預(yù)測(cè)方法，難以針對(duì)區(qū)域淺層滑坡的易發(fā)性做出精確判斷。首先，傳統(tǒng)的方法使用的滑坡樣本為歷史滑坡，或者利用高分辨率衛(wèi)星影像目視解譯的滑坡遺跡，這些滑坡發(fā)生的時(shí)間類(lèi)型并不明確，難以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)淺層滑坡易發(fā)性；其次，現(xiàn)有的方法大部分都停留在收集滑坡樣本數(shù)據(jù)后，通過(guò)嘗試用各種機(jī)器學(xué)習(xí)模型的訓(xùn)練，最終對(duì)比模型性能，但未考慮滑坡易發(fā)性預(yù)測(cè)的邏輯嚴(yán)謹(jǐn)性，存在大量易發(fā)性、危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)的混淆研究；此外，針對(duì)淺層滑坡易發(fā)性的預(yù)測(cè)，當(dāng)前研究領(lǐng)域還未找到一種準(zhǔn)確預(yù)測(cè)淺層滑坡易發(fā)性的方案。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明針對(duì)當(dāng)前淺層滑坡易發(fā)性預(yù)測(cè)的研究不嚴(yán)謹(jǐn)，不精確，不客觀等問(wèn)題，提出一種基于單次滑坡觸發(fā)事件的淺層滑坡易發(fā)性預(yù)測(cè)方法及系統(tǒng)，利用單次降雨/地震事件觸發(fā)的滑坡數(shù)據(jù)，結(jié)合多種環(huán)境因素對(duì)該區(qū)域先構(gòu)建滑坡概率危險(xiǎn)性模型，進(jìn)而消除降雨或地震事件的影響，使該模型更準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)該區(qū)域的淺層滑坡易發(fā)性。
2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
3、本發(fā)明一方面提出一種基于單次滑坡觸發(fā)事件的淺層滑坡易發(fā)性預(yù)測(cè)方法，包括：
4、步驟1：根據(jù)一次強(qiáng)降雨/地震事件影響區(qū)域的高分辨率低云覆蓋率光學(xué)遙感影像，獲取目標(biāo)地區(qū)的近期降雨群發(fā)滑坡災(zāi)害數(shù)據(jù)/地震觸發(fā)的滑坡災(zāi)害數(shù)據(jù)，完成區(qū)域滑坡數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建；
5、步驟2：依據(jù)區(qū)域滑坡地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育特征選取多個(gè)滑坡影響因子，然后對(duì)各滑坡影響因子進(jìn)行歸一化處理后建立滑坡影響因子數(shù)據(jù)集；
6、步驟3：基于所述區(qū)域滑坡數(shù)據(jù)庫(kù)選取滑坡所在區(qū)域內(nèi)的滑坡樣本點(diǎn)與非滑坡樣本點(diǎn)；
7、步驟4：基于滑坡影響因子數(shù)據(jù)集和選取的滑坡樣本點(diǎn)與非滑坡樣本點(diǎn)，分析各滑坡影響因子的多重共線(xiàn)性程度和貢獻(xiàn)度，建立滑坡訓(xùn)練樣本集和測(cè)試樣本集；
8、步驟5：基于已建立的滑坡訓(xùn)練樣本集，訓(xùn)練基于機(jī)器學(xué)習(xí)模型構(gòu)建的淺層滑坡概率危險(xiǎn)性模型；
9、步驟6：通過(guò)滑坡測(cè)試樣本集評(píng)估構(gòu)建的滑坡概率危險(xiǎn)性模型的性能，得出最優(yōu)滑坡概率危險(xiǎn)性模型；
10、步驟7：將單次滑坡觸發(fā)事件所有的滑坡影響因子數(shù)據(jù)輸入最優(yōu)滑坡概率危險(xiǎn)性模型，得到區(qū)域強(qiáng)降雨/地震事件下滑坡概率危險(xiǎn)性結(jié)果；
11、步驟8：將滑坡影響因子中的滑坡觸發(fā)事件的因子變量設(shè)定為統(tǒng)一的數(shù)值，再次輸入最優(yōu)滑坡概率危險(xiǎn)性模型進(jìn)行計(jì)算，得到目標(biāo)區(qū)域淺層滑坡的易發(fā)性結(jié)果。
12、進(jìn)一步地，所述滑坡影響因子包括：歷史地震參數(shù)，高程，坡度，坡向，剖面曲率，坡位，地形起伏度，地形濕度指數(shù)，土地利用類(lèi)型，植被覆蓋率，地層巖性，距活動(dòng)斷層距離，距河流距離和近五年年均降雨量。
13、進(jìn)一步地，所述步驟3包括：
14、在整個(gè)降雨/地震影響區(qū)域內(nèi)均勻隨機(jī)取點(diǎn)，落在滑坡內(nèi)的點(diǎn)作為滑坡樣本點(diǎn)，而落入滑坡外的點(diǎn)作為非滑坡樣本點(diǎn)。
15、進(jìn)一步地，所述步驟3包括：
16、將滑坡提取至點(diǎn)，并全部作為滑坡樣本點(diǎn)，非滑坡樣本點(diǎn)的選擇取決于滑坡面積與非滑坡面積的比例，非滑坡樣本點(diǎn)數(shù)量、滑坡樣本點(diǎn)數(shù)量的比例和非滑坡面積、滑坡面積的比例一致。
17、進(jìn)一步地，所述步驟4包括：
18、采用方差膨脹因子分析法分析各滑坡影響因子的多重共線(xiàn)性程度，并選擇方差膨脹因子不大于10的滑坡影響因子建立滑坡訓(xùn)練樣本集和測(cè)試樣本集。
19、進(jìn)一步地，所述步驟4包括：
20、通過(guò)多元線(xiàn)性回歸模型來(lái)分析滑坡影響因子對(duì)滑坡發(fā)生概率的貢獻(xiàn)度，利用標(biāo)準(zhǔn)化回歸系數(shù)判斷各滑坡影響因子的重要性，系數(shù)絕對(duì)值越大，表示該因子對(duì)滑坡的貢獻(xiàn)度越大。
21、進(jìn)一步地，所述步驟5中，機(jī)器學(xué)習(xí)模型包括：梯度提升決策樹(shù)、極限梯度提升樹(shù)、隨機(jī)森林和邏輯回歸算法。
22、進(jìn)一步地，所述步驟8包括：
23、按照自然斷點(diǎn)法將淺層滑坡易發(fā)性結(jié)果分為5個(gè)等級(jí)，分別對(duì)應(yīng)極低易發(fā)區(qū)、低易發(fā)區(qū)、中易發(fā)區(qū)、高易發(fā)區(qū)和極高易發(fā)區(qū)。
24、本發(fā)明另一方面提出一種基于單次滑坡觸發(fā)事件的淺層滑坡易發(fā)性預(yù)測(cè)系統(tǒng)，包括：
25、第一數(shù)據(jù)構(gòu)建模塊，用于根據(jù)一次強(qiáng)降雨/地震事件影響區(qū)域的高分辨率低云覆蓋率光學(xué)遙感影像，獲取目標(biāo)地區(qū)的近期降雨群發(fā)滑坡災(zāi)害數(shù)據(jù)/地震觸發(fā)的滑坡災(zāi)害數(shù)據(jù)，完成區(qū)域滑坡數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建；
26、第二數(shù)據(jù)構(gòu)建模塊，用于依據(jù)區(qū)域滑坡地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育特征選取多個(gè)滑坡影響因子，然后對(duì)各滑坡影響因子進(jìn)行歸一化處理后建立滑坡影響因子數(shù)據(jù)集；
27、樣本點(diǎn)選取模塊，用于基于所述區(qū)域滑坡數(shù)據(jù)庫(kù)選取滑坡所在區(qū)域內(nèi)的滑坡樣本點(diǎn)與非滑坡樣本點(diǎn)；
28、數(shù)據(jù)分析模塊，用于基于滑坡影響因子數(shù)據(jù)集和選取的滑坡樣本點(diǎn)與非滑坡樣本點(diǎn)，分析各滑坡影響因子的多重共線(xiàn)性程度和貢獻(xiàn)度，建立滑坡訓(xùn)練樣本集和測(cè)試樣本集；
29、模型訓(xùn)練模塊，用于基于已建立的滑坡訓(xùn)練樣本集，訓(xùn)練基于機(jī)器學(xué)習(xí)模型構(gòu)建的淺層滑坡概率危險(xiǎn)性模型；
30、模型評(píng)估模塊，用于通過(guò)滑坡測(cè)試樣本集評(píng)估構(gòu)建的滑坡概率危險(xiǎn)性模型的性能，得出最優(yōu)滑坡概率危險(xiǎn)性模型；
31、第一模型預(yù)測(cè)模塊，用于將單次滑坡觸發(fā)事件所有的滑坡影響因子數(shù)據(jù)輸入最優(yōu)滑坡概率危險(xiǎn)性模型，得到區(qū)域強(qiáng)降雨/地震事件下滑坡概率危險(xiǎn)性結(jié)果；
32、第二模型預(yù)測(cè)模塊，用于將滑坡影響因子中的滑坡觸發(fā)事件的因子變量設(shè)定為統(tǒng)一的數(shù)值，再次輸入最優(yōu)滑坡概率危險(xiǎn)性模型進(jìn)行計(jì)算，得到目標(biāo)區(qū)域淺層滑坡的易發(fā)性結(jié)果。
33、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有的有益效果：
34、本發(fā)明采用了從淺層滑坡概率危險(xiǎn)性模型反推淺層滑坡易發(fā)性模型的逆向思維方法，解決了區(qū)域淺層滑坡預(yù)測(cè)不客觀、不精準(zhǔn)的問(wèn)題。與傳統(tǒng)方法相比，本發(fā)明方法的提出使得滑坡易發(fā)性模型的研究更為精準(zhǔn)，有效避免了以往滑坡易發(fā)性模型和滑坡概率危險(xiǎn)性模型混淆的情況。此外，本發(fā)明可以在滑坡概率危險(xiǎn)性模型構(gòu)建的條件下，為不同降雨場(chǎng)景或地震場(chǎng)景提供滑坡概率危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)的清晰的技術(shù)流程。
1.一種基于單次滑坡觸發(fā)事件的淺層滑坡易發(fā)性預(yù)測(cè)方法，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于單次滑坡觸發(fā)事件的淺層滑坡易發(fā)性預(yù)測(cè)方法，其特征在于，所述滑坡影響因子包括：歷史地震參數(shù)，高程，坡度，坡向，剖面曲率，坡位，地形起伏度，地形濕度指數(shù)，土地利用類(lèi)型，植被覆蓋率，地層巖性，距活動(dòng)斷層距離，距河流距離和近五年年均降雨量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于單次滑坡觸發(fā)事件的淺層滑坡易發(fā)性預(yù)測(cè)方法，其特征在于，所述步驟3包括：
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于單次滑坡觸發(fā)事件的淺層滑坡易發(fā)性預(yù)測(cè)方法，其特征在于，所述步驟3包括：
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于單次滑坡觸發(fā)事件的淺層滑坡易發(fā)性預(yù)測(cè)方法，其特征在于，所述步驟4包括：
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于單次滑坡觸發(fā)事件的淺層滑坡易發(fā)性預(yù)測(cè)方法，其特征在于，所述步驟4包括：
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于單次滑坡觸發(fā)事件的淺層滑坡易發(fā)性預(yù)測(cè)方法，其特征在于，所述步驟5中，機(jī)器學(xué)習(xí)模型包括：梯度提升決策樹(shù)、極限梯度提升樹(shù)、隨機(jī)森林和邏輯回歸算法。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于單次滑坡觸發(fā)事件的淺層滑坡易發(fā)性預(yù)測(cè)方法，其特征在于，所述步驟8包括：
9.一種基于單次滑坡觸發(fā)事件的淺層滑坡易發(fā)性預(yù)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，包括：