基于机器学习的滑坡崩塌地质灾害气象风险预警研究

在划分气象风险等级时,传统地质灾害气象风险预警方法忽略了承灾体脆弱性因素,且气象风险预报等级整体偏高,导致高等级风险区空报率较高。基于此,提出基于机器学习的滑坡、崩塌灾害气象风险预警方法。利用信息量法,分析气象因素影响程度。选取坐标点、降雨量、易发生等级,将其作为机器学习人工神经网络的输入节点,判断是否发生崩塌、滑坡灾害;针对地质灾害区域,根据影响程度计算气象引发因子指数,结合滑坡、崩塌灾害潜势度G和承灾体脆弱性M,确定气象风险预警指数R,划分预警级别,完成滑坡、崩塌灾害气象风险预警。实验结果表明,设计方法有效降低了三级预报和四级预警空报率,提升了预警精细化程度。     

降雨诱发区域性滑坡预报预警方法研究

论文以四川省雅安市雨城区为研究区，将逻辑回归模型引入区域降雨型滑坡预警预报，建立了同时考虑降雨强度和降雨过程的降雨临界值表达式。在滑坡危险性区划的基础上，研究提出了区域降雨型滑坡预警预报指标，包括临界值降雨指数R和滑坡发生指数L，并利用20台自动遥测雨量计和地质灾害群测群防网络，采用历史记录雨量和预报雨量，建立了区域降雨型滑坡预报预警体系。     

区域滑坡灾害预测预警与风险评价

区域滑坡灾害预测预警是滑坡灾害研究领域的难点和热点。过去10多年来在这方面的研究主要集中在区域降雨与地质环境的结合方面。文章总结了目前国内外滑坡灾害预测预报、预警和风险管理研究现状,认为把滑坡灾害预警预报与风险管理相结合是减灾防灾的需要,也是今后该领域研究的发展趋势。文章从区域滑坡灾害空间预测、时间预警预报的角度提出了滑坡灾害预测预报的分类和理论基础,并在此基础上,利用MapGIS软件平台进行二次开发,建立了基于WebGIS的滑坡灾害信息管理系统和实时预警发布系统。以2004年"云娜"台风期间浙江省永嘉县滑坡灾害预警预报为例,进行了滑坡危险性预测、人口易损性预测、经济易损性预测到风险预测的实例研究。     

基于逻辑回归的四川青川县区域滑坡灾害预警模型

四川省青川县滑坡灾害群发,点多面广,区域滑坡灾害预警是有效防灾减灾的重要手段,预警模型是成功预警的核心。由于研究区滑坡诱发机理复杂、调查监测大数据及分析方法不足等原因,传统区域地质灾害预警模型存在预警精度有限、精细化不足等问题。文章在青川县地质灾害调查监测和降水监测成果集成整理与数据清洗基础上,构建了青川县区域滑坡灾害训练样本集,样本集包括地质环境、降雨等27个输入特征属性和1个输出特征属性,涵盖了青川县近9年（2010—2018年）全部样本,数量达1 826个（其中,正样本613个,负样本1 213个）。基于逻辑回归算法,对样本集进行5折交叉验证学习训练,采用贝叶斯优化算法进行模型优化,采用精确度、ROC曲线和AUC值等指标校验模型准确度和模型泛化能力。其中,ROC曲线也称为“受试者工作特征”曲线;AUC值表示ROC曲线下的面积。校验结果显示,基于逻辑回归算法的模型训练结果准确率和泛化能力均较好（准确率94.3%,AUC为0.980）。开展区域滑坡实际预警时,按训练样本特征属性格式,输入研究区各预警单元27个特征属性,调用预先学习训练好的模型,输出滑坡灾害发生概率,根据输出概率分段确定滑坡灾害预警等级。当输出概率P≥40%且P<60%时,发布黄色预警;当输出概率P≥60%且P<80%时,发布橙色预警;当输出概率P≥80%时,发布红色预警。     

基于监测曲线特征点分析的阶跃型滑坡预警方法

在三峡库区专业监测滑坡中,部分滑坡受到库水或者降雨等外界因素影响,其累计位移-时间曲线表现出明显的“阶跃型”特征。直接使用改进切线角对阶跃型滑坡位移监测曲线进行预警分析,其改进切线角预警值可能在变形曲线陡增阶段高于实际预警级别,增加虚警率。为了准确判别阶跃型滑坡的变形阶段及发展趋势,本文以白家包滑坡和谭家湾滑坡为例,分析滑坡监测历史数据及其影响因素,采用斜率单变点分析法和AMPD法对“阶跃型”累计位移-时间曲线进行特征点提取,结合Hill函数形成特征点拟合曲线,在此基础上利用改进切线角对拟合曲线进行滑坡变形阶段划分及预警分析。结果表明,当前白家包滑坡总体上处于蠕滑变形阶段,预警级别为无预警;谭家湾滑坡处于中加速变形阶段,预警级别为橙色预警。研究表明,本文方法可以很好抑制变形曲线的阶跃特征对预警级别判定带来的影响,更准确地判定滑坡变形阶段。     

降雨滑坡预警的概率分析方法

滑坡启动的降雨临界值是滑坡预警的关键,由于研究区资料数据有限,关键值难以确定,降雨滑坡预警效果受影响。所以应该对预警结果进行概率分析。本文利用作者在已开发的降雨滑坡预警系统,提出采用降雨滑坡预警概率分析方法进行预警。通过对滑坡与雨量相关性、降雨滑坡启动值等对滑坡预警的时间概率、空间概率及预警概率进行分析,计算危险区内已发生滑坡频率和降雨滑坡发生频率,得到降雨滑坡预警概率使得预警系统更加可靠。并以沐川县为例对模型进行了算例检验,为更科学的对降雨滑坡进行预警提供方法借鉴。     

滑坡监测预警国内外研究现状及评述

本文从降雨临界值研究、监测技术方法、区域性监测预警系统三个方面对滑坡监测预警的国内外研究现状进行了回顾和总结。首先归纳了国内外28个国家或地区的滑坡降雨临界值及统计方法,三个模型——日降雨量模型、前期降雨量模型和前期土体含水状态模型,基本概括了当前降雨诱发滑坡临界值的确定方法;但由于降雨入渗触发滑坡的复杂性,不同机理的滑坡"需要"不同的降雨临界值;目前的研究趋势是对雨量雨强雨时—土体渗流场动态变化—土体抗剪强度变化的耦合关系进行研究。按监测对象的不同,滑坡监测可分为四大类,即位移监测、物理场监测、地下水监测和外部诱发因素监测;按监测手段的不同,则可分为人工监测、简易监测、专业监测三大类;目前国内外在滑坡监测技术、方法、手段上并无太大差距,专业仪器已成为常规设备,只是由于价格因素得不到普及;一些新技术如InSAR、三维激光扫描等能很快应用到滑坡监测领域;监测数据的采集和传输也都实现了自动化和远程化;监测和预警系统有向Web—GIS发展的趋势。利用一个地区的滑坡易发区划或危险区划,结合降雨临界值,可以设定不同的预警级别,在区内布设一定数量的雨量站,监测雨量加上预报雨量,就可进行滑坡预警预报,国内外的区域性降雨型滑坡监测预警大体都是这个思路和做法,该方法在对公众进行警示方面起到了良好效果,但由于预警的范围太大,在具体的单点防治上,难以做到有效。我国在近10年开展了大量的监测预警工作,并取得了丰硕的成果,但根据统计数据,其成功预警率却并不理想,这一方面表现在成功预警实例中专业预警所占比例过低,另一方面同时表现在发生的大量的地质灾害在已有的预警点之外。制约目前工作有效性的主要问题是滑坡隐患点的排查和识别问题,因为只有识别出了隐患点才能进行下一步的监测和预警,它是一切工作的基础。而解决这一问题的重要途径是分析区域上的滑坡发育规律,找到有效的隐患点识别技术方法,以及引进风险管理的概念,进行监测资源的合理分配和有效预警。     

切线角及GM(1,1)模型在滑坡预警中的应用

根据位移切线角在斜坡演化过程中不同阶段的变形特点,可以快速地对滑坡所处演化阶段作出判断,但无法对未来的发展情况作出有效预测。针对此缺陷,本文采用灰色理论GM(1,1)模型与位移切线角相结合的方法对山西某滑坡的滑动趋势作出了预警预报。预测结果表明,利用此预测方法可以判断滑坡不同位置的滑动情况,有效预测滑坡未来的发展趋势。根据预测结果可以提前采取有效整治措施,避免滑坡灾害带来的巨大经济损失。     

基于实例推理系统的滑坡预警判据研究

为研究滑坡预警预报指标,建立了31个典型岩质滑坡组成的滑坡数据库,基于滑坡数据库、工程类比和模糊综合评判方法开发了滑坡实例推理系统。首先将滑坡特征属性分为6大项:破坏模式、滑面倾角、滑面类型、边坡岩体结构、边坡倾角、滑坡的诱发因素(降雨、地下水、水库蓄水、开挖、爆破、地震),用11个特征值表示边坡的特征属性;其次采用比值法相似度计算理论在滑坡数据库中搜索与目标边坡最相似的滑坡,通过工程类比给出滑坡预警判据建议值;最后依据模糊综合评判模型修正建议值,得到预警判据确认值,形成滑坡实例推理系统。以锦屏一级水电站为例,通过计算找到了滑坡数据库中与锦屏一级水电站左岸边坡最为相似的5个滑坡实例;其中大冶铁矿狮子山滑坡和安家岭露天矿滑坡有较为完整的变形监测数据,深入分析类似边坡变形破坏过程,分4个阶段给出了锦屏一级水电站左岸边坡预警判据建议值;并建立边坡预警判据修正的模糊综合评判模型,修正相似边坡预警判据,给出锦屏一级水电站左岸边坡进入加速变形阶段的位移速率阀值的精确区间为1.0～1.2 mm/d。     

江苏省突发地质灾害气象风险预警模型优化与应用

本文紧抓影响滑坡、崩塌地质灾害的主要影响因素——地质环境条件和人类工程活动特征,通过调整易发度判别因子及其权重,建立基于有效降雨量和预报雨量的临界降雨量判据,实现江苏省突发地质灾害气象风险预警模型的优化。2013年汛期实践结果表明,效果良好,预警精度有较大程度提高。     

对滑坡监测预警相关问题的认识与思考

近年来,随着科技的迅猛发展,监测预警已成为主动防范地质灾害的重要手段,国家每年投入大量的人力物力财力开展滑坡预警工作。但调查发现,不少相关从业人员(主要是专业技术人员和管理人员)对滑坡监测预警方面的一些基本问题还存在误区甚至错误的认识,严重影响其防灾减灾效果。结合近年来在滑坡监测预警实践中的研究成果和经验教训,本文重点就滑坡监测和预警方面的一些问题提出了自己的认识。其主要观点包括:并不是监测点和监测手段越多就越有效,滑坡监测应突出针对性、实用性和目的性,监测方案设计及具体监测内容都应为滑坡预警提供依据。不少滑坡的发生具有一定的突发性,应采用具自动变频功能的监测设备才能获取滑坡全过程尤其是临滑阶段完整的数据,为科学预警提供保障。监测仅是手段,预警才是目的,不仅要重视滑坡的监测工作,更应高度重视预警工作,且应同时加强区域性气象预警和单体滑坡预警工作。目前常用的阈值预警方法误报、漏报率较高,应将预警的重心转移到对历史数据的统计分析和基于变形、地下水位、雨量等关键指标的预警模型和判据研究,据此提高滑坡预警的准确性和实用性。     

突发型黄土滑坡监测预警理论方法研究——以甘肃黑方台为例

灌溉诱发的黄土滑坡大多数具有明显的突发性特征;斜坡破坏过程变形量小,历时短,具有较大的危险性。由于此类黄土滑坡加速变形阶段经历时间较短,GNSS系统和裂缝计等传统监测手段难以获取加速变形阶段系统完整的监测数据,更难以提前预警。针对这一难题,自主研发了自适应智能变频裂缝仪,它能够根据滑坡变形快慢自动调整采样频率。基于获取的黑方台多个突发型黄土滑坡的全过程变形-时间曲线,对这些变形曲线特征和规律进行分析研究,建立了针对性的黄土滑坡综合预警模型。将变形速率阈值和改进切线角作为滑坡预警的重要指标,建立了4级预警判据,通过自主研发的"地质灾害实时监测预警系统"实现滑坡的实时自动预警,并将预警信息与当地的群防群测信息平台对接,为防灾应急避让提供直接依据。2017年以来已先后6次对黑方台黄土滑坡实施成功预警,避免了重大人员伤亡,取得显著的防灾减灾效果。     

滑坡预警中的降水时空变异性——以云南头寨沟为例

目前已有大量不同尺度的临界降水标准对区域性滑坡进行预警,但仍存在预警空间外延性差、时间精度低、临界降水阈值不科学等问题。针对当前构建的临界降水阈值实现滑坡预警模型,以云南昭通盘河流域头寨沟为例,在研究区两个不同海拔高度位置分别布设气象站,进行了为期一年的降水观测,并比较了研究区两个不同位置的降水特征。结果表明:研究区降水梯度高达190 mm/hm,两个不同海拔位置降水变异性显著;降水持时是造成山上(2#站)与山下(1#站)次降水量差异的主要影响因素;发生小雨时2#站与1#站的降水差异性很小,但1#站发生中雨及以上的降水事件时,2#站的降水等级比1#站高1~2个等级,且有59.26%的概率会发生大雨或者暴雨;1#站为暴雨时,2#站100.00%概率为暴雨甚至大暴雨;2#站与1#站夜间降水均大于白昼,且强降水事件多发生于夜间。     

基于台风路径追踪的滑坡概率分析

台风暴雨是我国东南丘陵山地滑坡的主要诱发因素,揭示台风路径与滑坡发生的相关关系对东南丘陵山地台风暴雨型土质滑坡监测预警具有重要的理论及实际意义。本文基于2015—2019年直接过境福建省或间接对福建省造成影响的台风数据以及与这些台风事件发生期间的降雨量数据和台风暴雨滑坡数据,运用ArcGIS软件中的克里金插值法将台风路径、降雨量数据及台风暴雨滑坡数据进行耦合。再运用Logistic回归方法,通过SPSS软件得到泉州市基于台风路径追踪的滑坡发生概率模型。并运用克里金插值法和Logistic回归方法,以台风杜鹃期间的滑坡为实例对所得模型进行验证,其对实际雨量站测得降雨数据引发滑坡与否的判对概率为77%,对实际发生滑坡的判对概率为100%,依据实际降雨量计算数据,其误报率为21%,但实际滑坡发生的误报率为0,符合安全性。预报效果较为满意,因此模型可作为在台风经过泉州市时的台风暴雨型滑坡发生概率的预测。     

滑坡预警判据初步研究--以三峡库区为例

在三峡库区典型地段滑坡灾害调查评价和统计分析的基础上,结合典型滑坡变形发展的阶段性变形现象、标志和临界诱发因素分析,初步提出3个层次的滑坡预警预报判据27条,包括:(1)滑坡空间预测识别判据11条,主要用于滑坡或潜在危岩体空间识别和危险性区划,是滑坡空间预测的基本判据;(2)滑坡状态判据7条,主要用于滑坡单体稳定性评价的亚临界-临界状态预警判据,是滑坡状态预警判据系统的重要组成部分;(3)滑坡临界时间预报判据9条,主要用于单体滑坡剧烈变形或临滑预报,是滑坡时间预报研究的关键判据.     

北京市突发地质灾害监测预警信息平台功能需求研究

功能需求是地质灾害监测预警信息平台的首要任务,对整个平台具有举足轻重的作用。本文从数据管理、动态监测,预警分析、会商上报、应急管理、三维展示和系统管理7个方面,介绍了北京市突发地质灾害监测预警信息平台的功能需求,其中预警分析中模型的构建和实现,是预警结果科学性和准确性的关键步骤。平台的建设可实现北京市地质灾害防治网络化运作模式,提升地质灾害防治日常管理,监测预警.决策支持和应急处置能力。     

基于位移比模型的三峡库区云阳县域内蠕变型滑坡降雨预警

建立高效合理的区域滑坡灾害降雨预警模型对滑坡防治具有重要意义.然而以往的研究多侧重于临滑预警,对蠕变型滑坡在强降雨工况下的短暂加速变形的预警研究还有待深入.以三峡库区云阳县域内滑坡为例,首先根据滑坡地表位移监测数据的特点对统计样本进行合理筛选.再通过降雨因子与滑坡发生的相关性分析以及对滑坡在降雨条件下位移变化情况的数值模拟,确定了适用于不同时间阶段的降雨统计变量.然后将考虑了滑坡规模特征的滑坡位移比（累计位移与滑坡纵长之比）作为变形指标,分时段统计滑坡地表位移监测数据与历史降雨信息,建立了日降雨数据与月位移数据的对应关系,得到了可用于确定降雨量阈值的位移比模型,并获得了云阳县蠕变型滑坡的五级预警分区.最后分别选用研究区滑坡险情实例、长年位移监测数据及极端降雨事件对模型预警效果进行检验.结果显示基于专业监测数据的位移比模型的滑坡降雨预警结果与实际情况相符,可为蠕变型滑坡的预警预报提供依据.