基于地球多传感器网络信息的潜在滑坡判识模型

潜在滑坡的判识是滑坡预测预报中的关键问题,潜在滑坡早期判识能够有效减少灾害的发生。基于滑坡灾害诱发的各种影响因素,利用地球多源时空信息和多传感器网络,遥感监测潜在滑坡体,利用监测设备获取滑坡岩性、坡体结构、地貌形态、活动迹象等关键控制信息,从中选取滑坡灾害诱发的主要控制要素作为判识指标,建立基于多源信息的潜在滑坡多因素判识模型;特别是根据滑坡的成灾规律,分析潜在滑坡孕育过程中地貌形态改变、成灾条件变化与滑坡发生的临滑诱发条件,建立基于不同信息源的滑坡控制因素判识模型。最后,通过汶川地震灾区垮梁子滑坡体实例分析,验证潜在滑坡综合判识模型并进行优化,从而为滑坡灾害的早期判识预测提供依据。     

四川省滑坡灾害气象预警模型建立与验证

四川省滑坡灾害严重,特别是2008年之后,灾情显著加剧,如何预防滑坡灾害是保护人民生命财产安全的有效途径。滑坡灾害的预警模型研究是滑坡灾害预防领域的核心课题。本文对四川省滑坡灾害危险性进行了评价,并开展了滑坡灾害气象风险预警模型研究。①以确定性系数的方法量化坡度、地形起伏度、水文地质岩性、植被覆盖度、地震烈度和年均降雨量因子,建立逻辑回归模型,定量地进行四川省滑坡灾害危险性区划,并对结果进行验证。结果表明,四川省滑坡灾害高危险性区域成“Y”字型分布,此外川中、川东北地区滑坡灾害危险性也非常高,这与四川省滑坡灾害的空间分布情况相符。②在前期滑坡灾害与降雨量统计分析、滑坡灾害危险性评价的基础上,以滑坡灾害危险性评价为静态因子,日降雨量数据为动态因子,通过逻辑回归模型的结果,确定以当日降雨量概率化值、滑坡灾害危险性值、前一日降雨概率化值、前两日降雨概率化值、前三日降雨概率化值为临灾模型影响因子,各因子对预警结果影响程度按上述顺序递减,建立了地质-气象耦合的临灾气象预警模型。通过检验区数据对模型的检验表明,该预警模型能成功预警80%以上的滑坡灾害;通过滑坡灾害群发个例检验发现,该预警模型与四川省现用模型相比,预警区域明显减小,空报率和漏报率显著降低。     

基于信息量模型的中国滑坡灾害风险区划研究

基于信息论发展起来的信息量模型是进行区域滑坡灾害风险评估的一种有效方法。GIS技术为滑坡灾害在不同模型条件下的风险评估提供了有效地技术支持。经过研究，开发出了基于MapGIS软件平台的滑坡灾害风险分析系统。在该系统支持下．采用信息量模型对中国范围内的滑坡灾害进行危险性分析。进而进行区域社会经济易损性分析。并在此基础上进行最终的滑坡灾害风险评估。     

水库滑坡涌浪风险研究现状和灾害链风险管控实践

滑坡作为水库库区主要地质灾害类型之一,其风险研究一直是近年来的研究热点。水库滑坡涌浪的产生使滑坡灾害的影响范围由滑坡源本身扩散到上下游数千米,极大地扩大了滑坡风险的承灾体类型与数量以及灾害损失程度。因涉及交叉学科领域,滑坡涌浪风险评估是滑坡风险灾害链评价的难点与前沿课题。本文综合了前人近几十年来的研究成果,首先从危险性、易损性以及风险3个方面出发,对国内外的滑坡涌浪风险研究现状和常用的研究方法进行了概述,并对重点代表性研究成果进行了述评分析,针对滑坡涌浪风险研究方面的新进展进行了介绍,包括考虑实际河道地形复杂性的试验研究、聚焦于滑坡-水体相互作用机制的多种数值模拟方法耦合研究,以及基于多种承灾体类型的易损性评价体系等。然后对近年来三峡库区发生过的多起滑坡涌浪风险管控实例的过程与后果进行了详细的阐述。最后基于多年的研究经验提出了滑坡涌浪灾害链风险研究的新方向和新思路,即涌浪风险应与滑坡风险评价体系相互融合,并沿着定量化、规范化、精细化的方向发展。      

基于特征筛选与差分进化算法优化的滑坡危险性评估方法

突发性地质灾害危险性评估对灾害防治与风险管理具有重要意义。由于不同地区影响灾害发生的因子各不相同,实际评估过程中难以全面客观地选取适宜的评估因子。机器学习对处理灾害系统的高维非线性问题独具优势,但因模型难以调优而评估效果有限。本文尝试提出一种双向优化的滑坡危险性评估方法：在构建因子敏感性指数开展定量敏感性分析的基础上,结合重要性分析、相关性分析、共线性分析构建四维(Four-Dimensional, 4D)特征筛选法用于评估因子综合优选;为克服模型难以调优的问题,引入差分进化(Differential Evolution, DE)算法优化支持向量机(Support Vector Machine, SVM)与多层感知机(Multi-Layer Perceptron, MLP) 2种推广能力较强的机器学习模型。最后,以福建省滑坡为例,开展评估方法研究。研究表明：4D特征筛选法能更加客观全面地选取适宜性更高的危险性评估因子,从而降低数据维度、减少信息冗余以提升评估模型性能;DE算法对SVM与MLP具有显著的优化效果,有益于增强模型滑坡危险性的评估准确度,DE-SVM、DE-MLP相较于未优化前模型的AUC值分别提升了4.43%与4.37%;基于双向优化的滑坡危险性评估结果表明,降雨与土地利用类型对福建省滑坡发生具有重要影响作用,福建省滑坡极高危险区普遍年均降雨较高、地形复杂多变,极低危险区主要位于东南沿海一带及闽江流域两侧。本研究为滑坡危险性评估中的影响因子客观选取与机器学习模型调优提供了一定思路。     

面向虚拟地理环境的多源异构数据集成方法

当前,虚拟地理环境(VGEs)的发展已经走向以数据库和模型库为双核心的知识共享平台阶段。地理数据及模型共享研究是虚拟地理环境发展过程中,不可逾越的难点问题;由于对地学分析及地理建模的研究还处于探索阶段,故适合于VGE下模型集成共享的多源异构数据集成研究还鲜有涉及。本文针对地理数据异构的特殊性,分析了虚拟地理环境中多源数据的异构特性,主要体现在数据含义、模式、数据模型、词法及语义等五个方面。另外,提出了面向虚拟地理环境的数据表达模型(DRM),该模型提供了一种公共的数据组织方法,使用户可以无歧义地定义地理数据,解译其他各种数据,并研究了多源异构数据的集成方法;同时,提出了多源异构数据集成的流程及体系框架,主要包括地理数据解析、地理模型与数据的交互、模型解析、运行及结果输出等;并重点分析了多源异构数据,及其到模型集成的转化过程。最后,开发了原型系统和多源异构数据的集成验证。实验结果表明,该方法能够较好地集成多源异构数据。     

滑坡灾害预测预报信息共享平台

 滑坡是最常见的一种地质灾害,其主要诱因是降雨。滑坡灾害多发生在雨量充沛地域或洪水季节。南京市受自然环境和地质环境的影响,滑坡是其最主要的地质灾害类型之一,为了有效地预测滑坡的发生情况并最大限度地减少滑坡灾害为南京带来的损失,本文在已有的南京市地质灾害易发区等研究的成果上,结合南京市历史滑坡数据、气象资料和地质灾害预测数学模型构建了南京市滑坡灾害预测方法并确定了南京市滑坡灾害预测预报技术流程。在该预测方法和技术流程的基础上,本文同时应用了数据库技术、ArcGIS Server技术、AJAX远程调用技术、网页局部刷新技术和地图缓存技术等,融合地理信息系统功能与滑坡灾害预测预报业务功能,开发了南京市滑坡灾害预测预报信息共享平台。该平台可以对滑坡灾害基础数据和实时气象数据动态、科学地管理,结合南京市实时降雨数据可实现滑坡灾害预测预报并将灾害信息实时在线发布,同时提供对滑坡灾害信息的查询、检索、统计分析等功能,最终通过该信息共享平台,为南京市滑坡灾害的防灾减灾提供决策支持,为其他需要建立滑坡灾害预测信息共享平台的城市提供参考。     

支持向量机与Newmark模型结合的地震滑坡易发性评估研究

Newmark位移模型是研究地震滑坡易发性的经典模型,机器学习方法支持向量机模型也越来越多的应用到滑坡易发性评估研究。本文将Newmark位移模型与支持向量机模型相结合,建立基于物理机理的地震滑坡易发性评估模型并应用于2008年汶川地震重灾区汶川县。从震后遥感影像目视解译出汶川县1900处地震诱发滑坡,并将其随机划分为70%的训练数据集和30%的验证数据集。选择地形起伏度、坡度、地形曲率、与构造断裂带距离、与水系距离、与道路距离6个因子与Newmark位移值共同作为地震滑坡易发性影响因素。利用ROC曲线和模型不确定性等指标对模型结果进行评估,并与二元统计模型频率比和多元统计模型Logistic回归的结果进行对比。结果表明：与频率比和Logistic回归模型相比,支持向量机模型的正确率最高,训练集和验证集ROC曲线下的面积分别为0.876和0.851。将模型应用于绘制汶川县地震滑坡易发性图,结果显示滑坡易发性图与实际的滑坡点位分布一致性较高,有80.4%的滑坡位于极高和高易发区。这说明支持向量机与Newmark位移方法结合建立的地震滑坡易发性评估模型有较高的预测价值,可以为滑坡风险评估和管理提供依据。     

基于粒子系统的滑坡灾害过程模拟仿真方法

传统滑坡模拟方法需要进行大量物理模拟计算,导致模拟效率低且模拟精度受制于所采用的力学模型。本研究在传统模拟方法的基础上引入PhysX物理引擎中的粒子系统模拟滑坡发生的整个过程,简化了传统模拟方法的大量物理模拟计算过程,提高了模拟效率。首先采用参数率定以及极限平衡分析方法计算滑坡灾害体的物理属性值及几何属性值,并将其转化为粒子属性,其次在物理引擎中通过控制模拟时间及粒子周期模拟滑坡灾害过程,最后通过粒子系统反馈回的滑坡粒子的几何位置、持续时间和个数等要素的统计计算得到滑坡灾害范围。选取浙江丽水市滑坡为典型案例,验证了本文方法的可行性与可靠性。     

基于特征优选和逐步回归的黄土滑坡监测数据融合改进方法

针对滑坡监测多源异构数据融合处理中存在的影响因子筛选难、结果差异大、数据处理复杂程度高等问题,提出一种基于最大互信息系数(MIC)、灰色关联分析(GRA)和逐步回归的黄土滑坡多源多点位异构监测数据融合方法。该方法首先将最大互信息系数和灰色关联分析结合起来,采用基于加权关联度的特征优选方法综合筛选滑坡变形影响因子,提取具有代表性的影响因子并剔除关联性差的影响因子;然后,通过逐步回归方法赋予各监测点位移和优选后的影响因子对应的重要性权重系数,获取多源异构数据融合序列;最后,采用甘肃黑方台党川滑坡监测设备所获取的全球卫星导航系统(GNSS)监测数据、裂缝位移计数据及气象数据进行实验验证。结果表明：在滑坡变形影响因子筛选性能方面,基于加权关联度的特征优选方法优于传统的Pearson相关系数法;基于特征优选和逐步回归的多源多点位异构数据融合模型的预测精度较传统的BP神经网络有所提升,其中均方根误差(RMSE)降低了51.8%,平均绝对百分比误差(MAPE)降低了2.26%,拟合优度达到了0.964。     

面向互联网信息抽取的海洋环境灾害链本体构建——以台风灾害为例

全球气候变化加剧了海洋环境灾害的影响力与破坏力,实时灾情信息获取与分析成为灾害应急处置中的关键环节。与具有延迟性的传统对地观测网络相比,基于互联网的众包地理信息以其实时性在受灾情况评估与灾害应急处置中得到广泛重视。为获取互联网文本中隐含的海洋环境灾害信息,探究灾害对人群行为活动的影响,本文着重关注海洋环境灾害发展的时空过程特性,从灾害链的角度分析灾害发生发展过程中所涉及的诸多要素,在收集整理海洋环境灾害相关知识的基础之上,采用五元组（概念、关系、属性、规则和实例）进行本体的逻辑结构表达,构建了用于信息抽取的海洋环境灾害链本体,其包含描述海洋环境灾害知识体系的海洋环境灾害本体、受到海洋环境灾害作用的地理对象本体以及在灾害发生、发展、结束的时空过程中产生的相应的人类应急处置本体。最后,本文以台风灾害为例,通过台风灾害链知识建模,实现互联网灾害信息抽取与时空变化过程分析。结果表明：基于海洋环境灾害链的互联网文本信息抽取可以获取隐藏在互联网文本中的灾害描述信息,能够分析灾害的发展变化过程及其对人群行为活动的影响,为灾害防治与应急救援提供一定科学支持。     

城市内涝灾害模拟与灾情风险评估研究进展

随着我国城市化建设进程的加快,城市水系和绿地面积不断缩减,地表硬质化现象持续加重,城市扩张所带来的问题正日益凸显,尤其是汛期强降雨导致的内涝灾害日渐成为亟需解决的城市顽疾。城市内涝灾害模拟及风险评估是推进城市内涝灾害管理,减少内涝灾害损失的有效途径。本文在综合近年来国内外相关研究的基础上,从城市内涝产生机理、模型及风险评估的角度对城市内涝的研究进行了详细阐述。在模型方面重点介绍了两种应用广泛的雨洪模拟模型:SCS和SWMM模型,对两者的优缺点进行了分析,同时简单归纳了其他雨洪模型。在灾情风险评估方法方面,重点介绍了基于历史灾情数理统计、遥感图像和GIS技术耦合分析和基于指标体系评估等的风险评估方法,并对比分析了各自的优缺点及适用范围。最后对城市内涝模型及风险评估的未来发展方向进行了展望,提出集成多模型耦合的城市雨洪模拟模型以及多学科联合的灾害风险评估研究将成为今后的发展趋势。     

防灾减灾系统灾情信息集成技术研究

全球各类自然灾害的频繁发生,给各国人民的生活和生产带来了严重灾难和重大损失。通过建立防灾减灾系统,有效减少灾害带来的损失,越来越受到各国政府及灾害主管部门的重视。本文结合地理信息系统的地理编码技术、大型关系数据库技术、动态数据交换技术,详细阐述了应用于政府部门的防灾减灾系统中灾情信息的集成方法及具体实现。     

多源多时相遥感影像相对辐射归一化方法研究

为满足多源、多时相遥感影像定量化信息提取的应用需求,本文发展了一种半自动化的相对辐射归一化方法。将多源遥感影像的相对辐射归一化分为传感器辐射校正与针对光照等外部因素的辐射归一化2个过程。首先,基于晴空影像,采用分类回归的方式获取传感器辐射校正系数;然后,利用样本传递再分类的方法实现多源影像的半自动分类和传感器辐射偏差校正;最后,基于NDVI差值直方图和类别约束的PIFs自动选取方法,实现影像的相对辐射归一化。采用准同期的GF1-WVF1和Landsat8-OLI影像以及多源时序影像对方法进行了验证,结果表明,本文方法可以对传感器间的辐射偏差进行有效纠正,并在整体上获得比传统方法更好的辐射归一化精度;同时,多源时序影像的辐射校正结果也表明,本文方法能够有效地消除时序影像间的辐射特征波动,使植被等地类的季相变化信息得到更准确地表达,为多源时序影像的协同利用提供了借鉴方法。     

区域规划信息空间整合的指标体系研究

国民经济发展中长期规划、区域城镇体系规划和土地利用总体规划是目前我国各级政府编制的基础性空间规划。目前3个规划之间相互脱节、相互抵触的情况十分普遍,影响这些规划的权威性和有效实施。本文通过对不同层次区域规划信息的分析,研究提出支持3个主要空间规划整合的核心指标体系,并提出这些指标对应的空间要素类型及其空间配准方法,对区域社会经济统计、遥感解译、规划分析和基础地理数据库的区域规划指标进行结构化设计。为统一构建支持多目标区域规划整合的空间信息平台提供可操作的数据模型。该成果已经在重庆等区域规划地理空间信息平台建设及一些重要规划研究、制定中得到应用,并为今后强化区域空间规划之间的整合,促进地区规划体制改革提供可借鉴的信息逻辑模型。     

自然灾害调查数据的多尺度异常检测方法研究及应用

大范围自然灾害调查,涉及区域环境差异大,数据获取方式多样,参与人员多,各级汇总成果中存在一些异常调查单元,需要人工判读其合理性,但单纯依靠人工从海量数据中有效识别异常是不现实的。本文设计了一种自然灾害调查数据的多尺度异常检测方法,综合运用离群检测方法和空间数据挖掘算法,分别进行异常值和异常空间分布模式检测,能够从海量调查数据中快速提取各级尺度的异常值和异常调查单元,支撑人工判读工作。将该方法应用于全国山洪灾害调查评价汇总数据的审核中,以全国历史山洪灾害点和防治区乡镇面积审核为例,分别快速提取了县乡两级区划中的山洪灾害点密度异常单元和面积值异常的乡镇单元,通过对检测结果进行分析,发现是填报口径不一致、单位错误、记录重复等原因造成的。最后分析了该方法在大范围自然灾害调查中的适用条件和方法。     

基于道路格网的城市三维数据增量更新技术研究

传统空间数据库全覆盖式更新方法存在数据冗余及更新速率慢等问题,为了能够更好地支持海量城市三维数据的组织和更新工作,本文提出了一种基于道路格网的城市三维数据增量更新方法。利用城市道路格网分组、分块的特性进行城市三维数据的空间划分,建立城市格网模型,以不规则格网的形式进行城市三维数据的组织。利用城市格网模型划分的城市地理块具有不同功能属性的特点,以地理块的形式进行"时间+空间"的增量数据组织。可对城市三维数据进行时间方向和空间方向的历史回溯,改变了传统增量更新的查询管理方式。最后本文基于多基态修正模型设计了增量数据存储模型并给出了更新流程。以某市为例,开发了城市三维数据库增量更新原型系统,实现了城市三维数据的增量更新。     

基于WebGIS云南滑坡灾害气象预警分析模型

针对云南主要由降雨引起的滑坡地质灾害现象,对云南近8年来的滑坡灾害数据和降雨量数据进行了分析,研究并设计了一种针对滑坡地质灾害发生的时空耦合预警分析模型。并在此基础上,通过与WebGIS技术的耦合,运用新一代的RIA技术Silverlight,基于MapGIS IGServer平台,在异步响应的网络中使用流程化的操作方式构建出云南省地质灾害气象预警系统。通过实例检验表明该滑坡地质灾害气象预警分析模型的应用,能够为相关部门提供更精确、及时的减灾防灾对策。     

基于历史相似案例空间推演的地震伤亡人口评估方法研究

地震是对人类生存构成最大威胁的自然灾害之一,往往导致巨大的损失。本研究选取中国2000—2013年震级为4.0级以上且有人员伤亡的地震灾害统计数据作为历史案例,以基于历史案例的灾情加权综合评估模型（Assessment Method of Natural Disaster Based on Similarly Historical Cases,SHC）为基础,考虑历史案例与当前灾害的空间相关程度,获得改进的基于历史相似案例空间推演的地震伤亡人口评估（Assessment Method of Earthquake Casualties Based on Spatial Reasoning of Similarly Historical Cases,SRSHC）;并选取2010年青海玉树地震、2013年四川芦山地震及2014年云南鲁甸地震作为验证案例,进行精度验证。结果表明:① 对于3个验证案例,SRSHC模型的最佳评估精度均在95%以上,表明该方法在地震伤亡人口评估方面具有一定的可行性及适用性;② SRSHC模型相较于SHC模型,参评案例的个数少且精度更高,以2010年四川芦山地震为例,当参评案例个数为3个时,SRSHC模型评估结果达到最佳（97.92%）;而SHC模型参评案例个数需6个达到评估结果最佳（35.49%）,这表明历史案例与当前灾害发生地区的空间相关程度对评估结果有较大影响;③ 灾情评估的精度与参评案例的个数有关,当参评案例在2个以上时,模型评估的精度随着参评案例个数的增加呈平稳下降趋势;当参评案例的个数为3~4个时,SRSHC模型的评估精度最佳。基于历史案例的灾情评估方法成本低、效率高、时效性强,且方法简单、约束条件较少、容易实现, 在灾情评估方面具有一定的实用价值。     

网络大数据下的中国现代食甜习惯空间分布特征及其影响因素研究

饮食地理文化作为地域文化中最具地方特色的重要元素,在现代人口大规模流动背景下呈现出全新的多样化局面,而基于传统认知的“南甜北咸”的地域分异已然不能代表中国现代食甜分布的空间特征。因此,本文采用网络爬虫技术,获取我国大陆31个省会城市共计约2000万条美食消费数据,从传统类菜品、主食类菜品、饮料类和甜品类菜品4个方面计算城市食甜度,在ArcGIS、MySQL软件支持下,借助GIS空间分析和数理统计方法探究我国现代食甜习惯的空间分布特征,分析影响食甜分布的因素。研究发现：① 中国食甜在空间分布上存在显著的地域分异特征,聚类分析评价参数R ²高达0.88,现代食甜习惯总体呈现“东高北中,西微内低”的包围式格局;② 从整体抑或局部角度,在1%显著性水平上莫兰指数均为正,中国食甜分布呈现显著的空间正相关关系,形成特色鲜明的3个地理集聚区,即以苏浙沪闽为主的东南沿海高甜集聚区,以渝黔川为主的西南内陆低甜集聚区和以陕宁为主的西北内陆低甜集聚区;③ 构建了中国现代食甜习惯分布影响因素模型,其拟合精度为0.82,分析结果显示降水、湿度、气温等气象要素及地理位置是影响现代我国食甜空间分布的重要因素。