本文關(guān)鍵詞：基于多源數(shù)據(jù)和多尺度分析的滑坡易發(fā)性評(píng)價(jià)方法研究　出處：《中國(guó)地質(zhì)大學(xué)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：滑坡是一種危害很大的不良自然地質(zhì)現(xiàn)象,具有分布范圍廣、發(fā)生頻率高和破壞性強(qiáng)等特點(diǎn)。我國(guó)是世界上受滑坡災(zāi)害影響較大的國(guó)家之一,每年都因滑坡災(zāi)害的發(fā)生給國(guó)家建設(shè)和人民的生命、財(cái)產(chǎn)造成重大損失。隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展,人類的工程活動(dòng)對(duì)自然環(huán)境的擾動(dòng)程度不斷加劇,使得滑坡災(zāi)害發(fā)生的頻率和強(qiáng)度呈現(xiàn)不斷增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)�；乱装l(fā)性評(píng)價(jià)作為一種對(duì)滑坡的空問(wèn)分布和發(fā)生概率進(jìn)行預(yù)測(cè)的方法,其預(yù)測(cè)結(jié)果可為滑坡災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管理、城市規(guī)劃以及滑坡監(jiān)測(cè)工作的規(guī)劃提供重要的科學(xué)依據(jù)。滑坡易發(fā)性評(píng)價(jià)方法,按所基于的理論基礎(chǔ)不同可分為確定性方法和非確定性方法。確定性方法是利用傳統(tǒng)的斜坡破壞力學(xué)計(jì)算模型,并結(jié)合基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)對(duì)區(qū)域滑坡發(fā)生的危險(xiǎn)性進(jìn)行預(yù)測(cè)。自上世紀(jì)90年代后期以來(lái),隨著以“3S”(GPS-Global Positioning System; RS-Remote Sensing; GIS-Geographical Information System)為代表的測(cè)繪新技術(shù)的發(fā)展,為滑坡變形監(jiān)測(cè)、區(qū)域性大范圍滑坡調(diào)查和滑坡環(huán)境因素等相關(guān)數(shù)據(jù)與信息的獲取提供了新的手段,促進(jìn)了滑坡易發(fā)性評(píng)價(jià)的非確定性方法的研究與應(yīng)用。另外,已有學(xué)者注意到尺度問(wèn)題在滑坡易發(fā)性評(píng)價(jià)中的重要性,并開展了一些研究工作。然而,現(xiàn)有的滑坡易發(fā)性評(píng)價(jià)方法還存在一些需要進(jìn)一步研究和探討的問(wèn)題。在研究區(qū)多源數(shù)據(jù)的收集、處理與利用方面,由于目前對(duì)用于滑坡易發(fā)行評(píng)價(jià)的多源數(shù)據(jù)的屬性、特點(diǎn)、分類及其處理流程和要求等并不明確,在數(shù)據(jù)的收集和處理中不能進(jìn)行規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化的操作,不利于對(duì)有關(guān)數(shù)據(jù)的充分、合理與正確利用,嚴(yán)重影響滑坡易發(fā)性評(píng)價(jià)結(jié)果的精確性和可靠性,且難以進(jìn)行滑坡易發(fā)性評(píng)價(jià)結(jié)果的橫向比較。滑坡易發(fā)性的確定性評(píng)價(jià)方法,主要適用于特定斜坡單元或大比例尺重點(diǎn)區(qū)域小范圍的滑坡空間預(yù)測(cè),難以拓展到較大空間范圍進(jìn)行應(yīng)用�；乱装l(fā)性的非確定性評(píng)價(jià)方法存在的問(wèn)題是：(1)將不同類型滑坡的孕災(zāi)環(huán)境和誘發(fā)因素進(jìn)行了概化,缺少對(duì)滑坡機(jī)理和成災(zāi)機(jī)制分析；(2)缺少對(duì)滑坡環(huán)境因素的深入研究,對(duì)最具有代表性的滑坡評(píng)價(jià)因子的選擇和評(píng)價(jià)因子自身的空間相關(guān)性沒有綜合考慮,往往只重視了一方面的內(nèi)容,顧此失彼；(3)在對(duì)預(yù)測(cè)模型的選擇和運(yùn)用中,對(duì)尺度問(wèn)題(即模型的空間適用性)考慮不足,將全局模型和局部模型一概而論,而缺少根據(jù)研究區(qū)范圍的大小對(duì)模型本身的調(diào)整。在顧及尺度問(wèn)題的滑坡易發(fā)性評(píng)價(jià)研究方面,研究者還僅僅是將尺度作為一個(gè)先決條件或者要求機(jī)械地運(yùn)用在滑坡易發(fā)性評(píng)價(jià)中,按照不同尺度的要求來(lái)收集和整理相關(guān)數(shù)據(jù),并沒有將不同尺度的滑坡易發(fā)性評(píng)價(jià)進(jìn)行比較,也沒有注意到不同尺度下滑坡易發(fā)性評(píng)價(jià)結(jié)果的差異。將尺度問(wèn)題與尺度概念演變成比例尺和數(shù)據(jù)分辨率的篩選原則,割裂了尺度概念,沒有將尺度問(wèn)題作為一個(gè)完整的現(xiàn)象進(jìn)行研究。這樣,也就沒有深入探討滑坡易發(fā)性評(píng)價(jià)結(jié)果與不同尺度之間的內(nèi)在聯(lián)系。由于忽略了不同尺度、滑坡評(píng)價(jià)因子和滑坡評(píng)價(jià)模型或模型參數(shù)之間的關(guān)系,因而不可能根本性地揭示尺度概念是如何影響滑坡易發(fā)性評(píng)價(jià)結(jié)果的,未挖掘到問(wèn)題的關(guān)鍵所在。鑒于現(xiàn)有滑坡易發(fā)性評(píng)價(jià)研究存在上述問(wèn)題,本文結(jié)合三峽庫(kù)區(qū)秭歸到巴東段的滑坡易發(fā)性評(píng)價(jià),綜合應(yīng)用地質(zhì)學(xué)、測(cè)繪學(xué)、統(tǒng)計(jì)分析等多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域的有關(guān)理論、技術(shù)和方法,研究基于多源數(shù)據(jù)和多尺度分析的滑坡易發(fā)性評(píng)價(jià)方法,深入探討不同尺度、滑坡評(píng)價(jià)因子以及滑坡易發(fā)性評(píng)價(jià)模型的參數(shù)選擇等對(duì)滑坡易發(fā)性評(píng)價(jià)結(jié)果的影響,實(shí)現(xiàn)區(qū)域尺度、局部尺度和單體尺度下的滑坡易發(fā)性評(píng)價(jià)與滑坡敏感性制圖,提高滑坡易發(fā)性評(píng)價(jià)的科學(xué)性、精確性和可靠性。本文的主要研究工作及取得的研究成果如下：(1)在對(duì)滑坡易發(fā)性評(píng)價(jià)所涉及的多源數(shù)據(jù)的屬性、特點(diǎn)、分類和應(yīng)用等問(wèn)題進(jìn)行深入分析和研究的基礎(chǔ)上,建立了統(tǒng)一的多源數(shù)據(jù)處理框架,并給出了詳細(xì)的數(shù)據(jù)處理流程。采用所提出的多源數(shù)據(jù)處理方法,提取了長(zhǎng)江三峽庫(kù)區(qū)庫(kù)首區(qū)秭歸到巴東段的58個(gè)初始滑坡環(huán)境因子。(2)將多尺度分析引入滑坡易發(fā)性評(píng)價(jià),深刻分析和揭示了尺度問(wèn)題對(duì)滑坡易發(fā)性評(píng)價(jià)結(jié)果的影響,明確提出了區(qū)域尺度、局部尺度和單體尺度的滑坡易發(fā)性評(píng)價(jià)概念,深入探討了不同尺度、滑坡評(píng)價(jià)因子以及滑坡易發(fā)性評(píng)價(jià)模型的參數(shù)選擇等對(duì)滑坡易發(fā)性評(píng)價(jià)結(jié)果的影響。(3)提出了利用地理加權(quán)思想對(duì)滑坡研究區(qū)進(jìn)行區(qū)域分割的方法,在此基礎(chǔ)上建立了地理加權(quán)回歸—粒子群算法—支持向量機(jī)滑坡易發(fā)性評(píng)價(jià)耦合模型。通過(guò)地理加權(quán)回歸系數(shù)對(duì)研究區(qū)進(jìn)行劃分,可使不同分區(qū)之間滑坡評(píng)價(jià)因子的空間自相關(guān)性得到較好的抑制,同時(shí)使分區(qū)內(nèi)部滑坡評(píng)價(jià)因子對(duì)滑坡的影響趨于一致,這在較大程度上消除了滑坡評(píng)價(jià)因子的空間自相關(guān)性對(duì)滑坡易發(fā)性評(píng)價(jià)的影響。(4)從多個(gè)角度對(duì)區(qū)域尺度與局部尺度滑坡易發(fā)性評(píng)價(jià)之間的差異進(jìn)行了比較,利用特定類別精度分析、總體預(yù)測(cè)精度分析以及最常用的ROC曲線分析這三種分析方法對(duì)區(qū)域尺度與局部尺度滑坡易發(fā)性評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行了比較,得到局部尺度下滑坡易發(fā)性評(píng)價(jià)的特定類別精度、總體預(yù)測(cè)精度和ROC曲線下面積三項(xiàng)指標(biāo)分別為85.75%、87.86%和0.965,優(yōu)于區(qū)域尺度下滑坡易發(fā)性評(píng)價(jià)結(jié)果(其三項(xiàng)指標(biāo)分別為68.35%、84.44%和0.944),驗(yàn)證了區(qū)域分割在滑坡易發(fā)性評(píng)價(jià)中的重要意義和實(shí)際效果。(5)將滑坡易發(fā)性評(píng)價(jià)的概念擴(kuò)展到單體尺度下的滑坡易發(fā)性評(píng)價(jià),使其適合單體滑坡的實(shí)際情況,并建立了單體滑坡的滑坡易發(fā)性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。在此基礎(chǔ)上,利用拓?fù)浼s束識(shí)別的方法對(duì)單體滑坡易發(fā)性評(píng)價(jià)選擇新的評(píng)價(jià)指標(biāo),提出了單體尺度滑坡易發(fā)性評(píng)價(jià)方法。將該方法應(yīng)用于三峽庫(kù)區(qū)木魚包滑坡易發(fā)性評(píng)價(jià),其評(píng)價(jià)結(jié)果與三峽庫(kù)區(qū)地質(zhì)災(zāi)害防治工作指揮部提供的木魚包滑坡穩(wěn)定性分析結(jié)果較為一致,且根據(jù)木魚包滑坡中以累積位移量和位移速率建立的木魚包滑坡易發(fā)性評(píng)價(jià)指標(biāo),尋找到更多的導(dǎo)致木魚包滑坡上塊體不穩(wěn)定的滑坡評(píng)價(jià)因子組合,發(fā)現(xiàn)了潛在的不穩(wěn)定區(qū)域,為木魚包滑坡GPS監(jiān)測(cè)點(diǎn)的合理布設(shè)和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集頻率的合理確定提供了科學(xué)依據(jù)。(6)分別討論了區(qū)域尺度、局部尺度和單體尺度這三種空間尺度與滑坡評(píng)價(jià)因子之間的關(guān)系,以及不同的空間尺度與滑坡易發(fā)性評(píng)價(jià)模型參數(shù)選擇之間的關(guān)系。結(jié)果表明：滑坡評(píng)價(jià)因子重要性排序是一個(gè)隨著空間尺度的不斷變大而逐漸“平均”的過(guò)程,空間尺度問(wèn)題最直接地影響了滑坡評(píng)價(jià)因子的重要性排序；而在空間尺度與滑坡易發(fā)性評(píng)價(jià)模型參數(shù)選擇的分析中,隨著空間尺度的變小,研究范圍內(nèi)的訓(xùn)練數(shù)據(jù)中滑坡數(shù)據(jù)與非滑坡數(shù)據(jù)的區(qū)別更加明顯,對(duì)滑坡起到重要作用的滑坡評(píng)價(jià)因子或者滑坡評(píng)價(jià)因子組合更加顯著,因而使模型能夠在更短的時(shí)間內(nèi)得到更好的滑坡空間預(yù)測(cè)結(jié)果。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：P642.22

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本文編號(hào)：1334226