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)性評價方法研究　出處：《中國地質(zhì)大學》2016年博士論文　論文類型：學位論文

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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等特點。我國是世界上受滑坡災(zāi)害影響較大的國家之一,每年都因滑坡災(zāi)害的發(fā)生給國家建設(shè)和人民的生命、財產(chǎn)造成重大損失。隨著經(jīng)濟社會的快速發(fā)展,人類的工程活動對自然環(huán)境的擾動程度不斷加劇,使得滑坡災(zāi)害發(fā)生的頻率和強度呈現(xiàn)不斷增長的態(tài)勢�；乱装l(fā)性評價作為一種對滑坡的空問分布和發(fā)生概率進行預(yù)測的方法,其預(yù)測結(jié)果可為滑坡災(zāi)害風險管理、城市規(guī)劃以及滑坡監(jiān)測工作的規(guī)劃提供重要的科學依據(jù)�；乱装l(fā)性評價方法,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)的斜坡破壞力學計算模型,并結(jié)合基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)對區(qū)域滑坡發(fā)生的危險性進行預(yù)測。自上世紀90年代后期以來,隨著以“3S”(GPS-Global Positioning System; RS-Remote Sensing; GIS-Geographical Information System)為代表的測繪新技術(shù)的發(fā)展,為滑坡變形監(jiān)測、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,促進了滑坡易發(fā)性評價的非確定性方法的研究與應(yīng)用。另外,已有學者注意到尺度問題在滑坡易發(fā)性評價中的重要性,并開展了一些研究工作。然而,現(xiàn)有的滑坡易發(fā)性評價方法還存在一些需要進一步研究和探討的問題。在研究區(qū)多源數(shù)據(jù)的收集、處理與利用方面,由于目前對用于滑坡易發(fā)行評價的多源數(shù)據(jù)的屬性、特點、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行規(guī)范化、標準化的操作,不利于對有關(guān)數(shù)據(jù)的充分、合理與正確利用,嚴重影響滑坡易發(fā)性評價結(jié)果的精確性和可靠性,且難以進行滑坡易發(fā)性評價結(jié)果的橫向比較�；乱装l(fā)性的確定性評價方法,主要適用于特定斜坡單元或大比例尺重點區(qū)域小范圍的滑坡空間預(yù)測,難以拓展到較大空間范圍進行應(yīng)用�；乱装l(fā)性的非確定性評價方法存在的問題是：(1)將不同類型滑坡的孕災(zāi)環(huán)境和誘發(fā)因素進行了概化,缺少對滑坡機理和成災(zāi)機制分析；(2)缺少對滑坡環(huán)境因素的深入研究,對最具有代表性的滑坡評價因子的選擇和評價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)在對預(yù)測模型的選擇和運用中,對尺度問題(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)范圍的大小對模型本身的調(diào)整。在顧及尺度問題的滑坡易發(fā)性評價研究方面,研究者還僅僅是將尺度作為一個先決條件或者要求機械地運用在滑坡易發(fā)性評價中,按照不同尺度的要求來收集和整理相關(guān)數(shù)據(jù),并沒有將不同尺度的滑坡易發(fā)性評價進行比較,也沒有注意到不同尺度下滑坡易發(fā)性評價結(jié)果的差異。將尺度問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,沒有將尺度問題作為一個完整的現(xiàn)象進行研究。這樣,也就沒有深入探討滑坡易發(fā)性評價結(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、滑坡評價因子和滑坡評價模型或模型參數(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)性評價結(jié)果的,未挖掘到問題的關(guān)鍵所在。鑒于現(xiàn)有滑坡易發(fā)性評價研究存在上述問題,本文結(jié)合三峽庫區(qū)秭歸到巴東段的滑坡易發(fā)性評價,綜合應(yīng)用地質(zhì)學、測繪學、統(tǒng)計分析等多個學科領(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)性評價方法,深入探討不同尺度、滑坡評價因子以及滑坡易發(fā)性評價模型的參數(shù)選擇等對滑坡易發(fā)性評價結(jié)果的影響,實現(xiàn)區(qū)域尺度、局部尺度和單體尺度下的滑坡易發(fā)性評價與滑坡敏感性制圖,提高滑坡易發(fā)性評價的科學性、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)在對滑坡易發(fā)性評價所涉及的多源數(shù)據(jù)的屬性、特點、分類和應(yīng)用等問題進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,提取了長江三峽庫區(qū)庫首區(qū)秭歸到巴東段的58個初始滑坡環(huán)境因子。(2)將多尺度分析引入滑坡易發(fā)性評價,深刻分析和揭示了尺度問題對滑坡易發(fā)性評價結(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)性評價概念,深入探討了不同尺度、滑坡評價因子以及滑坡易發(fā)性評價模型的參數(shù)選擇等對滑坡易發(fā)性評價結(jié)果的影響。(3)提出了利用地理加權(quán)思想對滑坡研究區(qū)進行區(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—支持向量機滑坡易發(fā)性評價耦合模型。通過地理加權(quán)回歸系數(shù)對研究區(qū)進行劃分,可使不同分區(qū)之間滑坡評價因子的空間自相關(guān)性得到較好的抑制,同時使分區(qū)內(nèi)部滑坡評價因子對滑坡的影響趨于一致,這在較大程度上消除了滑坡評價因子的空間自相關(guān)性對滑坡易發(fā)性評價的影響。(4)從多個角度對區(qū)域尺度與局部尺度滑坡易發(fā)性評價之間的差異進行了比較,利用特定類別精度分析、總體預(yù)測精度分析以及最常用的ROC曲線分析這三種分析方法對區(qū)域尺度與局部尺度滑坡易發(fā)性評價結(jié)果進行了比較,得到局部尺度下滑坡易發(fā)性評價的特定類別精度、總體預(yù)測精度和ROC曲線下面積三項指標分別為85.75%、87.86%和0.965,優(yōu)于區(qū)域尺度下滑坡易發(fā)性評價結(jié)果(其三項指標分別為68.35%、84.44%和0.944),驗證了區(qū)域分割在滑坡易發(fā)性評價中的重要意義和實際效果。(5)將滑坡易發(fā)性評價的概念擴展到單體尺度下的滑坡易發(fā)性評價,使其適合單體滑坡的實際情況,并建立了單體滑坡的滑坡易發(fā)性評價指標體系。在此基礎(chǔ)上,利用拓撲約束識別的方法對單體滑坡易發(fā)性評價選擇新的評價指標,提出了單體尺度滑坡易發(fā)性評價方法。將該方法應(yīng)用于三峽庫區(qū)木魚包滑坡易發(fā)性評價,其評價結(jié)果與三峽庫區(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)性評價指標,尋找到更多的導致木魚包滑坡上塊體不穩(wěn)定的滑坡評價因子組合,發(fā)現(xiàn)了潛在的不穩(wěn)定區(qū)域,為木魚包滑坡GPS監(jiān)測點的合理布設(shè)和監(jiān)測數(shù)據(jù)采集頻率的合理確定提供了科學依據(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價因子之間的關(guān)系,以及不同的空間尺度與滑坡易發(fā)性評價模型參數(shù)選擇之間的關(guān)系。結(jié)果表明：滑坡評價因子重要性排序是一個隨著空間尺度的不斷變大而逐漸“平均”的過程,空間尺度問題最直接地影響了滑坡評價因子的重要性排序；而在空間尺度與滑坡易發(fā)性評價模型參數(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,對滑坡起到重要作用的滑坡評價因子或者滑坡評價因子組合更加顯著,因而使模型能夠在更短的時間內(nèi)得到更好的滑坡空間預(yù)測結(jié)果。
【學位授予單位】：中國地質(zhì)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：P642.22

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本文編號：1334226