一种公路地质灾害危险性评估方法与流程

1.本发明涉及地质评估技术领域，具体涉及一种公路地质灾害危险性评估方法。


背景技术：

2.目前，地质灾害危险性评估主要以资料搜集和地质环境调查等地面工作为主，并根据地质环境的复杂程度辅以相应的勘探手段，区域性地质灾害风险评估方法主要有层次分析法、逻辑回归方法、信息量法等，主要原理是基于对地质灾害形成的影响因子进行栅格单元叠加，而忽视了不同地质灾害类型的形成和破坏机理有不同的运动特征，得到的评价结果往往不能直接应用于大比例尺的危险性评价管理中，而且由于滑坡、崩塌等地质灾害成灾机理复杂，致灾因素繁多，获取区域大范围地质灾害危险性评估所必需的、充足的基础资料和相应的定量评价指标较为困难，因此，该方法更适用于单个工点或局部地段的地质灾害危险性评估。
[0003][0004]
公路工程作为一种线形交通工程，路线里程长，跨越不同的地质地貌单元，地质环境复杂，常采用地质遥感解译辅以传统地面调查的方法，遥感技术具有宏观、准确、综合地进行动态观测与监测的能力，地质遥感解译非常有利于地质灾害的遥感识别与定性分析，但难以实现在公路承载车辆、行人行驶过程中在灾害区域进行灾害的危险性评估，而且危险性评估时仅利用评估时刻的评估特征，特征单一，在特征存在偶发性时，会影响危险性评估准确性。


技术实现要素：

[0005]
本发明的目的在于提供一种公路地质灾害危险性评估方法，以解决现有技术中难以实现在公路承载车辆、行人行驶过程中在灾害区域进行灾害的危险性评估，而且危险性评估时仅利用评估时刻的评估特征，特征单一，在特征存在偶发性时，会影响危险性评估准确性的技术问题。
[0006]
为解决上述技术问题，本发明具体提供下述技术方案：
[0007]
一种公路地质灾害危险性评估方法，包括以下步骤：
[0008]
步骤s1、在公路地质灾害监测区域外周部布设多个邻接区域，并对邻接区域与公路地质灾害监测区域的危险性评估特征进行频域分析得到危险性评估频域特征；
[0009]
步骤s2、对邻接区域与公路地质灾害监测区域的危险性评估频域特征进行一致性分析，以在邻接区域中筛选出邻接监测区域；
[0010]
步骤s3、依据公路地质灾害区域的危险性评估频域特征量化出公路地质灾害监测区域的灾害危险性，利用邻接监测区域的危险性评估频域特征与公路地质灾害监测区域的灾害危险性构建出地质灾害邻域评估模型，以实现对公路地质灾害区域的地质灾害危险性进行邻域评估。
[0011]
作为本发明的一种优选方案，所述在公路地质灾害监测区域外周部布设多个邻接
区域，包括：
[0012]
利用栅格法将公路地质灾害监测区域的外周部区域进行栅格划分得到多个栅格区域，并将栅格区域作为邻接区域；
[0013]
其中，栅格区域面积的确定，包括：
[0014]
在公路地质灾害监测区域的外周部向外延伸扩展出多个外周部区域，测量所述外周部区域与地质灾害监测区域中心点的相距距离，以及提取所述外周部区域的地质特征、提取所述地质灾害监测区域的地质特征，所述地质特征包括：地形地貌特征、地层岩性特征、地质构造特征、生态景观特征；
[0015]
设置栅格区域面积的基础值，利用所述相距距离设置出栅格区域面积的距离衰减系数，以及利用外周部区域的地质特征与地质灾害监测区域的地质特征的特征相似度设置出栅格区域面积的特征衰减系数，所述距离衰减系数的函数表达式为：
[0016]ri
＝dis(si,so)；
[0017]
式中，ri为第i个外周部区域的距离衰减系数，dis(si,so)为外周部区域与地质灾害监测区域中心点的相距距离，dis为距离运算符，si为第i个外周部区域， so为地质灾害监测区域，i为计量常数；
[0018]
所述特征衰减系数的函数表达式为：
[0019][0020]
式中，ki为第i个外周部区域的特征衰减系数，xi为第i个外周部区域的地质特征，yo为地质灾害监测区域的地质特征，t为转置运算符；
[0021]
将距离衰减系数和特征衰减系数在栅格区域面积的基础值上进行面积衰减得到各个外周部区域的栅格区域面积，以对栅格区域面积的分区域调整来适应外周部区域的地质特征和向外延伸扩展距离，提高邻接区域布设的合理性，所述栅格区域面积的函数表达式为：
[0022][0023]
式中，zi为第i个外周部区域的栅格区域面积，zo为栅格区域面积的基础值。
[0024]
作为本发明的一种优选方案，所述对邻接区域与公路地质灾害监测区域的危险性评估特征进行频域分析得到危险性评估频域特征，包括：
[0025]
同步在邻接区域和公路地质灾害区域内实时监测危险性评估特征，将危险性评估特征和危险性评估特征的监测时序得到危险性评估时序特征，所述危险性评估特征包括：地形地壳振动特征、地形温湿度特征、地形地块断裂特征、地形地壳受力特征；
[0026]
将每个监测时序与每个监测时序对应的所有前置监测时序处的危险性评估时序特征构成每个监测时序处的危险性评估时域特征，将邻接区域与公路地质灾害监测区域在每个监测时序处的危险性评估时域特征进行傅里叶变换得到邻接区域与公路地质灾害监测区域在每个监测时序处的危险性评估频域特征。
[0027]
作为本发明的一种优选方案，所述对邻接区域与公路地质灾害监测区域的危险性评估频域特征进行一致性分析，包括：
[0028]
将各个邻接区域在各个监测时序处的危险性评估频域特征与公路地质灾害监测区域的危险性评估频域特征进行一致性分析得到各个邻接区域与公路地质灾害监测区域的一致性程度，所述一致性分析利用相似性进行度量得到一致性程度；
[0029]
所述一致性程度的计算公式为：
[0030][0031]
式中，fj＝{f
jl
|l∈[1,n]}，fo＝{f
ol
|l∈[1,n]}，p
jo
为第j个邻接区域与公路地质灾害监测区域的一致性程度，fj为第j个邻接区域在各个监测时序处的危险性评估频域特征构成的特征向量，fo为公路地质灾害监测区域在各个监测时序处的危险性评估频域特征构成的特征向量，f
jl
为第j个邻接区域在第l个监测时序处的危险性评估频域特征，f
ol
为公路地质灾害监测区域在第l个监测时序处的危险性评估频域特征，n为监测时序总数量，j、l为计量常数，t为转置运算符。
[0032]
作为本发明的一种优选方案，当邻接区域与公路地质灾害监测区域的一致性程度大于预设阈值，则将邻接区域标记为邻接监测区域；
[0033]
当邻接区域与公路地质灾害监测区域的一致性程度小于或等于预设阈值，则将邻接区域标记为邻接非监测区域。
[0034]
作为本发明的一种优选方案，所述依据公路地质灾害区域的危险性评估频域特征量化出公路地质灾害监测区域的灾害危险性，包括：
[0035]
将公路地质灾害区域的危险性评估频域特征与处于地质灾害状况下的公路地质灾害监测区域的危险性评估频域特征进行相似度度量作为公路地质灾害监测区域的灾害危险性，所述灾害危险性的度量公式为：
[0036][0037]
式中，p
ol
为公路地质灾害监测区域在第l个监测时序处的灾害危险性， f
ol
为公路地质灾害监测区域在第l个监测时序处的危险性评估频域特征，fb为处于地质灾害状况下的公路地质灾害监测区域的危险性评估频域特征，t为转置运算符。
[0038]
作为本发明的一种优选方案，所述利用邻接监测区域的危险性评估频域特征与公路地质灾害监测区域的灾害危险性构建出地质灾害邻域评估模型，包括：
[0039]
将各个邻接监测区域的危险性评估频域特征作为bp神经网络的输入项，将公路地质灾害监测区域的灾害危险性作为bp神经网络的输出项，利用bp 神经网络对所述bp神经网络的输入项和bp神经网络的输出项进行卷积训练得到所述地质灾害邻域评估模型，所述邻域评估模型的模型表达式为：
[0040]yl
＝bp({f
vl
|v∈[1,m]})；
[0041]
式中，y
l
为公路地质灾害监测区域在监测时序l处的灾害危险性，f
vl
为第v个邻接监测区域在监测时序l处的危险性评估频域特征，m为邻接监测区域总数量，v、l为计量常数。
[0042]
作为本发明的一种优选方案，所述地质特征在运算前进行归一化处理，所述危险性评估特征在运算前进行归一化处理。
[0043]
作为本发明的一种优选方案，所述邻接监测区域的危险性评估频域特征与公路地质灾害监测区域的灾害危险性具有监测时序的同步性。
[0044]
作为本发明的一种优选方案，所述bp神经网络至少包括三层卷积网络结构。
[0045]
本发明与现有技术相比较具有如下有益效果：
[0046]
本发明在公路地质灾害监测区域外周部筛选出邻接监测区域，依据公路地质灾害区域的危险性评估频域特征量化出公路地质灾害监测区域的灾害危险性，利用邻接监测区域的危险性评估频域特征与公路地质灾害监测区域的灾害危险性构建出地质灾害邻域评估模型，以实现对公路地质灾害区域的地质灾害危险性进行邻域评估，能够实现公路地质灾害区域的在线评估，而且，在进行危险性评估时利用评估时刻以及评估时刻前置时刻的评估特征，避免特征的偶发性，保证危险性评估的准确性。
附图说明
[0047]
为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。
[0048]
图1为本发明实施例提供的公路地质灾害危险性评估方法流程图。
具体实施方式
[0049]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0050]
如图1所示，本发明提供了一种公路地质灾害危险性评估方法，包括以下步骤：
[0051]
在公路地质灾害监测区域难以进行直接监测时，比如，车辆通行量、人流量大导致难以采集公路地质数据的情况，或者在不确定公路地质灾害监测区域内地质灾害是否发生，发生程度时，无法贸然进入防止出现意外的情况，此时就需要选择间接监测方法，本实施例提供了一种邻域监测的方法进行间接监测公路地质灾害监测区域的灾害危险性。
[0052]
步骤s1、在公路地质灾害监测区域外周部布设多个邻接区域，并对邻接区域与公路地质灾害监测区域的危险性评估特征进行频域分析得到危险性评估频域特征；
[0053]
在公路地质灾害监测区域外周部布设多个邻接区域，包括：
[0054]
利用栅格法将公路地质灾害监测区域的外周部区域进行栅格划分得到多个栅格区域，并将栅格区域作为邻接区域；
[0055]
其中，栅格区域面积的确定，包括：
[0056]
在公路地质灾害监测区域的外周部向外延伸扩展出多个外周部区域，测量外周部区域与地质灾害监测区域中心点的相距距离，以及提取外周部区域的地质特征、提取地质灾害监测区域的地质特征，地质特征包括：地形地貌特征、地层岩性特征、地质构造特征、生态景观特征；
[0057]
设置栅格区域面积的基础值，利用相距距离设置出栅格区域面积的距离衰减系
数，以及利用外周部区域的地质特征与地质灾害监测区域的地质特征的特征相似度设置出栅格区域面积的特征衰减系数，距离衰减系数的函数表达式为：
[0058]ri
＝dis(si,so)；
[0059]
式中，ri为第i个外周部区域的距离衰减系数，dis(si,so)为外周部区域与地质灾害监测区域中心点的相距距离，dis为距离运算符，si为第i个外周部区域， so为地质灾害监测区域，i为计量常数；
[0060]
特征衰减系数的函数表达式为：
[0061][0062]
式中，ki为第i个外周部区域的特征衰减系数，xi为第i个外周部区域的地质特征，yo为地质灾害监测区域的地质特征，t为转置运算符；
[0063]
将距离衰减系数和特征衰减系数在栅格区域面积的基础值上进行面积衰减得到各个外周部区域的栅格区域面积，以对栅格区域面积的分区域调整来适应外周部区域的地质特征和向外延伸扩展距离，提高邻接区域布设的合理性，栅格区域面积的函数表达式为：
[0064][0065]
式中，zi为第i个外周部区域的栅格区域面积，zo为栅格区域面积的基础值。
[0066]
在进行栅格划分时，靠近地质灾害监测区域的外周部区域与地质灾害监测区域由于区域位置接近，因此在地质灾害监测区域产生危险性状态时传导影响该靠近地质灾害监测区域的外周部区域的程度较高，可作为地质灾害监测区域的邻接监测区域的可能性较高，则该靠近地质灾害监测区域的外周部区域进行栅格划分上，可以将栅格面积划分的较大，降低邻接区域的数量，远离地质灾害监测区域的外周部区域与地质灾害监测区域由于区域位置距离远，因此在地质灾害监测区域产生危险性状态时传导影响该靠近地质灾害监测区域的外周部区域程度较低，可作为地质灾害监测区域的邻接监测区域的可能性较低，则该靠近地质灾害监测区域的外周部区域进行栅格划分上，可以将栅格面积划分的较小，提高邻接区域的数量，如此能够尽量的降低地质灾害监测区域近地点的栅格区域数量，提高地质灾害监测区域远地点的栅格区域数量，对远地点进行细致的小区域筛选，对近地点进行粗略的大区域筛选，提高远地点筛选出邻接监测区域的可能性，更准确的掌握远地点可作为地质灾害监测区域的邻接监测区域，从而保证了邻接监测区域获取的全面性。
[0067]
在进行栅格划分时，地质特征与地质灾害监测区域越相似，则外周部区域作为邻接监测区域的可能性越高，因此将该外周部区域的栅格面积划分的越大，地质特征与地质灾害监测区域越不相似，则外周部区域作为邻接监测区域的可能性越低，因此将该外周部区域的栅格面积划分的越小，对相似度越低的外周部区域进行细致的小区域筛选，对相似度越高的外周部区域进行粗略的大区域筛选，提高相似度越低的外周部区域筛选出邻接监测区域的可能性，更准确的掌握相似度越低的外周部区域可作为地质灾害监测区域的邻接监测区域，从而保证了邻接监测区域获取的全面性。
[0068]
步骤s2、对邻接区域与公路地质灾害监测区域的危险性评估频域特征进行一致性分析，以在邻接区域中筛选出邻接监测区域；
[0069]
对邻接区域与公路地质灾害监测区域的危险性评估特征进行频域分析得到危险性评估频域特征，包括：
[0070]
同步在邻接区域和公路地质灾害区域内实时监测危险性评估特征，将危险性评估特征和危险性评估特征的监测时序得到危险性评估时序特征，危险性评估特征包括：地形地壳振动特征、地形温湿度特征、地形地块断裂特征、地形地壳受力特征；
[0071]
将每个监测时序与每个监测时序对应的所有前置监测时序处的危险性评估时序特征构成每个监测时序处的危险性评估时域特征，将邻接区域与公路地质灾害监测区域在每个监测时序处的危险性评估时域特征进行傅里叶变换得到邻接区域与公路地质灾害监测区域在每个监测时序处的危险性评估频域特征。
[0072]
每个监测时序处的危险性评估频域特征是对每个监测时序与每个监测时序对应的所有前置监测时序处的危险性评估时序特征进行频域转换而来，因此每个监测时序的危险性评估频域特征为前置时序而来的连续特征，非孤立的单个监测时序处的特征，连续性特征包含有前置时序的特征，避免单个时序特征的偶发性，提高准确性。
[0073]
对邻接区域与公路地质灾害监测区域的危险性评估频域特征进行一致性分析，包括：
[0074]
将各个邻接区域在各个监测时序处的危险性评估频域特征与公路地质灾害监测区域的危险性评估频域特征进行一致性分析得到各个邻接区域与公路地质灾害监测区域的一致性程度，一致性分析利用相似性进行度量得到一致性程度；
[0075]
一致性程度的计算公式为：
[0076][0077]
式中，fj＝{f
jl
|l∈[1,n]}，fo＝{f
ol
|l∈[1,n]}，p
jo
为第j个邻接区域与公路地质灾害监测区域的一致性程度，fj为第j个邻接区域在各个监测时序处的危险性评估频域特征构成的特征向量，fo为公路地质灾害监测区域在各个监测时序处的危险性评估频域特征构成的特征向量，f
jl
为第j个邻接区域在第l个监测时序处的危险性评估频域特征，f
ol
为公路地质灾害监测区域在第l个监测时序处的危险性评估频域特征，n为监测时序总数量，j、l为计量常数，t为转置运算符。
[0078]
当邻接区域与公路地质灾害监测区域的一致性程度大于预设阈值，则将邻接区域标记为邻接监测区域；
[0079]
当邻接区域与公路地质灾害监测区域的一致性程度小于或等于预设阈值，则将邻接区域标记为邻接非监测区域。
[0080]
步骤s3、依据公路地质灾害区域的危险性评估频域特征量化出公路地质灾害监测区域的灾害危险性，利用邻接监测区域的危险性评估频域特征与公路地质灾害监测区域的灾害危险性构建出地质灾害邻域评估模型，以实现对公路地质灾害区域的地质灾害危险性进行邻域评估。
[0081]
依据公路地质灾害区域的危险性评估频域特征量化出公路地质灾害监测区域的灾害危险性，包括：
[0082]
将公路地质灾害区域的危险性评估频域特征与处于地质灾害状况下的公路地质
灾害监测区域的危险性评估频域特征进行相似度度量作为公路地质灾害监测区域的灾害危险性，灾害危险性的度量公式为：
[0083][0084]
式中，p
ol
为公路地质灾害监测区域在第l个监测时序处的灾害危险性， f
ol
为公路地质灾害监测区域在第l个监测时序处的危险性评估频域特征，fb为处于地质灾害状况下的公路地质灾害监测区域的危险性评估频域特征，t为转置运算符。
[0085]
利用邻接监测区域的危险性评估频域特征与公路地质灾害监测区域的灾害危险性构建出地质灾害邻域评估模型，包括：
[0086]
将各个邻接监测区域的危险性评估频域特征作为bp神经网络的输入项，将公路地质灾害监测区域的灾害危险性作为bp神经网络的输出项，利用bp 神经网络对bp神经网络的输入项和bp神经网络的输出项进行卷积训练得到地质灾害邻域评估模型，邻域评估模型的模型表达式为：
[0087]yl
＝bp({f
vl
|v∈[1,m]})；
[0088]
式中，y
l
为公路地质灾害监测区域在监测时序l处的灾害危险性，f
vl
为第v个邻接监测区域在监测时序l处的危险性评估频域特征，m为邻接监测区域总数量，v、l为计量常数。
[0089]
地质特征在运算前进行归一化处理，危险性评估特征在运算前进行归一化处理。
[0090]
邻接监测区域的危险性评估频域特征与公路地质灾害监测区域的灾害危险性具有监测时序的同步性。
[0091]
bp神经网络至少包括三层卷积网络结构。
[0092]
本发明在公路地质灾害监测区域外周部筛选出邻接监测区域，依据公路地质灾害区域的危险性评估频域特征量化出公路地质灾害监测区域的灾害危险性，利用邻接监测区域的危险性评估频域特征与公路地质灾害监测区域的灾害危险性构建出地质灾害邻域评估模型，以实现对公路地质灾害区域的地质灾害危险性进行邻域评估，能够实现公路地质灾害区域的在线评估，而且，在进行危险性评估时利用评估时刻以及评估时刻前置时刻的评估特征，避免特征的偶发性，保证危险性评估的准确性。
[0093]
以上实施例仅为本技术的示例性实施例，不用于限制本技术，本技术的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本技术的实质和保护范围内，对本技术做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本技术的保护范围内。