本發(fā)明屬于滑坡災害預報
技術領域：
，具體涉及一種基于可拓最優(yōu)組合賦權法的滑坡危險性評價方法。
背景技術：
：頻繁發(fā)生的滑坡災害是我國西部地區(qū)的重大安全隱患，隨著人類工程活動范圍和規(guī)模的不斷擴大，不可避免的會對周圍自然環(huán)境產(chǎn)生一定程度的破壞?；挛ｋU性評價是山區(qū)防災減災工作的重要組成部分，對滑坡防治工作具有指導意義。近20年來，許多科學家嘗試進行滑坡災害的各種評價，描述各種因素條件對滑坡災害的影響，然而由于地質(zhì)環(huán)境是一個及其復雜的系統(tǒng)，其突出特征就是系統(tǒng)信息的多源性、模糊性、非確定性和隨機性，因此從滑坡災害分布規(guī)律入手，從宏觀上研究易滑地質(zhì)環(huán)境，進行滑坡災害風險評價則成為目前滑坡災害研究的主要內(nèi)容和熱點。常用的滑坡災害危險性評價方法一般可歸納為3類：啟發(fā)式求解法、基于物理確定性模型和工程地質(zhì)的方法以及統(tǒng)計學習方法。啟發(fā)式求解法過于依賴專家的經(jīng)驗，其結(jié)果帶有一定主觀性。確定性方法建立在滑坡失穩(wěn)的物理機制之上，需要收集工程地質(zhì)、水文地質(zhì)等方面的大量數(shù)據(jù)，比較適合小范圍的詳細研究，如特定滑坡的監(jiān)測等，其結(jié)果很難拓展到較大的空間范圍。相比之下，統(tǒng)計方法具有客觀性，同時不需要收集大量的滑坡物理特性方面的數(shù)據(jù)，因而更加適宜開展大范圍的滑坡災害危險性評價和預測預報?；诮y(tǒng)計方法的滑坡災害的危險性評價首先假定滑坡的發(fā)生和若干因子相關，如地形地貌和地質(zhì)條件等，并且在這些因子的作用下，相同的因子組合狀況依然會導致滑坡的發(fā)生。主要使用的統(tǒng)計方法包括單變量模型、決策樹算法及可拓最優(yōu)組合賦權法。單變量模型由于該模型僅僅分別簡單地評價滑坡發(fā)育與滑坡各影響因素之間的關系，因此與參與運算的因素變量的多少有相當大的關系。當收集到的因素越多，對滑坡發(fā)育的刻畫越精確，最終評價結(jié)果也越可信，但當收集到因素較少時，該模型評價準確性較差。決策樹算法產(chǎn)生的規(guī)則在滿足較高的精度的同時也具有較好的概括能力。但同時決策樹算法的結(jié)果也受到訓練樣本數(shù)量大小和樣本維數(shù)即參與評價的因素集數(shù)量的影響，當訓練樣本量過于小時，訓練程度不足，而當訓練樣本量增加到一定量時則達到最佳效果；當參與評價的相關因素集數(shù)量，即樣本維數(shù)較多時，訓練效果也未有明顯改進，由于因素之間的交互效應，甚至可能會有退化現(xiàn)象。采用可拓最優(yōu)組合賦權法克服上述缺點，如果某個因素變量對滑坡貢獻不大但也參與了運算，不會對最終評價結(jié)果有大的影響，同時訓練樣本的量的大小通過可拓最優(yōu)組合賦權法，會對其不同的影響進行權重分配，因素之間的交互效應通過最優(yōu)組合賦權法克服，大大地提高評價的準確性能。技術實現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的是提供一種基于可拓最優(yōu)組合賦權法的滑坡危險性評價方法，解決了單變量模型及決策樹算法等評判方法在評判時，過于單一而導致的片面性的問題。本發(fā)明所采用的技術方案是，一種基于可拓最優(yōu)組合賦權法的滑坡危險性評價方法，具體按照以下步驟實施：步驟1：選取滑坡危險性評價指標并規(guī)范化；步驟2：不斷調(diào)整適宜的權重系數(shù)，構(gòu)建用于滑坡危險性評價的可拓最優(yōu)模型；步驟3：計算綜合關聯(lián)函數(shù)值，根據(jù)危險性評價等級關聯(lián)度大小評定危險性等級。本發(fā)明的特點還在于：步驟1中滑坡危險性評價指標的選取采用通徑分析結(jié)合劉希林模型進行選取，屬于一種多元統(tǒng)計技術，利用間接通徑效果部分與直接通徑效果部分組合表示每一個因變量與自變量的簡單相關系數(shù)，提高變量篩選的準確性；對滑坡危險性評價指標進行直線型規(guī)范化處理。通徑分析結(jié)合劉希林模型具體過程為：將危險性因子指標進行直線型規(guī)范化處理后，代入通徑分析模型中：正指標：逆指標：其中，代表的是第xj個區(qū)劃單元的第xi個指標實際值，表示未規(guī)范化前危險性因子指標元素，sup(m)、inf(m)都為指標規(guī)范化值，sup(m)、inf(m)分別為指標危險頂級取值論域的上確界、下確界；通徑分析基本模型如下：可利用間接通徑效果部分與直接通徑效果部分組合表示每一個因變量與自變量的簡單相關系數(shù)，式中，xixj表示矩陣x的i行j列，表示自變量間的相關系數(shù)，為xi對y的直接影響即直接通徑系數(shù)，為通過xj變量對y的間接影響即間接通徑，表示自變量、因變量間的相關系數(shù)，xi對y直接與間接影響總和，k表示矩陣維數(shù)；危險度因變量y可利用劉希林模型危險性評價方法計算：y＝0.2353g(l1)+0.2353g(l2)+0.2267g(l3)+0.1176g(s1)+0.1029g(s2)+0.0892g(s3)+0.07883g(s4)+0.06732g(s5)g(l1)、g(l2)、g(l3)、g(s1)、g(s2)、g(s3)、g(s4)、g(s5)是量化滑坡各因子指標的值；代入8個所選因子作為自變量，危險度y作為因變量進行開展分析計算，得出通徑系數(shù)則各變量和因變量兩者間的相關系數(shù)，根據(jù)相關系數(shù)大小進行因子選取。步驟2具體為：假定有m個待評價的地區(qū)，每個待評價區(qū)有n個評價指標進行評價，那么構(gòu)建的初始樣本為：s＝{s1,s2,…,sm}si＝{xi1,xi2,…xij,…,xin}式中，i＝1,2,…,m，j＝1,2,…,n，xij表示第i個樣本的第j項評價指標的值；若ω′i為經(jīng)過三標度法的層次分析法獲得的權重，同時通過熵值法計量之后，獲得ω″i這一權重值；假設同一層次中有n個元素，用三標度法構(gòu)建判斷矩陣w：其中：計算三標度構(gòu)造矩陣的行要素之和：wij表示i元素與j元素的相對重要性，ki表示矩陣w的i元素之和；計算矩陣s中元素xij：兩個基點比較要素即為與最大值kmax、最小值kmin相對應的要素，bm＝kmax/kmin表示相對重要性程度；計算規(guī)范化后的權值：根據(jù)信息熵的理論和方法，構(gòu)建的災害熵計算模型：其中，egd(j)的數(shù)值越大，其對地質(zhì)災害的貢獻發(fā)揮較小的作用，egd(j)代表第j項評價指標的“地質(zhì)災害熵”；k代表系數(shù)，pij代表的是評價指標出現(xiàn)的頻率，rij代表第i個樣本的第j項評價指標規(guī)范化以后的值，無量綱；第j項評價指標的權重通過災害熵計算ω″i：假設ωz為組合權重，其數(shù)值是兩者的線性加權，下面為其表達式：ωz＝αω′i+βω″i(11)其中，i∈[1,m]，α,β≥0；α2+β2＝1，α,β分別代表兩種權重的分配系數(shù)；根據(jù)簡單線性加權，有組合權重ωz計算的第i個樣本的綜合評價值為：當滿足α,β≥0；α2+β2＝1時，達到最大；基于此，構(gòu)建以下最優(yōu)化模型：求解該最優(yōu)化模型，并進行規(guī)范化處理后得到：α′、β′分別為求解最優(yōu)化模型的計算結(jié)果，α″、β″分別為規(guī)范化后的結(jié)果，rij代表第i個樣本的第j項評價指標規(guī)范化以后的值，無量綱；綜上所述，最優(yōu)化組合賦權模型：ω＝α″ω′i+β″ω″i(14)。步驟3具體為：①確定經(jīng)典域和節(jié)域令其中，noi表示滑坡危險性第i個等級，i＝1,2,…,m；c代表滑坡危險性等級noi的評價指標全體，cj代表滑坡危險性等級noi的評價指標，j＝1,2,…,n；voin為noi關于cj所規(guī)定的量值范圍，aoin、boin分別表示滑坡危險性可拓區(qū)間，roi表示滑坡危險性各等級關于對應的評價指標規(guī)范化后的數(shù)據(jù)范圍即經(jīng)典域；其中，p是滑坡危險性等級的全體，vpj是p有關cj而選取的量值范圍，j＝1,2,…,n，rp為節(jié)域；②確定待評物元針對待評滑坡p，通過用物元r來表示搜集的信息數(shù)據(jù)，將其稱作待評物元：其中，p為滑坡危險性評價單元；vj為j關于評價指標cj的量值，也就是待評滑坡搜集到的詳細數(shù)據(jù)資料，j＝1,2,…,n；③根據(jù)距的定義確定關聯(lián)函數(shù)值待評滑坡與滑坡危險性等級的關聯(lián)函數(shù)值可按下式進行計算：式中，vi∈voji；根據(jù)上述求得的關聯(lián)函數(shù)值，待評滑坡p關于滑坡危險性等級j的關聯(lián)度，按下式計算：式中：ω為各特征指標的權重值；kjo(p)＝max{k1(p),k2(p),…,km(p)}(20)。本發(fā)明的有益效果是：①評價指標優(yōu)選：影響滑坡危險性的因素很多，如何選取最有效的危險性因子是滑坡危險性評價工作的一項重要的內(nèi)容，在本區(qū)域及相鄰區(qū)域利用劉希林模型計算出的滑坡危險度作為因變量y，對8個評價因子進行通徑分析，提高評價的可靠性；②危險性評價因子權重計算中，引入最優(yōu)化思想構(gòu)建最優(yōu)化模型，求解最優(yōu)權重并進行規(guī)范化處理，最終形成最優(yōu)化組合賦權模型；③選用可拓最優(yōu)組合賦權法進行滑坡危險性評價，增強評價結(jié)果的可信度，避免因為評價方法過于單一而導致的片面性，從而可以在滑坡災害中有效地提醒人們預防災害發(fā)生。附圖說明圖1是本發(fā)明基于可拓最優(yōu)組合賦權法的滑坡危險性評價方法流程圖。具體實施方式下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明進行詳細說明。本發(fā)明一種基于可拓最優(yōu)組合賦權法的滑坡危險性評價方法，如圖1所示，具體按照以下步驟實施：步驟1：選取滑坡危險性評價指標并規(guī)范化；滑坡危險性評價指標的選取采用通徑分析結(jié)合劉希林模型進行選取，屬于一種多元統(tǒng)計技術，利用間接通徑效果部分與直接通徑效果部分組合表示每一個因變量與自變量的簡單相關系數(shù)，提高變量篩選的準確性；對滑坡危險性評價指標進行直線型規(guī)范化處理。通徑分析結(jié)合劉希林模型具體過程為：將危險性因子指標進行直線型規(guī)范化處理后，代入通徑分析模型中：正指標：逆指標：其中，代表的是第xj個區(qū)劃單元的第xi個指標實際值，表示未規(guī)范化前危險性因子指標元素，sup(m)、inf(m)都為指標規(guī)范化值，sup(m)、inf(m)分別為指標危險頂級取值論域的上確界、下確界；通徑分析基本模型如下：可利用間接通徑效果部分與直接通徑效果部分組合表示每一個因變量與自變量的簡單相關系數(shù)，式中，xixj表示矩陣x的i行j列，表示自變量間的相關系數(shù)，為xi對y的直接影響即直接通徑系數(shù)，為通過xj變量對y的間接影響即間接通徑，表示自變量、因變量間的相關系數(shù)，xi對y直接與間接影響總和，k表示矩陣維數(shù)；危險度因變量y可利用劉希林模型危險性評價方法計算：y＝0.2353g(l1)+0.2353g(l2)+0.2267g(l3)+0.1176g(s1)+0.1029g(s2)+0.0892g(s3)+0.07883g(s4)+0.06732g(s5)g(l1)、g(l2)、g(l3)、g(s1)、g(s2)、g(s3)、g(s4)、g(s5)是量化滑坡各因子指標的值；代入8個所選因子作為自變量，危險度y作為因變量通過spss16.0軟件來開展分析計算，得出通徑系數(shù)則各變量和因變量兩者間的相關系數(shù)，根據(jù)相關系數(shù)大小進行因子選取。步驟2：不斷調(diào)整適宜的權重系數(shù)，構(gòu)建用于滑坡危險性評價的可拓最優(yōu)模型。改進層次分析法主要反映主觀權重，災害熵主要反映客觀權重。為了能有效地降低主觀因素的干擾，又可以合理地排除數(shù)據(jù)處理中出現(xiàn)的奇異數(shù)據(jù)，引入一定的數(shù)學方法(最優(yōu)組合賦權法)對這兩種方法計算的權重值進行合理組合。假定有m個待評價的地區(qū)，每個待評價區(qū)有n個評價指標進行評價，那么構(gòu)建的初始樣本為：s＝{s1,s2,…,sm}si＝{xi1,xi2,…xij,…,xin}式中，i＝1,2,…,m，j＝1,2,…,n，xij表示第i個樣本的第j項評價指標的值；若ω′i為經(jīng)過三標度法的層次分析法獲得的權重，同時通過熵值法計量之后，獲得ω″i這一權重值；假設同一層次中有n個元素，用三標度法構(gòu)建判斷矩陣w：其中：計算三標度構(gòu)造矩陣的行要素之和：wij表示i元素與j元素的相對重要性，ki表示矩陣w的i元素之和；計算矩陣s中元素xij：兩個基點比較要素即為與最大值kmax、最小值kmin相對應的要素，bm＝kmax/kmin表示相對重要性程度；計算規(guī)范化后的權值：根據(jù)信息熵的理論和方法，構(gòu)建的災害熵計算模型：其中，egd(j)的數(shù)值越大，意味著其對地質(zhì)災害的貢獻發(fā)揮較小的作用，egd(j)代表第j項評價指標的“地質(zhì)災害熵”；k代表系數(shù)，pij代表的是評價指標出現(xiàn)的頻率，rij代表第i個樣本的第j項評價指標規(guī)范化以后的值，無量綱；第j項評價指標的權重通過災害熵計算ω″i：假設ωz為組合權重，其數(shù)值是兩者的線性加權，下面為其表達式：ωz＝αω′i+βω″i(11)其中，i∈[1,m]，α,β≥0；α2+β2＝1，α,β分別代表兩種權重的分配系數(shù)；根據(jù)簡單線性加權，有組合權重ωz計算的第i個樣本的綜合評價值為：通常而言，di(ωz)的值越大，表示評價愈優(yōu)。在諸多評價指標內(nèi)，若選擇的各指標權重系數(shù)不合理，最終會導致評價對象之間的多指標綜合評估價值之間無法體現(xiàn)出明顯的差別，不利于排序工作的開展。所以，要盡可能使di(ωz)分散。也就是說，當滿足α,β≥0；α2+β2＝1時，達到最大；基于此，構(gòu)建以下最優(yōu)化模型：求解該最優(yōu)化模型，并進行規(guī)范化處理后得到：α′、β′分別為matlab軟件計算結(jié)果，α″、β″分別為規(guī)范化后的結(jié)果，rij代表第i個樣本的第j項評價指標規(guī)范化以后的值，無量綱；綜上所述，最優(yōu)化組合賦權模型：ω＝α″ω′i+β″ω″i(14)。步驟3：計算綜合關聯(lián)函數(shù)值，根據(jù)危險性評價等級關聯(lián)度大小評定危險性等級，具體為：①確定經(jīng)典域和節(jié)域令其中，noi表示滑坡危險性第i個等級，i＝1,2,…,m；c代表滑坡危險性等級noi的評價指標全體，cj代表滑坡危險性等級noi的評價指標，j＝1,2,…,n；voin為noi關于cj所規(guī)定的量值范圍，aoin、boin分別表示滑坡危險性可拓區(qū)間，roi表示滑坡危險性各等級關于對應的評價指標規(guī)范化后的數(shù)據(jù)范圍即經(jīng)典域；其中，p是滑坡危險性等級的全體，vpj是p有關cj而選取的量值范圍，j＝1,2,…,n，rp為節(jié)域；②確定待評物元針對待評滑坡p，通過用物元r來表示搜集的信息數(shù)據(jù)，將其稱作待評物元：其中，p為滑坡危險性評價單元；vj為j關于評價指標cj的量值，也就是待評滑坡搜集到的詳細數(shù)據(jù)資料，j＝1,2,…,n；③根據(jù)距的定義確定關聯(lián)函數(shù)值待評滑坡與滑坡危險性等級的關聯(lián)函數(shù)值可按下式進行計算：式中，vi∈voji；根據(jù)上述求得的關聯(lián)函數(shù)值，待評滑坡p關于滑坡危險性等級j的關聯(lián)度，按下式計算：式中：ω為各特征指標的權重值；kjo(p)＝max{k1(p),k2(p),…,km(p)}(20)。實施例1對陜西漢陰縣滑坡應用本申請?zhí)岢龅目赏刈顑?yōu)組合賦權法進行滑坡危險性評價，下面介紹該方法的使用步驟并驗證其有效性。步驟1、評價指標值的獲取和規(guī)范化處理首先根據(jù)實際情況，可選的滑坡影響因素包括滑帶含水量、裂縫大小、巖體成分、滑坡發(fā)生頻率、滑帶應力狀態(tài)、斷層雨水侵蝕、滑帶破壞程度、人為因素、坡度、斷裂密度等8個。模型中最終確定的評價因子指標共八項，如下分別為l1(滑帶含水量)、s1(裂縫大小)、l2(滑坡發(fā)生頻率)、s2(滑帶應力狀態(tài))、s4(斷層雨水侵蝕)、s3(滑帶破壞程度)、s5(巖體成分)、l3(斷裂密度)等，本申請在示范區(qū)及相鄰區(qū)域選取15條典型滑坡帶，利用劉希林模型計算出的滑坡危險度作為因變量y，對上述8個評價因子的值進行正指標規(guī)范：利用通徑分析模型公式(3)進行通徑分析：其中，危險度因變量y可按以下公式計算：y＝0.2353g(l1)+0.2353g(l2)+0.2267g(l3)+0.1176g(s1)+0.1029g(s2)+0.0892g(s3)+0.07883g(s4)+0.06732g(s5)表1漢陰縣滑坡危險性因子取值表2滑坡危險性因子賦值指標賦值g(l1)g(l2)g(l3)g(s1)g(s2)g(s3)g(s4)g(s5)漢陰縣0.80.80.60.60.810.60,.6由劉希林模型計算公式可算得危險度值y＝0.78。通過代入8個所選因子作為自變量，危險度y作為因變量進行spss16.0軟件來開展分析計算，得出通徑系數(shù)各自變量和因變量兩者間的相關系數(shù)，如表3所示。表3相關系數(shù)及單側(cè)顯著性檢驗表1計算結(jié)果可看出，從選出的8個危險性評價因子進行分析后，按相關系數(shù)從大到小的順序為：l1(0.697)>s4(0.691)>s2(0.589)>s1(0.576)>s3(0.532)>l3(0.416)>s5(0.307)>l2(0.114)相比而言，這三個因子對該區(qū)域泥石流危險度的貢獻較小，遠不及其他因子。所以，在進行泥石流危險性評價時，在不失評價真實性的前提下，為了簡化評價過程，基于通徑分析后的優(yōu)選評價因子為l1、s4、s2、s1、s3、l3。步驟2、基于最優(yōu)組合賦權法確定各評價指標的權重。根據(jù)改進的層次分析法確定的指標主觀權重系數(shù)ω′i為：ω′1＝{0.2890.1140.1820.1330.0480.1080.131}基于災害熵確定的客觀權重系數(shù)ω'2為：ω′2＝{0.2130.1620.1970.1250.0580.1460.166}根據(jù)建立最優(yōu)組合賦權模型，并用matlab編程求解并進行規(guī)范化后的解為：α″＝0.569，β″＝0.448。然后依據(jù)公式：ω＝α″ω′i+β″ω″i，得到最終組合權重ω＝{0.2600.1370.1920.1320.0530.1270.149}。步驟3、計算待評物元的關聯(lián)度①經(jīng)典域和節(jié)域的建立用no1,no2,no3,no4分別對應表示滑坡危險性的輕度危險、中度危險、高度危險、極度危險等評價等級?；挛ｋU性評價的節(jié)域物元為rp：②待評滑坡危險性評價的物元為r：計算漢陰縣滑坡危險性評價等級的關聯(lián)度。表4滑坡危險性評價指標關聯(lián)度數(shù)值k(v1)k(v2)k(v3)k(v4)k(v5)k(v6)輕度危險-0.112-0.1140.112-0.196-0.1140.012中度危險-0.278-0.210-0.146-0.079-0.287-0.146高度危險-0.345-0.217-0.235-0.217-0.218-0.235極度危險-0.0160.031-0.392-0.361-0.018-0.231根據(jù)評價指標權重值，計算漢陰縣滑坡危險性評價結(jié)果，見表5。表5危險性評價結(jié)果滑坡危險性評價本身是一個復雜的系統(tǒng)問題，為使評價過程更全面從系統(tǒng)理論出發(fā)，基于可拓最優(yōu)組合賦權法，對陜西漢陰縣滑坡進行危險性評價。與劉希林模型評價結(jié)果及現(xiàn)場勘察報告結(jié)論相比較，評價過程更加全面，結(jié)果更加可靠，與實際相貼近。當前第1頁12