留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

采用多模型融合方法评价滑坡灾害易发性:以湖北省五峰县为例

连志鹏 徐勇 付圣 陈丽霞 刘磊

连志鹏, 徐勇, 付圣, 陈丽霞, 刘磊. 采用多模型融合方法评价滑坡灾害易发性:以湖北省五峰县为例[J]. 地质科技通报, 2020, 39(3): 178-186. doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.2020.0319
引用本文: 连志鹏, 徐勇, 付圣, 陈丽霞, 刘磊. 采用多模型融合方法评价滑坡灾害易发性:以湖北省五峰县为例[J]. 地质科技通报, 2020, 39(3): 178-186. doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.2020.0319
Lian Zhipeng, Xu Yong, Fu Sheng, Chen Lixia, Liu Lei. Landslide susceptibility assessment based on multi-model fusion method: A case study in Wufeng County, Hubei Province[J]. Bulletin of Geological Science and Technology, 2020, 39(3): 178-186. doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.2020.0319
Citation: Lian Zhipeng, Xu Yong, Fu Sheng, Chen Lixia, Liu Lei. Landslide susceptibility assessment based on multi-model fusion method: A case study in Wufeng County, Hubei Province[J]. Bulletin of Geological Science and Technology, 2020, 39(3): 178-186. doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.2020.0319

采用多模型融合方法评价滑坡灾害易发性:以湖北省五峰县为例

doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.2020.0319
基金项目: 

国家自然科学基金项目 41877525

国家自然科学基金项目 41641012

国家自然科学基金项目 41702383

中国地质调查局二级项目(D5.7.3)科研专题"武陵山区城镇地质灾害风险评估技术指南" 

滑坡整体稳定性分析的三维严格极限平衡法研究(0001212019CC60014)三峡后续工作地质灾害防治项目 0001212019CC60014

详细信息
    作者简介:

    连志鹏(1985-), 男, 高级工程师, 主要从事地质灾害风险评估研究。E-mail:119593730@qq.com

    通讯作者:

    陈丽霞(1979-), 女, 副教授, 主要从事滑坡灾害预测预报、风险分析与管理研究。E-mail:ch_l_x@163.com

  • 中图分类号: P642.22

Landslide susceptibility assessment based on multi-model fusion method: A case study in Wufeng County, Hubei Province

  • 摘要: 不同的易发性评价模型可以得到有差异的滑坡空间预测结果,选取最优模型甚至综合各模型的优势是提高易发性评价精度的有效方法。为检验模型融合思路的有效性,以鄂西地区五峰县渔洋关镇为研究区,提取坡度、地层、断层、河流、公路等7个滑坡成因条件,分别采用信息量模型、证据权模型和频率比模型进行滑坡易发性评价;并将3种模型分别进行归一化、主成分分析(PCA,Principal component analysis)和优势融合,得到了6幅易发性分区图。结果表明:优势耦合模型精度最高(90.3%),频率比模型次之(89.7%),归一化融合模型和PCA融合模型分别为89.3%和89.1%,以上4种结果的精度均高于证据权模型(87.7%)和信息量模型(87.6%);6幅预测图对应的评价结论与历史滑坡空间分布的实际情况相符。空间一致性对比结论表明,主成分融合模型与优势耦合模型的同格率高达68%,其预测结果避免了单个模型预测结论带来的偶然性和片面性,说明多模型融合方法与优势耦合模型在提高滑坡易发性预测精度上是可行性的,该思路对其他地区滑坡灾害易发性评价具有借鉴意义。

     

  • 图 1  研究流程图

    Figure 1.  Sketch of research approach

    图 2  优势耦合模型流程图

    Figure 2.  Sketch of advantage fusion method

    图 3  研究区区位图和工程平面图(组名下同)

    Figure 3.  Location of the study area and mapping of engineering geology

    图 4  不同易发性模型分区结果

    Figure 4.  Landslide mapping by different susceptibility models

    图 5  3种单一模型和2种融合模型预测的成功率曲线

    Figure 5.  ROC curves of five models for landslide susceptibility mapping

    图 6  优势耦合模型预测的成功率曲线

    Figure 6.  ROC curves of advantage fusion model for landslide susceptibility mapping

    图 7  优势耦合模型与主成分融合模型的预测差异图

    Figure 7.  Landslide prediction differences between advantage fusion model and PCA fusion model

    图 8  优势耦合模型与主成分融合模型分类差异

    Figure 8.  Classification difference mapping between advantage fusion model and PCA fusion model

    图 9  皮家坡滑坡全貌及滑坡分区图

    Figure 9.  Overall view and zoning map of Pijiapo landslide

    表  1  成灾因子的信息量值(I)、证据权值(C)和频率比值(F)

    Table  1.   Information value (I), weights of evidence value (C) and frequency ratio value (F) of landslide affecters

    成灾因子 分级指标 I C F
    高程/m [0, 170] 0 0 0
    (170, 204] -0.49 -1.25 0.33
    (204, 306] 0.26 1.56 1.84
    (306, 442] -0.24 -0.72 0.58
    (442, 680] 0 -0.12 0
    坡度/(°) [0, 15] -0.41 -1.2 0.39
    (15, 40] 0.16 1.37 1.46
    (40, 55] -0.46 -1.12 0.35
    (55, 90] 0 -0.01 0
    坡向 平地 -1.84 -4.38 0.01
    0.15 0.37 1.40
    东北 -0.05 -0.14 0.89
    0.21 0.54 1.60
    东南 -0.36 -0.9 0.44
    -0.03 -0.08 0.93
    西南 -0.63 -1.55 0.23
    西 0.05 0.14 1.13
    西北 0.21 0.59 1.63
    0.45 1.2 2.85
    至公路距离/m > 50 -0.01 -0.12 0.99
    ≤50 0.05 0.12 1.11
    地层岩性
    (分级指标代号同图 1)
    Qal+pl -2.21 -5.19 0.01
    Qdl+el 0.77 2.44 5.83
    P1mn 0 -0.01 0
    P1q 0 -0.01 0
    C2hn 0 0 0
    D3x 0 -0.01 0
    D3h 0 -0.01 0
    D2y 0 -0.06 0
    S2s 0.16 0.48 1.43
    S1lr -0.22 -0.6 0.6
    S1l 0 -0.15 0
    O2b 0 -0.04 0
    O2g 0.51 1.27 3.26
    O1d -2.06 -4.79 0.01
    O1h 0 -0.04 0
    O1n 0 -0.04 0
    2sn 0 -0.01 0
    至断层距离/m > 100 0.01 0.24 1.03
    ≤100 -0.09 -0.24 0.81
    至河流距离/m > 50 0.01 0.19 1.03
    ≤50 -0.07 -0.19 0.85
    下载: 导出CSV

    表  2  主成分融合模型与优势耦合模型预测易发性等级转移矩阵

    Table  2.   Transition matrix between PCA fusion model and advantage fusion model

    所占比例/% 优势耦合模型易发等级
    极高 极低 合计
    主成分融合模型易发等级 极高 9.60 0.40 0.00 0.00 0.00 10.00
    0.40 14.34 5.26 0.00 0.00 20.00
    0.00 3.25 9.65 6.36 0.74 20.00
    0.00 0.33 3.85 10.60 5.22 20.00
    极低 0.00 1.67 1.25 3.04 24.04 30.00
    合计 10.00 20.00 20.00 20.00 30.00 100.00
    下载: 导出CSV
  • [1] Curden D M.A simple definition of a landslide[J].Bulletin of the International Association of Engineering Geology, 1991, 43(1):27-29. http://www.springerlink.com/content/lku4v57386836765/
    [2] Varnes D J.The principles and practice of landslide hazard zonation[M].Pairs:UNESCO Press, 1984.
    [3] 殷坤龙, 张桂荣, 陈丽霞, 等.滑坡灾害风险分析[M].武汉:中国地质大学出版社, 2010.
    [4] Zhang Y, Li D, Yin K, et al.The July 1, 2017 Wangjiawan landslide in Ningxiang County, China[J].Landslides, 2018, 15(8):1657-1662. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=2a1301109f7895f420e0d12b5f751ed4
    [5] Chen L X, Yin K L, Dai Y X.Building vulnerability evaluation in landslide deformation phase[J].Journal of Mountain Science, 2011, 8(2):286-295. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-SDKB201102024.htm
    [6] 石菊松, 徐瑞春, 石玲, 等.基于RS和GIS技术的清江隔河岩库区滑坡易发性评价与制图[J].地学前缘, 2007, 14(6):119-128. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=dxqy200706015
    [7] Chen L X, Westen C, Hussin H, et al.Integrating expert opinion with modelling for quantitative multi-hazard risk assessment in the Eastern Italian Alps[J].Geomorphology, 2016, 273(15):150-167. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=980ae1b393ffa2521149840b1d54ae51
    [8] Chen L, Guo Z, Yin K, et al.The influence of land use and land cover change on landslide susceptibility:A case study in Zhushan Town, Xuan'en County (Hubei, China)[J].Natural Hazards and Earth System Sciences, 2019, 19(10):2207-2228. http://www.researchgate.net/publication/334184530_The_influence_of_land_use_and_land_cover_change_on_landslide_susceptibility_A_case_study_in_Zhushan_Town_Xuanen_County_Hubei_China
    [9] Yin K, Yan T.Statistical prediction models for slope instability of metamorphosed rocks[C].Lausanne, Switzerland: Proc International Symposium on Landslides, 1988.
    [10] Fell R, Corominas J, Bonnard C, et al.Guidelines for landslide susceptibility, hazard and risk zoning for land-use planning[J].Engineering Geology, 2008, 102(3/4):85-98. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=c6b5190b7b2b9ee63bcea7f430226d58
    [11] Agterberg F.Combining indicator patterns in weights of evidence modeling for resource evaluation[J].Natural Resources Research, 1992, 1(1):39-50. doi: 10.1007/BF01782111
    [12] 张俞, 殷坤龙, 郭子正, 等.库水位变动联合降雨作用下麻柳林滑坡稳定性评价[J].地质科技情报, 2019, 38(6):198-205. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=dzkjqb201906023
    [13] 郭子正, 殷坤龙, 唐扬, 等.库水位下降及降雨作用下麻柳林滑坡稳定性评价与预测[J].地质科技情报, 2017, 36(4):260-265. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=dzkjqb201704035
    [14] Ran Q, Hong Y, Li W, et al.A modelling study of rainfall-induced shallow landslide mechanisms under different rainfall characteristics[J].Journal of Hydrology, 2018, 563:790-801. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=13ca64da39d7ff72bab9042527829dca
    [15] 杜浩, 汪洋, 周宏, 等.基于易发性评价的地质灾害利用区域选划研究[J].地质科技情报, 2018, 37(6):266-273. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=dzkjqb201806034
    [16] 苏凤环, 崔鹏, 张建强, 等.芦山地震重灾区崩塌滑坡易发性评价[J].山地学报, 2013, 31(4):502-509.
    [17] 张向营, 张春山, 孟华君, 等.基于Random Forest和AHP的贵德县北部山区滑坡危险性评价[J].水文地质工程地质, 2018, 25(4):142-149. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=swdzgcdz201804021
    [18] 王芳, 殷坤龙, 桂蕾, 等.不同日降雨工况下万州区滑坡灾害危险性分析[J].地质科技情报, 2018, 37(1):190-195. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=dzkjqb201801026
    [19] Dahal R K, Hasegawa S, Nonomura A, et al.GIS-based weights-of-evidence modelling of rainfall-induced landslides in small catchments for landslide susceptibility mapping[J].Environmental Geology, 2008, 54(2):311-324. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=f642459fa0e8a363352e79d24a76eefe
    [20] 郭子正, 殷坤龙, 黄发明, 等.基于滑坡分类和加权频率比模型的滑坡易发性评价[J].岩石力学与工程学报, 2019, 38(2):287-300. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=yslxygcxb201902008
    [21] 肖汉光, 蔡从中.特征向量的归一化比较性研究[J].计算机工程与应用, 2009, 45(22):117-119. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=jsjgcyyy200922038
    [22] 陈鲤江, 景程, 吴姚鑫, 等.数学表达式的归一化方法研究[J].浙江工业大学学报, 2012, 40(2):229-232. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=zjgydxxb201202026
    [23] 赵英时.遥感应用分析原理与方法[M].北京:科学出版社, 2013.
    [24] Fawcett T.An introduction to ROC analysis[J].Pattern Recognition Letters, 2006, 27(8):861-874. http://dl.acm.org/citation.cfm?id=1159475
    [25] Sterlacchini S, Ballabio C, Blahut J, et al.Spatial agreement of predicted patterns in landslide susceptibility maps[J].Geomorphology, 2011, 125(1):51-61. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=6f663dd4a608d55ce9d80c05f9ff7a8e
  • 加载中
图(9) / 表(2)
计量
  • 文章访问数:  951
  • PDF下载量:  475
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2019-03-08

目录

    /

    返回文章
    返回