基于主成分和层次分析法的热融地质灾害易发性评价方法与流程

1.本发明涉及地质灾害研究技术领域，更具体的说是涉及基于主成分和层次分析法的热融地质灾害易发性评价方法。


背景技术：

2.地质灾害易发性评价是以基础地质环境条件(内在控制因素)为出发点，静态考察地质灾害在相对稳定的孕灾环境中发生的可能性大小，有利于分别对地质灾害发生原因进一步进行综合研究，为地质灾害治理时提供依据。
3.当前，基于地理信息系统gis的滑坡地质灾害评价方法大致可以分为统计分析方法和数学模型法两类。统计分析法中比较常见的方法有层次分析法、频率比法、证据权法和逻辑回归等；数学模型法中比较常用的有神经网络模型法、模糊综合评判法、信息量模型、支持向量机模型法等。其中层次分析法(ahp)能够将复杂目标简单化处理，通过层次分析将目标分解为多个不同的指标，构建多层次分析的结构模型，多应用于综合评价指标体系的建立，应用最为广泛，但是无法消除评价因子之间的相关性。并且，对于热融地质灾害(热融滑塌、融冻泥流、热融沉陷)的易发性评价暂无明确系统的评价方法。
4.因此，如何提供一种基于主成分和层次分析法的热融地质灾害易发性评价方法是本领域技术人员亟需解决的问题。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明提供了一种基于主成分和层次分析法的热融地质灾害易发性评价方法，可为多年冻土区热融地质灾害的风险评价提供技术支持。
6.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
7.基于主成分和层次分析法的热融地质灾害易发性评价方法，包括：
8.构建评价指标体系，并基于各评价指标建立判断矩阵；
9.基于判断矩阵并通过层次分析法计算各评价指标初始权重；
10.对各评价指标初始权重进行主成分分析，得到各评价指标的特征值及特征值对应的贡献率，基于特征值和贡献率选取主成分，得到各评价指标最终权重；
11.对各评价指标进行归一化，基于归一化结果和最终权重得到地质灾害易发性评价结果；
12.确定易发程度分区的分界点，将地质灾害易发性程度评价结果进行分级，得到热融地质灾害易发性区划图和危险性区划图。
13.优选地，基于已有地质灾害群体统计分析和地质灾害形成条件分析，将评价指标分为发育因子、基础因子、引发因子和特殊因子。
14.优选地，发育因子包括灾害点密度、灾害体规模、灾害体体积和灾害体稳定性；基础因子包括斜坡坡度、坡向、岩土体类型、地质构造、地下水类型和植被类型；引发因子包括降水量、人类工程活动和地震裂度；特殊因子包括气温变化率和多年冻土类型，其中，岩土
体类型、地质构造、地下水类型、植被类型和多年冻土类型为定量指标，灾害点密度、规模、体积、稳定性、斜坡坡度、坡向、降水量、人类工程活动、地震裂度和气温变化率为定性指标。
15.优选地，基于判断矩阵通过层次分析法计算各评价指标初始权重具体包括：
16.将判断矩阵每一列数据进行归一化；
17.对归一化的矩阵按行进行求和；
18.将求和后的向量归一化后为特征向量；
19.通过特征向量计算各评价指标初始权重。
20.优选地，通过gis技术得到热融地质灾害易发性区划图；
21.根据热融地质灾害易发性区划图计算灾害损失，得到危险性区划图。
22.优选地，选取贡献率＞70％、特征值λ＞1的评价指标作为主成分。
23.优选地，研究区分为高易发区、中易发区和低易发区三个不同等级的区域。
24.优选地，基于归一化结果和最终权重得到地质灾害易发性评价结果具体包括：
25.对研究区各评价指标归一化的结果乘评价指标对应的最终权重并求和，得到地质灾害易发性评价结果。
26.经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种基于主成分和层次分析法的热融地质灾害易发性评价方法，将主成分分析法(pca)与层次分析法相结合，可以最大化地减少指标间的相关性，在保持主要信息的前提下，以少量具有代表性的主要指标描述实际情况，获取各个指标的客观权重，提高了评价质量，可为多年冻土区热融地质灾害的风险评价提供技术支持。
附图说明
27.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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本发明的实施例，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获得其他的附图。
28.图1为本发明提供的基于主成分和层次分析法的热融地质灾害易发性评价方法流程图。
29.图2为本发明评价指标关系图。
具体实施方式
30.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。
31.本发明实施例公开了一种基于主成分和层次分析法的热融地质灾害易发性评价方法，如图1所示，包括：
32.构建评价指标体系，并基于各评价指标建立判断矩阵；
33.基于判断矩阵并通过层次分析法计算各评价指标初始权重；
34.对各评价指标初始权重进行主成分分析，得到各评价指标的特征值及特征值对应
的贡献率，基于特征值和贡献率选取主成分，得到各评价指标最终权重；
35.对各评价指标进行归一化，基于归一化结果和最终权重得到地质灾害易发性评价结果；
36.确定易发程度分区的分界点，将地质灾害易发性程度评价结果进行分级，得到热融地质灾害易发性区划图和危险性区划图。
37.本实施例中，地质灾害易发区系指容易产生地质灾害的区域，分区的原理是工程地质类比法，即类似的静态与动态环境条件，产生类似的地质灾害；过去地质灾害多发的地区，也是以后地质灾害多发的地区。地质灾害易发程度区划侧重的是热融滑塌、融冻泥流、热融沉陷等，灾害发育的数量多少和活跃程度，基于此建立评价指标体系。
38.基于已有地质灾害群体统计分析和地质灾害形成条件分析将评价指标分为发育因子、基础因子、引发因子和特殊因子；其中发育因子主要参考已有地质灾害群体的统计特征，基础因子和引发因子主要参考可能形成地质灾害的各类地质环境背景特征。
39.如图2所示，发育因子包括灾害点密度、规模、体积和稳定性；基础因子包括斜坡坡度、坡向、岩土体类型、地质构造、地下水类型和植被类型；引发因子包括降水量、人类工程活动和地震裂度；特殊因子包括气温变化率和多年冻土类型，其中，岩土体类型、地质构造、地下水类型、植被类型和多年冻土类型为定量指标，灾害点密度、规模、体积、稳定性、斜坡坡度、坡向、降水量、人类工程活动、地震裂度和气温变化率为定性指标，对于定量指标，取其原始观测值，并作适当的数值变换即可；对于定性指标，需要建立一个评价指标的分级划分标准，根据各项指标对不同级别的相对贡献进行取值。
40.在本实施例中，基于判断矩阵通过层次分析法计算各评价指标初始权重具体包括：
41.将判断矩阵每一列数据进行归一化；
42.对归一化的矩阵按行进行求和；
43.将求和后的向量归一化后为特征向量；
44.通过特征向量计算各评价指标初始权重。
45.在本实施例中，将累计贡献率＞70％、特征值λ＞1作为主成分提取的原则；根据各评价指标的含义及在主成分中系数值的大小和符号来进行主成分解释，主成分主要反映系数较大的指标信息。
46.在本实施例中，各评价指标的最终权重通过评价指标所在主成分对应的特征值除以总特征值之和确定。
47.在本实施例中，合理地确定易发程度分区界线值也是区划的关键环节之一。一般采用突变点法和等间距法。经过统计分析，从中找出突变点作为易发程度分区界线值，将区域划分为高易发区、中易发区和低易发区三个不同等级的区域。
48.根据分级情况，通过gis技术得到热融地质灾害易发性区划图；
49.根据热融地质灾害易发性区划图计算灾害损失，得到危险性区划图。
50.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
51.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

技术特征：
1.基于主成分和层次分析法的热融地质灾害易发性评价方法，其特征在于，包括：构建评价指标体系，并基于各评价指标建立判断矩阵；基于判断矩阵并通过层次分析法计算各评价指标初始权重；对各评价指标初始权重进行主成分分析，得到各评价指标的特征值及特征值对应的贡献率，基于特征值和贡献率选取主成分，得到各评价指标最终权重；对各评价指标进行归一化，基于归一化结果和最终权重得到地质灾害易发性评价结果；确定易发程度分区的分界点，将地质灾害易发性程度评价结果进行分级，得到热融地质灾害易发性区划图和危险性区划图。2.根据权利要求1所述的基于主成分和层次分析法的热融地质灾害易发性评价方法，其特征在于，基于已有地质灾害群体统计分析和地质灾害形成条件分析，将评价指标分为发育因子、基础因子、引发因子和特殊因子。3.根据权利要求2所述的基于主成分和层次分析法的热融地质灾害易发性评价方法，其特征在于，发育因子包括灾害点密度、灾害体规模、灾害体体积和灾害体稳定性；基础因子包括斜坡坡度、坡向、岩土体类型、地质构造、地下水类型和植被类型；引发因子包括降水量、人类工程活动和地震裂度；特殊因子包括气温变化率和多年冻土类型，其中，岩土体类型、地质构造、地下水类型、植被类型和多年冻土类型为定量指标，灾害点密度、规模、体积、稳定性、斜坡坡度、坡向、降水量、人类工程活动、地震裂度和气温变化率为定性指标。4.根据权利要求1所述的基于主成分和层次分析法的热融地质灾害易发性评价方法，其特征在于，基于判断矩阵通过层次分析法计算各评价指标初始权重具体包括：将判断矩阵每一列数据进行归一化；对归一化的矩阵按行进行求和；将求和后的向量归一化后为特征向量；通过特征向量计算各评价指标初始权重。5.根据权利要求1所述的基于主成分和层次分析法的热融地质灾害易发性评价方法，其特征在于，通过gis技术得到热融地质灾害易发性区划图；根据热融地质灾害易发性区划图计算灾害损失，得到危险性区划图。6.根据权利要求1所述的基于主成分和层次分析法的热融地质灾害易发性评价方法，其特征在于，选取贡献率＞70％、特征值λ＞1的评价指标作为主成分。7.根据权利要求1所述的基于主成分和层次分析法的热融地质灾害易发性评价方法，其特征在于，研究区分为高易发区、中易发区和低易发区三个不同等级的区域。8.根据权利要求1所述的基于主成分和层次分析法的热融地质灾害易发性评价方法，其特征在于，基于归一化结果和最终权重得到地质灾害易发性评价结果具体包括：对研究区各评价指标归一化的结果乘评价指标对应的最终权重并求和，得到地质灾害易发性评价结果。

技术总结
本发明公开了一种基于主成分和层次分析法的热融地质灾害易发性评价方法，包括：构建评价指标体系，建立判断矩阵；通过层次分析法计算各评价指标初始权重；对各评价指标初始权重进行主成分分析，得到各评价指标的特征值及特征值对应的贡献率，基于特征值和贡献率选取主成分，得到各评价指标最终权重；对各评价指标进行归一化，基于归一化结果和最终权重得到地质灾害易发性评价结果；确定易发程度分区的分界点，将地质灾害易发性程度评价结果进行分级，得到热融地质灾害易发性区划图和危险性区划图。本发明将主成分分析法与层次分析法相结合，可以最大化地减少指标间的相关性，可为多年冻土区热融地质灾害的风险评价提供技术支持。持。持。


技术研发人员：周保 唐太斌 魏赛拉加 张睿 张永艳 李银 刘子龙 孙皓
受保护的技术使用者：青海省地质环境监测总站
技术研发日：2023.06.21
技术公布日：2023/9/16