一种输电线路地质灾害易发性评价方法、装置、介质

本发明涉及输电线路地质灾害分析领域，具体涉及一种输电线路地质灾害易发性评价方法、装置、介质。

背景技术：

1、极端“异常”天气逐渐“常态化”，强降水洪灾条件下输电线路塔基稳定性受到新的严重威胁。构建强降水洪灾条件下输电线路塔基稳定性综合风险评估技术变得尤为重要，对于提升重要线路塔基地质灾害快速识别、监测巡视与评估能力起到关键性作用。易发性作为地质灾害风险评估中的重要一步，本质是地质灾害的空间概率研究，根据不同的地质环境因素对地质灾害成生的影响规律，分析地质灾害的发生位置及特征。因此，进行输电线路地质灾害预测地质灾害的发生能够帮助人们及时采取措施，减少地质灾害灾害对输电线路塔基的破坏。

2、如周杰(2023)等人发明一种基于地质灾害易发性评价的新能源开发适宜性评价方法，该发明的新能源开发适宜性分级结果揭示了地区新能源开发适宜性分布情况及其规律，为地区新能源安全开发利用提供决策部署依据。如熊威(2023)等人发明一种基于时间序列的黄土地区公路边坡地质灾害易发性测试方法，该发明能提高层次分析法中判断矩阵构建的逻辑性，降低信息量计算中评价因子区间划分的合理性，最大程度降低人为主观因素对评价过程的影响，提升评价结果的客观公正和准确性。但是这些研究大多数将评价指标看作静态不变的，侧重探讨评价指标的筛选以及区间的划分，未考虑评价指标的动态变化对易发性预测的影响。

3、在进行输电线路塔基动态防控运维时，需要充分考虑各方面因素对地质灾害易发性分区的动态影响，以便为输电线路塔基的保护、修复等做出战略性的安排。而地质灾害的发育是静态和动态指标之间复杂的耦合作用结果，静态指标短时间内变化较小，例如地形地貌、地质构造等；动态指标短时间内变化较大，该变化可能导致影响地质灾害易发性的强度和空间分布不同评价结果，较多文献指出在进行易发性评价时需要考虑土地利用类型、归一化植被指数等对其结果的影响。因此，在输电线路地质灾害易发性研究中应当充分考虑动态指标变化对地质灾害发育的影响作用。

技术实现思路

1、为更深层次、高精度的为输电线路地质灾害的动态风险评估和动态防控运维提供提供易发性的预测，本发明提供了一种一种输电线路地质灾害易发性评价方法、装置、介质。

2、为了实现上述的技术特征，本发明的目的是这样实现的：一方面，提供一种输电线路地质灾害易发性评价方法，包括：

3、采集研究区历史地质灾害信息和评价指标数据，所述地质灾害信息包括地质灾害发生的地理位置，所述评价指标包括动态指标；

4、利用地理探测器中的因子探测器和交互作用探测器分析各评价指标的空间分异性和因子之间的相互作用来确定地质灾害发育的主要驱动指标，以所述主要驱动指标剔除初选评价指标中对地质灾害发育解释力小以及交互作用后解释力下降的评价指标；

5、基于元胞自动机-马尔科夫链模型，以t年、t+a年和t+2a年三期动态指标为基础，实现研究区t+3a年的动态指标的预测，以此建立t+3a年的评价指标体系，所述评价指标体系包含静态评价指标和t+3a年动态评价指标，所述t+3a年动态评价指标反映动态指标的变化；

6、基于历史地质灾害信息和评价指标体系构建样本数据集，利用样本数据集建立基于采用随机森林算法的易发性评价模型，对研究区t+3a年地质灾害易发性开展预测评价。

7、进一步地，通过地理信息系统对所有评价指标进行坐标系、研究范围和栅格单元大小的统一。

8、进一步地，上述空间分异及因子探测器表达式为：

9、

10、式中，h为因变量x的分层或分类数；nh和n分别为分层h和全区的样本单元数；l为因变量y或自变量因子x的分层，即分类或分区；σ2h和σ2分别是分层h和全区的y值的方差；

11、上述交互作用探测的影响模式有以下5种：

12、非线性减弱：q(xa∩xb)<min(q(xa)，q(xb))；单因子非线性减弱：min(q(xa)，q(xb))<q(xa∩xb)<max(q(xa)，q(xb))；双因子增强：q(xa∩xb)>max(q(xa)，q(xb))；独立：q(xa∩xb)＝q(xa)+q(xb)；非线性增强：q(xa∩xb)>q(xa)+q(xb)；

13、式中，q(xa∩xb)是自变量因子xa与xb交互后的解释力；q(xa)为自变量因子xa对于因变量y的解释力；q(xb)为自变量因子xb对于因变量y的解释力。

14、进一步地，上述元胞自动机模型的表达公式为：

15、at+1＝f(at,n)(2)

16、式中，at、at+1分别为t、t+1时刻元胞有限、离散的状态集合；n为元胞滤波器大小；f为局部空间内元胞的转换规则；

17、所述马尔科夫链模型表达公式为：

18、st+1＝pijst (3)

19、式中，st、st+1分别为t、t+1时刻动态指标状态；pij为动态指标转移概率矩阵，即i动态指标类型向j动态指标状态转移概率；

20、所述元胞自动机-马尔科夫链模型预测动态评价指标具体方法如下：

21、在地理信息系统中，通过“栅格转ascii”将所需数据转化为rst格式；导入idrisi软件后，对连续数据进行重分类为离散文件；基于栅格数据与元胞自动机模型中的元胞具有相似性，后续将每一个栅格视为一个元胞；

22、将t年和t+a年两期的动态指标分别添加到马尔科夫模型中，设置两期图像间隔年限和基于后一期图像预测年限均为a，设置允许模糊误差，并分别计算t年和t+a年两期的动态指标之间的转移概率矩阵；

23、在idrisi软件中通过mce模块来完成适宜性文件的制作；首先使用加权线性合并法来计算各个动态指标各子类的适应性图；计算完毕后使用集合编辑器将适应性图按照一定的顺序排列，从而得到最终的动态指标转换适宜性图集；

24、在idrisi软件中通过元胞自动机-马尔科夫链模型完成t+a年动态指标的模拟；设置t年动态指标为依据影像，设置马尔科夫链转移矩阵为马尔科夫链转换矩阵面积文件，将上述的转换适宜性图集设置为转换适宜性图集，设置元胞自动机模型循环次数为a，元胞自动机模型中邻域结构的设定默认为5×5型；

25、利用idrisi软件对比t+2a年预测动态指标与t+2a年实际动态指标，进行kappa指数的计算，公式如下：

26、

27、式中，p0为模拟正确的栅格数量占总栅格数量的比例，pc表示随机情况下所期望的模拟比例，n表示土地利用类型等动态指标的栅格的总数，n1表示模拟的正确栅格数，n则表示土地利用类型等动态指标的数；当kappa指数大于0.75时，可进行下一步骤；

28、以t+a年和t+2a年动态指标数据为基础数据，并利用t+a年和t+2a年的转移矩阵及生成的转变适宜性图集，设置t+2a年动态指标为依据影像，重复步骤上述步骤，完成了对t+3a年动态指标的预测。

29、进一步，上述基于历史地质灾害信息和评价指标体系构建样本数据集中，在研究区域中随机选择与地质灾害栅格单元相等的非崩岗栅格单元。

30、进一步地，上述基于采用随机森林算法的易发性评价模型包括：

31、将样本随机划分为70％的训练数据集与30％的测试数据集；

32、用样本集生成一棵决策树和每一个节点；重复有放回的对样本和变量进行抽样，重复k次，生成k个决策树；

33、使用得到的随机森林对测试样本进行预测，并用投票法决定预测结果，若k个决策树中的众数所在的类别即为预测的结果；

34、将研究区评价指标数据输入已训练好的模型中，计算地质灾害易发性指数。

35、进一步地，上述采用随机森林模型对研究区t+3a年地质灾害易发性开展预测评价中，采用接受者操作特性曲线下面积值和合理性分析对模型易发性评价结果进行定量评价与对比分析，所述接受者操作特性曲线具体为：

36、计算不同阈值情况下的真阳性率和假阳性率，以真阳性率为x轴，假阳性率为y轴，接受者操作特性曲线下面积为接受者操作特性曲线与x轴间围成的面积值，计算公式如下：

37、

38、式中，tpr为真阳性率；fpr为假阳性率；tp为真阳性，表示正确分类的地质灾害数量；fp为假阳性，表示错误分类的非地质灾害数量；tn为真阴性，表示正确分类的非地质灾害数量；fn为假阴性，表示错误分类的地质灾害数量；

39、所述接受者操作特性曲线下面积为接受者操作特性曲线与x轴间围成的面积值；

40、所述合理性分析具体为：

41、通过地理信息系统将易发性指数按自然断点法进行重分类为五类，分别对应极低易发区、低易发区、中易发区、高易发区、极高易发区，使用各分区的地质灾害分布比例、分级面积比例、地质灾害灾害点密度来衡量模型预测结果的可靠性与准确性。

42、第二方面，本发明提供一种输电线路地质灾害易发性评价装置，包括：

43、数据采集模块，被配置为采集研究区历史地质灾害信息和评价指标数据，所述地质灾害信息包括地质灾害发生的地理位置，所述评价指标包括动态指标；

44、主要驱动指标确定模块，被配置为利用地理探测器中的因子探测器和交互作用探测器分析各评价指标的空间分异性和因子之间的相互作用来确定地质灾害发育的主要驱动指标，以所述主要驱动指标剔除初选评价指标中对地质灾害发育解释力小以及交互作用后解释力下降的评价指标；

45、动态指标预测模块，被配置为基于元胞自动机-马尔科夫链模型，以t年、t+a年和t+2a年三期动态指标为基础，实现研究区t+3a年的动态指标的预测，以此建立t+3a年的评价指标体系，所述评价指标体系包含静态评价指标和t+3a年动态评价指标，所述t+3a年动态评价指标反映动态指标的变化；

46、易发性预测模块，被配置为基于历史地质灾害信息和评价指标体系构建样本数据集，利用样本数据集建立基于采用随机森林算法的易发性评价模型，对研究区t+3a年地质灾害易发性开展预测评价。

47、进一步地，上述装置还包括：

48、精度对比模块，被配置为采用接受者操作特性曲线下面积值和合理性分析对模型易发性评价结果进行定量评价与对比分析。

49、第三方面，本发明提供一种可读存储介质，所述可读存储介质存储有一个或者多个程序，所述一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，以实现如上所述的方法。

50、本发明有如下有益效果：

51、1、本发明的一种输电线路地质灾害易发性评价方法、装置及介质用于对相应评价区域的输电线路保护、维修的适宜性进行评价。

52、2、本发明的一种输电线路地质灾害易发性评价方法、装置及介质，通过地理探测器的分异及因子探测器和交互作用探测器选取的主控评价指标合理，能够满足高效、准确的易发性评价技术要求。

53、3、本发明的一种输电线路地质灾害易发性评价方法、装置、介质，采用ca-markov模型预测动态指标，增强地质灾害易发性评价模型在时间维度上的分析能力，为输电线路地质灾害的早期识别和精准预测、预警提供技术和理论支持，为输电线路地质灾害的动态风险评估和防控运维提供技术支持。