CN107239889A - 一种定量评价泥石流胁迫下山区建筑物易损性的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种定量评价泥石流胁迫下山区建筑物易损性的方法，属于地质灾害风险评估领域。该方法基于GIS、信息量模型和“格网‑切割”方法，以泥石流活动区为研究区，以研究区内建筑物为对象，共选择了20个指标进行泥石流胁迫下建筑物易损性评价。首先根据高精度遥感影像解译出研究区内建筑物的各个易损性评价指标；其次利用ArcGIS对研究区内建筑物进行格网划分并对格网赋值；最后使用信息量模型计算得到各个格网的易损性值。该发明应用“格网‑切割”方法生成的计算单元，提出了泥石流胁迫下山区建筑物易损性的离散化计算，为定量评价泥石流胁迫下建筑物易损性提供一种新方法。

Description

一种定量评价泥石流胁迫下山区建筑物易损性的方法

技术领域

本发明涉及地质灾害风险评估技术领域，特别是涉及一种定量评价泥石流胁迫下山区建筑物易损性的方法。

背景技术

泥石流灾害影响较大，泥石流胁迫下的建筑物易损性更是令人关注。在实际的研究中，存在很多问题依然无法判断和解决。如在泥石流胁迫下，哪些建筑物是易损的？建筑物的哪些部位是易损的？如何降低易损性？这一系列的问题，都是需要面临和解决的。

在相关研究中，不同领域的不同学者对建筑物易损性的定义不同，即使是相同领域，由于认识角度的差异对建筑物易损性的定义也有所不同。概念不清、定义模糊是建筑物易损性研究的瓶颈，一个统一而且科学的定义将为建筑物易损性的研究起到推动作用。同时，建筑物易损性研究的理论基础比较缺乏，指标问题、评价模型问题仍然没有得到解决；建筑物易损性多从风险角度入手，作为风险的子函数来被研究，而很少独立成体系甚至学科来进行研究；建筑物易损性是动态变化的，然而建筑物易损性的驱动力问题却几乎没有涉及，也没有文献就建筑物易损性的动态变化进行研究；建筑物易损性具有尺度研究的需求，但在这方面研究仍然是空白；建筑物易损性是一个复杂、不确定的系统。建筑物易损性评价不仅涉及人-环境系统、社会经济系统等多个系统的耦合问题，还需要考虑耦合系统中存在的高度不确定性问题。随着建筑物易损性评价的体系越来越庞大，越来越复杂，不确定性的表现也越来越突出，如何在评价过程中处理评价系统中含有不确定的因素及系统信息的不完备性将成为建筑物易损性评价能否为决策者提供决策依据的重要前提。

正是基于建筑物易损性研究的不足，需要针对泥石流胁迫下的建筑物易损性评价找出更多的方法进行研究，以便降低建筑物的易损性，为进一步防范和提高针对泥石流的应急处理提供对策。

发明内容

本发明实施例提供了一种定量评价泥石流胁迫下山区建筑物易损性的方法，可以解决现有技术中存在的问题。

一种定量评价泥石流胁迫下山区建筑物易损性的方法，包括：

创建研究区的建筑物矢量要素，并根据研究区建筑物的高精度遥感影像解译出研究区内建筑物的多个易损性评价指标；

根据所述建筑物矢量要素生成研究区的多个建筑物格网要素，将多个所述建筑物格网要素合并成一个要素后导出要素属性，并保存为TXT文件；

对基于评价指标的信息量公式做变形处理，得到基于格网的信息量计算公式；

基于建筑物面积统计和地图比例尺确定格网大小，根据研究区面积以及格网大小计算出所述信息量计算公式中的研究区的总格网数；

根据基于格网的信息量计算公式计算格网的易损性值，并赋值到所述TXT文件中，然后在ArcGIS中对其可视化并划分易损性等级。

优选地，步骤根据所述建筑物矢量要素生成研究区的多个建筑物格网要素，将多个所述建筑物格网要素合并成一个要素后导出要素属性，并保存为TXT文件包括：

首先使用ArcGIS中的Create Fishnet生成整个研究区的规则格网，然后运用ArcGIS中的Split调用所述规则格网对所述建筑物矢量要素进行切割，得到多个同规则且格网数目相同的建筑物格网要素，最后使用ArcGIS中的Append将多个所述建筑物格网要素合并成一个要素后导出要素属性，并保存为TXT文件。

优选地，基于格网的信息量计算公式为：

其中，I_i为某一要素第i个易损性评价指标的信息量，n_i为某一要素在第i个易损性评价指标的格网数，N_i为研究区在第i个易损性评价指标中的格网数，n为某一要素的总格网数，N为研究区的总格网数。

优选地，步骤基于建筑物面积统计和地图比例尺确定格网大小包括：

首先根据矢量化地图的等高线比例尺，利用经验公式计算出格网大小的取值范围，再根据研究区内矢量化建筑物面积统计得出的面积众数确定信息量计算格网的大小。

本发明提供的一种定量评价泥石流胁迫下山区建筑物易损性的方法，该方法基于GIS、信息量模型和“格网-切割”方法，以泥石流活动区为研究区，以研究区内建筑物为对象，共选择了20个指标进行泥石流胁迫下建筑物易损性评价。首先根据高精度遥感影像解译出研究区内建筑物的各个易损性评价指标；其次利用ArcGIS对研究区内建筑物进行格网划分并对格网赋值；最后使用信息量模型计算得到各个格网的易损性值。该发明应用“格网-切割”方法生成的计算单元，提出了泥石流胁迫下山区建筑物易损性的离散化计算，为定量评价泥石流胁迫下建筑物易损性提供一种新方法。

附图说明

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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种定量评价泥石流胁迫下山区建筑物易损性的方法的流程图。

具体实施方式

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。

参照图1，本发明实施例中提供的一种定量评价泥石流胁迫下山区建筑物易损性的方法，包括以下步骤：

步骤100，创建研究区的建筑物矢量要素，并根据研究区建筑物的高精度遥感影像解译出研究区内建筑物的多个易损性评价指标，在本实施例中所述易损性评价指标的数量为20个；

步骤110，生成研究区的建筑物格网要素：首先使用ArcGIS中的Create Fishnet生成整个研究区的规则格网，然后运用ArcGIS中的Split调用所述规则格网对步骤100中得到的建筑物矢量要素进行切割，得到多个同规则且格网数目相同的建筑物格网要素，最后使用ArcGIS中的Append将多个所述建筑物格网要素合并成一个要素后导出要素属性，并保存为TXT文件；

步骤120，对基于评价指标的信息量公式做变形处理，得到基于格网的信息量计算公式，具体地：

信息学创始人香浓(1948)认为信息量可以用如下公式定义：

H(U)＝-∑p_i log₂ p_i

其中，p_i表示不同信号源的概率，i＝1,2,3……，在地质灾害评价中，研究人员运用不同评价要素的面积替代信号源，基于土地类型面积的敏感性信息量模型：

式中SC_i为第i类评价要素的敏感性值，N_i为环境要素(如泥石流滑坡等)在第i类评价要素中的面积，A_i为研究区在第i类评价要素中的面积，N为环境要素的总面积，A为研究区总面积。本发明对上述公式做了修改如下：

其中，n_iS_grid、N_iS_grid、nS_grid、NS_grid分别与上式中的N_i、A_i、N和A对应，又因为S_grid为格网的面积大小，是一个固定值，所以上式可以改为：

其中，I_i为某一要素第i个易损性评价指标的信息量，n_i为某一要素在第i个易损性评价指标的格网数，N_i为研究区在第i个易损性评价指标中的格网数，n为某一要素的总格网数，N为研究区的总格网数，上式即为基于格网的信息量计算公式；

步骤130，基于建筑物面积统计和地图比例尺确定格网大小：首先根据矢量化地图的等高线比例尺，利用经验公式计算出格网大小的取值范围，再根据研究区内矢量化建筑物面积统计得出的面积众数确定信息量计算格网的大小，进而根据研究区面积以及格网大小计算出研究区的总格网数N；

步骤140，根据基于格网的信息量计算公式计算格网的易损性值，并赋值到所述TXT文件中，然后在ArcGIS中对其可视化并划分易损性等级。

以岷江上游山区建筑物易损性评价为例说明本发明的技术方案，建筑物易损性评价指标共分为功能类指标(体现建筑物的使用方式，又细分为公共服务、居住、商业和学校共计4个二级指标)；建筑物结构类指标(体现建筑物的建造结构，又细分为钢结构、框架结构和砌体结构共计3个子指标)；建筑物材料类指标(主要是建筑物修建时使用的材料，又细分为钢、砖和砖混共计3个子指标)；建筑物与泥石流沟道的距离(以下简称距离，主要以等间隔划分为5段子指标)；建筑物面积(同样以等间隔划分为5段子指标)，七盘沟建筑物易损性评价所用到的20个指标见表1。

表1 建筑物易损性评价指标

实施例

基于GIS、信息量模型和“格网-切割”方法的泥石流胁迫下岷江上游建筑物易损性评价的处理流程如下：先矢量化得出岷江上游建筑物的矢量要素文件；依据统计数据和经验公式计算结果，用ArcGIS中的Create Fishnet，建立计算格网；再用Split工具将建筑物的属性值赋值给每一个格网，运用Append合并所有格网后将格网属性值导出为一个TXT文本文件；最后进行信息量计算得出每个格网的信息量并将结果赋给格网属性文件，在ArcGIS中进行可视化处理得出岷江上游的建筑物易损性等级分区图。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (4)

1.一种定量评价泥石流胁迫下山区建筑物易损性的方法，其特征在于，包括：

创建研究区的建筑物矢量要素，并根据研究区建筑物的高精度遥感影像解译出研究区内建筑物的多个易损性评价指标；

根据所述建筑物矢量要素生成研究区的多个建筑物格网要素，将多个所述建筑物格网要素合并成一个要素后导出要素属性，并保存为TXT文件；

对基于评价指标的信息量公式做变形处理，得到基于格网的信息量计算公式；

基于建筑物面积统计和地图比例尺确定格网大小，根据研究区面积以及格网大小计算出所述信息量计算公式中的研究区的总格网数；

根据基于格网的信息量计算公式计算格网的易损性值，并赋值到所述TXT文件中，然后在ArcGIS中对其可视化并划分易损性等级。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤根据所述建筑物矢量要素生成研究区的多个建筑物格网要素，将多个所述建筑物格网要素合并成一个要素后导出要素属性，并保存为TXT文件包括：

首先使用ArcGIS中的Create Fishnet生成整个研究区的规则格网，然后运用ArcGIS中的Split调用所述规则格网对所述建筑物矢量要素进行切割，得到多个同规则且格网数目相同的建筑物格网要素，最后使用ArcGIS中的Append将多个所述建筑物格网要素合并成一个要素后导出要素属性，并保存为TXT文件。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，基于格网的信息量计算公式为：

<mrow> <msub> <mi>I</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>=</mo> <mi>l</mi> <mi>n</mi> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>n</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>/</mo> <msub> <mi>N</mi> <mi>i</mi> </msub> </mrow> <mrow> <mi>n</mi> <mo>/</mo> <mi>N</mi> </mrow> </mfrac> </mrow>

其中，I_i为某一要素第i个易损性评价指标的信息量，n_i为某一要素在第i个易损性评价指标的格网数，N_i为研究区在第i个易损性评价指标中的格网数，n为某一要素的总格网数，N为研究区的总格网数。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤基于建筑物面积统计和地图比例尺确定格网大小包括：

首先根据矢量化地图的等高线比例尺，利用经验公式计算出格网大小的取值范围，再根据研究区内矢量化建筑物面积统计得出的面积众数确定信息量计算格网的大小。