CN116485269A - 等级公路路段地震灾害韧性评价方法、系统、装置和介质 - Google Patents

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曾靖翔
严二虎
李东钊
龚演
罗恺彦
周震宇
林志明
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Abstract

本发明公开了一种等级公路路段地震灾害韧性评价方法、系统、装置和介质，包括：数据收集模块，用于收集致灾因子数据包括：滑坡、泥石流、地裂缝、地面塌陷和表面异物。致灾因子级别分类模块，将致灾因子分为滑坡、泥石流、地裂缝、地面塌陷和表面异物。将每一种致灾因子的级别分为：巨型、大型、中型、小型，并且设定每一个级别的具体参数。地震灾害韧性评价模块，用于结合数据收集模块所收集的数据以及致灾因子级别分类模块的分类对道路路段地震灾害韧性进行计算，对计算得到的结果进行评价。本发明的优点是：能够对各个路段的韧性进行评价，得到的结果准确高效，降低了人工成本。

Description

等级公路路段地震灾害韧性评价方法、系统、装置和介质
技术领域
本发明涉及公路韧性评价技术领域，特别涉及一种等级公路路段地震灾害韧性评价方法、系统、装置和介质。
背景技术
我国高速公路规模发展迅速，高速公路里程逐年上升，已经建成了世界前列、庞大的道路交通基础设施系统。目前在道路设计施工中主要关注于交通量、荷载、线型、自然条件等因素，对于道路路段的韧性评价方面关注不多。等级公路作为城市之间重要连接通道，不仅要满足日常交通通行任务，更要承担起面对自然灾害时的抗灾救灾的重要责任，在面对极端自然灾害时的路段韧性能够体现出重要价值，及时保障车辆、人员、物资的运输。
目前对于单一自然灾害的评价等级已经建立，但其评价方法针对于自然灾害本身，缺乏对道路路段的自然灾害影响等级评价，针对多种灾害类型综合等级公路路段的韧性评价方法需要开展进一步深入研究。
现有技术中Maruyama等[1]基于近年来日本地震中高速公路的实际震害数据，建立了高速公路路堤的易损性模型，并估算出震后高速公路的破坏分布。Lagaros等[2]将神经网络纳入易损性分析框架中，利用蒙特卡洛模拟构建梯形路堤理论易损性分析模型，并对路堤进行易损性评价。兰日清等[3]基于太原市市区公路的地震破坏模拟，建立了公路路基的易损性曲线，通过对比经验易损性曲线和理论易损性曲线的不同之处，对太原市路基路面进行震害评价。廖燚[4]基于汶川地震的公路路基的震害数据资料，采用双参数对数正态分布建立了路基易损性分析模型，得到了公路路基的易损性曲线。
上述现有技术仅针对高速公路进行高速公路路堤的易损模型，没有对地震引起的其他影响交通通行能力方面进行综合评价，其方法具有局限性。
经验易损性法是根据地震调查中建筑结构震害数据情况，通过统计分析得出不同损伤程度的概率，破坏概率矩阵就是地震易损性经验法的一种表达形式。
但是经验易损性法针对地震对建筑物的破坏进行评价，没有对地震引起的等级公路交通韧性方面做出评价，其方法具有局限性。
参考文献
[1]Maruyama Y,Yamazaki F,Mizuno K,et al.Fragility curves forexpressway embankments based on damage datasets after recent earthquakes inJapan[J].Soil Dynamics and Earthquake Engineering,2010,30(11):1158-1167；
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[3]兰日清,李小军,王玉石,等.近场强震动作用下城市路基路面灾害评价方法[J].地震地磁观测与研究,2017,38(1):9；
[4]廖燚.汶川地震公路路基震害调查分析及易损性研究[D].西南交通大学,2012。
缩略语和关键术语定义
等级公路：指的是技术条件和设施符合国家标准或部标准的公路。根据《公路工程技术标准》(JTG B01-2003)(以下简称《标准》)中，根据公路的使用任务、功能和适应的交通量将公路分为5个等级：高速公路、一级公路、二级公路、三级公路、四级公路。
路段：是交通网络上相邻两个节点之间的交通线路。
韧性：抵抗自然灾害和突发事件的能力。
地裂缝：是地表岩、土体在自然或人为因素作用下，产生开裂，并在地面形成一定长度和宽度的裂缝的一种地质现象，当这种现象发生在有人类活动的地区时，便可成为一种地质灾害。
地面塌陷：是指上覆岩层发生破坏.岩土体下陷或塌落在地下空洞中，并在地表形成不同形态的塌坑。
表面异物：是指由于地震引起房屋、树木、器材等损坏，遗撒在道路上阻碍交通运行的现象。
致灾因子：是指地震引起的道路路段产生的阻碍交通的现象，主要包括滑坡、泥石流、地裂缝、地面塌陷和表面异物。
发明内容
本发明针对现有技术的缺陷，提供了一种等级公路路段地震灾害韧性评价方法、系统、装置和介质。能够实现多种致灾因子综合影响下的等级公路地震灾害路段韧性评价，能够为地震灾后救灾路段选择提供指导。
为了实现以上发明目的，本发明采取的技术方案如下：
本发明公开了一种等级公路路段地震灾害韧性评价方法，包括：
对影响等级公路路段韧性的致灾因子进行级别分类，致灾因子包括：滑坡、泥石流、地裂缝、地面塌陷和表面异物。级别分类包括：巨型、大型、中型、小型。
当致灾因子为滑坡时，依据方量对滑坡进行级别分类，并根据实际的滑坡方量判断滑坡级别。
当致灾因子为崩塌时，依据方量对崩塌进行级别分类，并根据实际的崩塌方量判断崩塌级别。
当致灾因子为泥石流时，依据方量对泥石流进行级别分类，并根据实际的泥石流方量判断泥石流级别。
当致灾因子为地裂缝时，依据地裂缝的指标对地裂缝进行级别分类，并根据实际的地裂缝指标类型判断地裂缝级别。指标类型为：长度、影响范围、裂缝平均深度、裂缝平均宽度；
当致灾因子为坍塌时，依据坍塌的指标类型对坍塌进行坍塌级别分类，并根据实际的坍塌规模类型判断坍塌级别。坍塌指标类型为：坍塌的塌陷坑直径、塌陷面积、塌陷坑深度。
当致灾因子为表面异物时，依据方量对表面异物进行级别分类，并根据实际的表面异物方量判断表面异物级别。
当出现多个致灾因子共同影响道路路段韧性时，应将各类致灾因子的影响能力进行综合评价。
致灾因子的小型、中型、大型、巨型分别对应的韧性评价的顺利通过、较慢通过、缓慢通过和艰难通过。为不同致灾因子赋分，小型赋分4、中型赋分6、大型赋分8、巨型赋分10，没有对应的致灾因子则赋分0，道路路段地震灾害韧性评价公式为：
RE＝100-∑(Fh+Fn+Fd+Ft+Fy+Fb)
公式中，RE表示等级公路路段韧性评价指标，Fh表示滑坡灾害的分级评价赋值，Fb表示单一崩塌直接灾害的分级评价赋值，Fn表示单一泥石流直接灾害的分级评价赋值，Fd表示地裂缝灾害的分级评价赋值，Fy表示表面异物灾害的分级评价赋值。
等级公路路段韧性得分越低表明地震引起的路段灾害影响通行能力的程度越重，得分越高表明地震引起的路段灾害影响通行能力的程度越轻。
进一步地，所述滑坡级别分类为：
巨型：滑坡方量大于等于1000m2；
大型：滑坡方量在100至1000m2之间；
中型：滑坡方量在10至100m2之间；
小型：滑坡方量小于10m2。
进一步地，所述崩塌级别分类为：
巨型：崩塌方量大于等于1000m2；
大型：崩塌方量在100至1000m2之间；
中型：崩塌方量在10至100m2之间；
小型：崩塌方量小于10m2。
进一步地，所述泥石流级级别分类为：
巨型：泥石流方量大于等于50m2；
大型：泥石流方量在20至50m2之间；
中型：泥石流方量在2至20m2之间；
小型：泥石流方量小于2m2。
进一步地，所述地裂缝的级别分类如下表所示：
当长度、影响范围、裂缝平均深度、裂缝平均宽度四个指标级别分类不一致时按照等级高的指标为准。
进一步地，所述坍塌的级别分类如下表所示：
当塌陷坑直径、塌陷面积、塌陷坑深度三个指标评价等级不一致时按照级别分类高的指标为准。
进一步地，所述表面异物级别分为：
巨型：表面异物方量大于等于1000m2；
大型：表面异物方量在100至1000m2之间；
中型：表面异物方量在10至100m2之间；
小型：表面异物方量小于10m2。
本发明还公开了一种等级公路路段地震灾害韧性评价系统，该系统能够用于实施上述的等级公路路段地震灾害韧性评价方法，具体的，包括：数据收集模块、致灾因子级别分类模块、地震灾害韧性评价模块；
数据收集模块，用于收集致灾因子数据包括：滑坡、泥石流、地裂缝、地面塌陷和表面异物。收集方式为利用无人机图像数据、遥感数据、InSAR数据、人工勘探数据；
致灾因子级别分类模块，将致灾因子分为滑坡、泥石流、地裂缝、地面塌陷和表面异物。将每一种致灾因子的级别分为：巨型、大型、中型、小型，并且设定每一个级别的具体参数。
地震灾害韧性评价模块，用于结合数据收集模块所收集的数据以及致灾因子级别分类模块的分类对道路路段地震灾害韧性进行计算，对计算得到的结果进行评价，等级公路路段韧性得分越低表明地震引起的路段灾害影响通行能力的程度越重，得分越高表明地震引起的路段灾害影响通行能力的程度越轻。
本发明还公开了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述等级公路路段地震灾害韧性评价方法。
本发明还公开了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述等级公路路段地震灾害韧性评价方法。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
当发生地震灾害后，依据本发明对各个路段的韧性进行评价，等级公路路段韧性得分越低表明地震引起的路段灾害影响通行能力的程度越重，得分越高表明地震引起的路段灾害影响通行能力的程度越轻。建议应急处置应从等级公路路段韧性较高路段展开抗灾救援工作，得到的结果准确高效，降低了人工成本。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下列举实施例，对本发明做进一步详细说明。
本发明提供一种等级公路路段地震灾害韧性评价方法，包括：
地震灾害发生后需要对影响等级公路路段韧性的致灾因子进行分类，依据定义区分滑坡、泥石流、地裂缝、地面塌陷和表面异物。
当致灾因子为滑坡时，利用无人机图像数据、遥感数据、InSAR数据等数据计算需要进行韧性评价路段上的滑坡方量。
依据方量判断所述范围滑坡级别。
当致灾因子为崩塌时，利用无人机图像数据、遥感数据、InSAR数据等数据计算需要进行韧性评价路段上的崩塌方量。
依据方量判断所述范围崩塌级别。
当致灾因子为泥石流时，利用无人机图像数据、遥感数据、InSAR数据等数据计算需要进行韧性评价路段上的泥石流方量。
依据方量判断所述范围泥石流级别。
当致灾因子为地裂缝时，利用无人机图像数据、遥感数据、InSAR数据、人工勘探等数据计算需要进行韧性评价路段上的地裂缝的长度、影响范围、裂缝平均深度、裂缝平均宽度。
“累计长度”、“影响范围面积”“裂缝平均深度”、“裂缝平均宽度”四个指标评价等级不一致时按照等级高的等级为准。
依据长度、影响范围、裂缝平均深度、裂缝平均宽度判断所述范围地裂缝级别。
当致灾因子为坍塌时，利用无人机图像数据、遥感数据、InSAR数据、人工勘探等数据计算需要进行韧性评价路段上的坍塌的塌陷坑直径、塌陷面积、塌陷坑深度。
“塌陷坑直径”、“塌陷面积”“塌陷坑深度”三个指标评价等级不一致时按照等级高的等级为准。
依据塌陷坑直径、塌陷面积、塌陷坑深度判断所述范围坍塌级别。
当致灾因子为表面异物时，利用无人机图像数据、遥感数据、InSAR数据、人工勘探等数据计算需要进行韧性评价路段上的表面异物的方量。
依据方量判断所述范围表面异物级别。
当出现多个致灾因子共同影响道路路段韧性时，应将各类致灾因子的影响能力进行综合评价。
致灾因子的小型、中型、大型、巨型分别对应的韧性评价的顺利通过、较慢通过、缓慢通过和艰难通过。地震灾害后的路段韧性评价方法为不同致灾因子的小型赋分4、中型赋分6、大型赋分8、巨型赋分10，道路路段地震灾害韧性评价方法为：
RE＝100-∑(Fh+Fn+Fd+Ft+Fy+Fb)
公式中，RE表示等级公路路段韧性评价指标，Fh表示滑坡灾害的分级评价赋值，Fb表示单一崩塌直接灾害的分级评价赋值，Fn表示单一泥石流直接灾害的分级评价赋值，Fd表示地裂缝灾害的分级评价赋值，Fy表示表面异物灾害的分级评价赋值。
等级公路路段韧性得分越低表明地震引起的路段灾害影响通行能力的程度越重，得分越高表明地震引起的路段灾害影响通行能力的程度越轻。
本发明再一个实施例中，提供了一种等级公路路段地震灾害韧性评价系统，该系统能够用于实施上述的等级公路路段地震灾害韧性评价方法，具体的，包括：数据收集模块、致灾因子级别分类模块、地震灾害韧性评价模块
数据收集模块，用于收集致灾因子数据包括：滑坡、泥石流、地裂缝、地面塌陷和表面异物。收集方式为利用无人机图像数据、遥感数据、InSAR数据、人工勘探数据；
致灾因子级别分类模块，将致灾因子分为滑坡、泥石流、地裂缝、地面塌陷和表面异物。将每一种致灾因子的级别分为：巨型、大型、中型、小型。
并且设定每一个级别的具体参数。
地震灾害韧性评价模块，用于结合数据收集模块所收集的数据以及致灾因子级别分类模块的分类对道路路段地震灾害韧性进行计算，对计算得到的结果进行评价，等级公路路段韧性得分越低表明地震引起的路段灾害影响通行能力的程度越重，得分越高表明地震引起的路段灾害影响通行能力的程度越轻。
本发明再一个实施例中，提供了一种终端设备，该终端设备包括处理器以及存储器，所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述处理器用于执行所述计算机存储介质存储的程序指令。处理器可能是中央处理单元(Central ProcessingUnit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor、DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable GateArray，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等，其是终端的计算核心以及控制核心，其适于实现一条或一条以上指令，具体适于加载并执行一条或一条以上指令从而实现相应方法流程或相应功能；本发明实施例所述的处理器可以用于一种等级公路路段地震灾害韧性评价方法的操作。
本发明再一个实施例中，本发明还提供了一种存储介质，具体为计算机可读存储介质(Memory)，所述计算机可读存储介质是终端设备中的记忆设备，用于存放程序和数据。可以理解的是，此处的计算机可读存储介质既可以包括终端设备中的内置存储介质，当然也可以包括终端设备所支持的扩展存储介质。计算机可读存储介质提供存储空间，该存储空间存储了终端的操作系统。并且，在该存储空间中还存放了适于被处理器加载并执行的一条或一条以上的指令，这些指令可以是一个或一个以上的计算机程序(包括程序代码)。需要说明的是，此处的计算机可读存储介质可以是高速RAM存储器，也可以是非不稳定的存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。
可由处理器加载并执行计算机可读存储介质中存放的一条或一条以上指令，以实现上述实施例中有关一种等级公路路段地震灾害韧性评价方法的相应步骤；计算机可读存储介质中的一条或一条以上指令由处理器加载并执行一种等级公路路段地震灾害韧性评价方法；
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)、和计算机程序产品来描述的。应理解可由计算机程序指令实现每一流程和/或方框。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一个流程或多个流程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，该指令装置实现在一个流程或多个流程中指定的功能。
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一个流程或多个流程中指定的功能的步骤。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的实施方法，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种等级公路路段地震灾害韧性评价方法，其特征在于，包括：
对影响等级公路路段韧性的致灾因子进行级别分类，致灾因子包括：滑坡、泥石流、地裂缝、地面塌陷和表面异物；级别分类包括：巨型、大型、中型、小型；
当致灾因子为滑坡时，依据方量对滑坡进行级别分类，并根据实际的滑坡方量判断滑坡级别；
当致灾因子为崩塌时，依据方量对崩塌进行级别分类，并根据实际的崩塌方量判断崩塌级别；
当致灾因子为泥石流时，依据方量对泥石流进行级别分类，并根据实际的泥石流方量判断泥石流级别；
当致灾因子为地裂缝时，依据地裂缝的指标对地裂缝进行级别分类，并根据实际的地裂缝指标类型判断地裂缝级别；指标类型为：长度、影响范围、裂缝平均深度、裂缝平均宽度；
当致灾因子为坍塌时，依据坍塌的指标类型对坍塌进行坍塌级别分类，并根据实际的坍塌规模类型判断坍塌级别；坍塌指标类型为：坍塌的塌陷坑直径、塌陷面积、塌陷坑深度；
当致灾因子为表面异物时，依据方量对表面异物进行级别分类，并根据实际的表面异物方量判断表面异物级别；
当出现多个致灾因子共同影响道路路段韧性时，应将各类致灾因子的影响能力进行综合评价；
致灾因子的小型、中型、大型、巨型分别对应的韧性评价的顺利通过、较慢通过、缓慢通过和艰难通过；为不同致灾因子赋分，小型赋分4、中型赋分6、大型赋分8、巨型赋分10，没有对应的致灾因子则赋分0，道路路段地震灾害韧性评价公式为：
RE＝100-∑(Fh+Fn+Fd+Ft+Fy+Fb)
公式中，RE表示等级公路路段韧性评价指标，Fh表示滑坡灾害的分级评价赋值，Fb表示单一崩塌直接灾害的分级评价赋值，Fn表示单一泥石流直接灾害的分级评价赋值，Fd表示地裂缝灾害的分级评价赋值，Fy表示表面异物灾害的分级评价赋值；
等级公路路段韧性得分越低表明地震引起的路段灾害影响通行能力的程度越重，得分越高表明地震引起的路段灾害影响通行能力的程度越轻。
2.根据权利要求1所述的一种等级公路路段地震灾害韧性评价方法，其特征在于，所述滑坡级别分类为：
巨型：滑坡方量大于等于1000m2；
大型：滑坡方量在100至1000m2之间；
中型：滑坡方量在10至100m2之间；
小型：滑坡方量小于10m2；
进一步地，所述崩塌级别分类为：
巨型：崩塌方量大于等于1000m2；
大型：崩塌方量在100至1000m2之间；
中型：崩塌方量在10至100m2之间；
小型：崩塌方量小于10m2。
3.根据权利要求1所述的一种等级公路路段地震灾害韧性评价方法，其特征在于，所述泥石流级级别分类为：
巨型：泥石流方量大于等于50m2；
大型：泥石流方量在20至50m2之间；
中型：泥石流方量在2至20m2之间；
小型：泥石流方量小于2m2。
4.根据权利要求1所述的一种等级公路路段地震灾害韧性评价方法，其特征在于，所述地裂缝的级别分类如下表所示：
当长度、影响范围、裂缝平均深度、裂缝平均宽度四个指标级别分类不一致时按照等级高的指标为准。
5.根据权利要求1所述的一种等级公路路段地震灾害韧性评价方法，其特征在于，所述坍塌的级别分类如下表所示：
当塌陷坑直径、塌陷面积、塌陷坑深度三个指标评价等级不一致时按照级别分类高的指标为准。
6.根据权利要求1所述的一种等级公路路段地震灾害韧性评价方法，其特征在于，所述表面异物级别分为：
巨型：表面异物方量大于等于1000m2；
大型：表面异物方量在100至1000m2之间；
中型：表面异物方量在10至100m2之间；
小型：表面异物方量小于10m2。
7.一种等级公路路段地震灾害韧性评价系统，其特征在于：该系统能够用于实施权利要求1至6其中一项所述的等级公路路段地震灾害韧性评价方法；
等级公路路段地震灾害韧性评价系统包括：数据收集模块、致灾因子级别分类模块、地震灾害韧性评价模块；
数据收集模块，用于收集致灾因子数据包括：滑坡、泥石流、地裂缝、地面塌陷和表面异物；收集方式为利用无人机图像数据、遥感数据、InSAR数据、人工勘探数据；
致灾因子级别分类模块，将致灾因子分为滑坡、泥石流、地裂缝、地面塌陷和表面异物；将每一种致灾因子的级别分为：巨型、大型、中型、小型，并且设定每一个级别的具体参数；
地震灾害韧性评价模块，用于结合数据收集模块所收集的数据以及致灾因子级别分类模块的分类对道路路段地震灾害韧性进行计算，对计算得到的结果进行评价，等级公路路段韧性得分越低表明地震引起的路段灾害影响通行能力的程度越重，得分越高表明地震引起的路段灾害影响通行能力的程度越轻。
8.一种计算机设备，其特征在于：包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现权利要求1至6其中一项所述的等级公路路段地震灾害韧性评价方法。
9.一种计算机可读存储介质，其特征在于：计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现权利要求1至6其中一项所述的等级公路路段地震灾害韧性评价方法。
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