知识分享 | 滑坡易发性预测中致灾因子选择与组合的优化方法

2025-09-09 2067 0

题目

Title


论文信息

Information

期刊: Journal of Earth Science

作者: Siyuan Ma a, Xiaoyi Shaoa, b, Chong Xu *b, c

工作单位: a:中国地震局地质研究所地震火山灾害重点实验室

              b:应急管理部国家自然灾害防治研究院

              c:应急管理部复合与链式自然灾害动力学重点实验室

摘要

Abstract

在滑坡易发性制图(LSM)中,合理选择制图单元非常重要。可供选择的单元类型有多种,但哪一种性能更优仍不明确。本研究旨在基于中国甘肃岷县2013年Mw 5.9地震所诱发的滑坡,对两种常用单元——坡单元(SU)和栅格单元(RU)——进行定量对比。分析中考虑了10个滑坡影响因子。对于每种单元类型,随机选择70%的样本进行20次LR模型训练,生成20幅易发性地图,剩余30%的样本用于检验模型结果的精度。通过平均概率、模型不确定性和模型预测能力等不同指标来评估易发性地图的质量。结果表明,两种制图单元的概率分布图基本能够预测实际滑坡的分布,高易发区与滑坡易发区相对应。AUC(曲线下面积)值在0.8–0.86之间,说明两种单元的预测能力大致相同。与RU相比,SU在降低因训练集变化所导致的模型不确定性方面具有优势。我们将基于RU的评价结果转化为SU方案,结果显示两者之间具有良好的线性关系,这意味着将基于RU的滑坡易发性制图转化为SU方案是可行的。本研究表明,相较于RU,SU并不能提高地震滑坡易发性制图的性能和精度。


图表

Figures&Tables



图1 阴影地形图显示了2013年岷县地震的构造背景。活动断层数据来自Deng (2007)



图2 研究区地质图



图3 2013年岷县地震诱发滑坡清单及统计结果。

(a) 共震滑坡的分布和研究区的坡单元。蓝色五角星为震中。白线表示USGS地震动峰值加速度(PGA)分布;
(b) 滑坡面积与概率密度的关系;
(c) 箱线图显示相同的分布情况



图4 研究区影响因子的分布图。(a) 高程;(b) 坡角;(c) 剖面曲率;(d) 地形湿度指数(TWI);(e) 距震中距离;(f) 距发震断层距离;(g) 峰值加速度(PGA);(h) 距河流距离;(i) 距道路距离。




图5 研究区的坡单元分布图



图6 3760个坡单元的滑坡面积百分比(LAP)分布及统计结果。(a) 每个坡单元的LAP;(b) LAP与坡单元面积的关系;(c) 箱线图显示3,760个坡单元的面积分布



图7 20个独立变量的P值分布箱线图



图8 本研究中滑坡易发性制图的流程图


图9 基于坡单元(SU)的LSM结果。(a) 20次SU概率结果的平均概率分布;(b) 预测概率类别的直方图;(c) 20次SU概率结果的标准差(模型不确定性)分布;(d) 每个坡单元的标准差与平均概率的关系



图10 基于栅格单元(RU)的LSM结果。(a) 20次RU概率结果的平均概率分布;(b) 预测概率类别的直方图;(c) 20次RU概率结果的标准差(模型不确定性)分布;(d) 每个RU的标准差(模型不确定性)与平均概率的关系



图11 将RU转换为坡单元(T-SU)的滑坡易发性地图。(a) T-SU的平均概率分布;(b) 概率类别的直方图;(c) T-SU的标准差分布;(d) 每个坡单元中标准差与平均概率的关系图



图12 使用两种制图单元的20个LR模型预测曲线结果。(a) 坡单元(SU);(b) 栅格单元(RU)



图13  SU基础与T-SU基础的LSM结果中,每个坡单元预测概率的关系图

结论

Conclusion

本研究基于 2013 年中国甘肃岷县 Mw 5.9 地震的滑坡数据,在研究区采用坡单元(SU)和栅格单元(RU)两种单元进行了滑坡易发性制图,并对两种结果进行了比较。结果表明,两种制图单元的概率分布图均能反映实际滑坡的空间分布,高概率区域集中在发震断层两侧。AUC值表明,两种制图单元均具有良好的模型预测能力,AUC值在0.80–0.86之间。比较因训练集变化引入的模型不确定性,结果显示在中等概率区间(0.3–0.7),标准差相对较大,这表明该区间易受训练集影响,可靠性较低。除此之外,RU的模型不确定性大于 SU。将RU的制图结果转化为SU结果,显示两种LSM结果拟合良好,具有较好的线性关系。这说明将RU的滑坡易发性制图结果转化为SU方案是可行的。

参考文献

References

Ma S, Shao X, Xu C. Landslide susceptibility mapping in terms of the slope-unit or raster-unit, which is better? J Earth Sci 34: 386–397[EB/OL].(2023)


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