一种泥石流预警方法技术

本发明专利技术涉及一种泥石流预警方法，包括：获取泥石流待预警区域在观测时段t时各关键影响因子的具体数值；利用多区域泥石流触发预警二叉树，确定所述泥石流待预警区域在观测时段t下对应的关键触发因子的预警数值。本发明专利技术提供的泥石流预警方法根据表征不同沟谷泥石流降雨指数与其流域面积、松散物质率以及沟床平均坡度之间的非线性函数关系的多区域泥石流触发预警二叉树，实现了不同地质环境背景下的泥石流预警，精度高，可靠性高。

【技术实现步骤摘要】
一种泥石流预警方法
本专利技术涉及气象学领域，特别是一种泥石流预警方法。
技术介绍
泥石流是山区常见的突发地质灾害之一，具有暴发突然、冲击力大、破坏力强等特点，一旦发生将会对人们生命财产带来巨大的损失。因此，泥石流预警预报是地质灾害主管部门及众多学者研究的焦点问题。一直以来，针对降水在泥石流爆发中的触发作用公开了大量研究成果及工程实践经验。如，在统计分析研究区域已有泥石流灾害的基础上，选取多种形式的雨量组合作为预警指标，并采用线性拟合、Logistic模型或神经网络模型建立泥石流预警模型，并基于这些模型进行泥石流预测。这些方法对泥石流的区域预警起了一定作用，但在适应性、可靠性方面还存在不足。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题针对现有技术中泥石流预警方法存在的适应性较差、可靠性不高的问题，本专利技术提供了一种泥石流预警方法，旨在提高泥石流预警的普适性和可靠性。(二)技术方案为解决以上问题，本专利技术提供的技术方案为：一种泥石流预警方法，包括：获取泥石流待预警区域在观测时段t时各关键影响因子的具体数值；利用多区域泥石流触发预警二叉树，确定所述泥石流待预警区域在观测时段t下对应的关键触发因子的预警数值。具体地，所述的方法，还包括：根据收集的有记载的泥石流发生区域在泥石流发生时的地质数据和降雨数据，采用降维方法确定泥石流触发时的关键地质因子和关键触发因子；所述降维方法为以下任一种：采用主成分法、最小熵分析法、免疫进化算法和层次分析法。具体地，所述的方法中，所述地质数据包括：流域面积、主沟长度、沟床平均坡度、流域坡向、岩性、松散层厚度、松散物质比率和植被覆盖度；所述降雨数据包括：10分钟雨强、30分钟雨强、小时雨强、降雨延时、最大小时雨强、当日雨量、前期有效雨量、总降雨量。具体地，所述的方法中，所述关键地质因子包括：流域面积、沟床平均坡度、松散物质比率；所述关键触发因子包括：最大小时雨强与总降雨量的乘积。具体地，所述的方法中，所述确定泥石流触发时的关键地质因子和关键触发因子的步骤之后，还包括：根据收集的有记载的泥石流发生区域在泥石流发生时的所述关键地质因子和关键触发因子对应的值，利用基于二叉树的遗传规划方法确定描述所述关键地质因子与所述关键降雨因子之间函数关系的多区域泥石流触发预警二叉树。具体地，所述的方法中，所述利用基于二叉树的遗传规划方法确定描述所述关键地质因子与所述关键降雨因子之间函数关系的多区域泥石流触发二叉树的步骤，包括：步骤S10：获取收集的m个有记载的泥石流发生区域在泥石流发生时的所述关键地质因子和关键触发因子对应的值，确定m个所述关键地质因子对应的值为输入样本数据，m个所述关键触发因子对应的值为输出样本数据；步骤S20：初始化：获取终止符集；获取函数集；获取遗传规划各参数：群体规模n、交换概率α、突变概率β、最大突变深度γ、最大迭代次数T、模型误差δ、最大二叉树深度ζ、及终止准则，所述终止准则为：达到最大迭代次数T或不大于所述模型误差δ；根据所述终止符集和所述函数集，采用完全法随机产生一个具有所述群体规模的二叉树群体，所述二叉树群体中的每一个个体均为一个不大于所述最大二叉树深度的二叉树；步骤S30：确定二叉树群体内每一个二叉树的适应度，判断是否满足所述终止准则？若是，则终止迭代，且转到步骤S40；若否，则执行以下操作：采用竞技选择法，从二叉树群体中，确定待执行复制操作的父代二叉树并执行复制操作；根据所述交换概率α，从二叉树群体中，选择至少一个待执行交换操作的二叉树组，每个二叉树组内包括两个待执行交换操作的二叉树；在每个待执行交换操作的二叉树组中，采用均匀分布的随机方法选取待执行交换操作的叶节点或中间节点并执行交换操作；根据所述突变概率β及最大突变深度γ，从二叉树群体中，选择待执行突变的至少一个二叉树并对所述待执行突变的二叉树的叶节点或中间节点执行突变操作；以增量为1的方式递增当前的迭代次数；S40：若满足最大迭代次数而终止迭代，则确定当前群体中具有最大的适应度的二叉树为所述多区域泥石流触发二叉树；若满足迭代误差不大于所述模型误差δ而终止迭代，则确定所述迭代误差不大于所述模型误差δ的二叉树为所述多区域泥石流触发二叉树。具体地，所述的方法，在所述步骤S20中，所述终止符集中的元素，包括：流域面积、沟床平均坡度、松散物质比率及至少一个随机数，其中，每个随机数在一个取值范围内均匀取值；所述函数集中的元素，包括：四则运算符、三角函数、ex、及求平方根。具体地，所述的方法中，所述根据所述终止符集和所述函数集，采用完全法随机产生初始群体的步骤，包括：从所述函数集中选取元素做二叉树的根节点；根据所述最大二叉树深度ζ，依次从所述函数集或所述终止符集中选取元素作为待定节点：在待定节点的深度小于所述最大二叉树深度时，从所述函数集中随机选取元素作为所述待定节点；在待定节点的深度等于所述最大二叉树深度时，从所述终止符集中选取元素作为所述待定节点。具体地，所述的方法，在步骤S30中，所述确定每一个二叉树的适应度的步骤，具体为：采用第一公式计算每一个二叉树的迭代误差，确定所述迭代误差的相反数为所述二叉树的适应度，所述第一公式为：其中，pi为第i个输入样本数据对应于所述二叉树的预测输出，1≥i≥m,oi为所述第i个输入样本数据对应的第i个输出样本数据。(三)有益效果本专利技术提供的泥石流预警方法根据表征不同沟谷泥石流降雨指数与其流域面积、松散物质率以及沟床平均坡度之间的非线性函数关系的多区域泥石流触发预警二叉树，实现了不同地质环境背景下的泥石流预警，精度高，可靠性高。与现有技术相比，本专利技术提供的泥石流预警方法综合利用泥石流孕灾地质环境因子和降雨因子进行泥石流预警，普适性强、可靠性高，能够有效实现泥石流的预警。附图说明图1为本专利技术实施例的泥石流预警方法流程示意图；图2为本专利技术实施例的泥石流预警方法中利用完全法生成的一个二叉树样本；图3为本专利技术实施例中训练得到的临界降雨指数预测遗传规划模型图。具体实施方式为了更好的解释本专利技术，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本专利技术作详细描述。泥石流是一种多发且频发的地质灾害，常对人民生命财产安全带来极大的威胁。有学者采用线性拟合来处理泥石流预警问题，结果显示，得到的预警模型精度不高；也有学者借助于人工神经网络较强的非线性映射函数的逼近能力建立泥石流预警模型并提高了预测精度，但基于人工神经网络建立的泥石流预警模型中，其结构形式的选择是不断训练和学习的过程，预测精度在很大程度上依赖于使用者的经验与水平，因此限制了模型推广和应用，造成目前泥石流预警的误报率和错报率比较高。另一方面，目前泥石流的预警大多仅考虑降雨这一直观的泥石流触发因素。而并未涉及泥石流地形地貌、地质岩性等地质环境背景。本专利技术提供的泥石流预警方法在获取的泥石流地质因子和降雨因子综合样本库的基础上，基于二叉树的遗传规划建立了泥石流的临界降雨指数预测的遗传规划模型，利用该遗传规划模型进行多个区域的泥石流预警，结果显示预警的精度高、可靠性强，能够达到及时预警的目的。基于二叉树的遗传规划仿照生物界进化和遗传的过程，采用复杂多变的树状结构表达多个变量之间的线性或非线性数学关系，适用于处理大型、复杂的非线性问题。为了更好地理解本专利技术，对基本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种泥石流预警方法，其特征在于，包括：获取泥石流待预警区域在观测时段t时各关键影响因子的具体数值；利用多区域泥石流触发预警二叉树，确定所述泥石流待预警区域在观测时段t下对应的关键触发因子的预警数值。

【技术特征摘要】
1.一种泥石流预警方法，其特征在于，包括：获取泥石流待预警区域在观测时段t时各关键影响因子的具体数值；利用多区域泥石流触发预警二叉树，确定所述泥石流待预警区域在观测时段t下对应的关键触发因子的预警数值。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：根据收集的有记载的泥石流发生区域在泥石流发生时的地质数据和降雨数据，采用降维方法确定泥石流触发时的关键地质因子和关键触发因子；所述降维方法为以下任一种：采用主成分法、最小熵分析法、免疫进化算法和层次分析法。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述地质数据包括：流域面积、主沟长度、沟床平均坡度、流域坡向、岩性、松散层厚度、松散物质比率和植被覆盖度；所述降雨数据包括：10分钟雨强、30分钟雨强、小时雨强、降雨延时、最大小时雨强、当日雨量、前期有效雨量、总降雨量。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述关键地质因子包括：流域面积、沟床平均坡度、松散物质比率；所述关键触发因子包括：最大小时雨强与总降雨量的乘积。5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述确定泥石流触发时的关键地质因子和关键触发因子的步骤之后，还包括：根据收集的有记载的泥石流发生区域在泥石流发生时的所述关键地质因子和关键触发因子对应的值，利用基于二叉树的遗传规划方法确定描述所述关键地质因子与所述关键降雨因子之间函数关系的多区域泥石流触发预警二叉树。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述利用基于二叉树的遗传规划方法确定描述所述关键地质因子与所述关键降雨因子之间函数关系的多区域泥石流触发二叉树的步骤，包括：步骤S10：获取收集的m个有记载的泥石流发生区域在泥石流发生时的所述关键地质因子和关键触发因子对应的值，确定m个所述关键地质因子对应的值为输入样本数据，m个所述关键触发因子对应的值为输出样本数据；步骤S20：初始化：获取终止符集；获取函数集；获取遗传规划各参数：群体规模n、交换概率α、突变概率β、最大突变深度γ、最大迭代次数T、模型误差δ、最大二叉树深度ζ、及终止准则，所述终止准则为：达到最大迭代次数T或不大于所述模型误差δ；根据所述终止符集和所述函数集，采用完全法随机产生一个具有所述群体规模的二叉树群体，所述二叉树群体中的每...

【专利技术属性】
技术研发人员：翟淑花，冒建，南赟，刘欢欢，王云涛，王强强，熊春华，王艳梅，
申请(专利权)人：北京市地质研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11