图层约束下的点状自然灾害风险地图综合控制系统及方法技术方案

本发明专利技术属于自然灾害风险地图综合控制技术领域，公开了一种图层约束下的点状自然灾害风险地图综合控制系统及方法，运用LC‑FIS模型对点状自然灾害风险地图的自动综合进行了初步探索，进行了多尺度自动综合的表达应用。基于地理学、地图学和灾害学理论，初步构建了图层约束‑模糊推理系统(LC‑FIS)的点状自然灾害风险制图的自动综合模型。本发明专利技术对中国滑坡灾害的表达能够较好的体现其区域分异规律，通过对孕灾环境、致灾因子、灾情等约束图层的选取，揭示高风险区的空间分布，为多尺度区域灾害风险管理与决策提供新方法与新思路。

Integrated control system and method for point shape natural disaster risk map under layer constraint

The invention belongs to the technical field of integrated control of natural disaster risk maps, discloses an integrated control system and method of point-like natural disaster risk maps under layer constraints, preliminarily explores the automatic synthesis of point-like natural disaster risk maps by using LC_FIS model, and carries out the application of multi-scale automatic synthesis expression. Based on the theories of geography, cartography and disaster science, an automatic synthetic model of point-like natural disaster risk mapping using Layer Constrained Fuzzy Inference System (LC FIS) is constructed. The expression of the invention for landslide disasters in China can better reflect the law of regional differentiation, reveal the spatial distribution of high-risk areas by selecting constraint layers of disaster-pregnant environment, disaster-causing factors and disaster conditions, and provide new methods and new ideas for multi-scale regional disaster risk management and decision-making.

【技术实现步骤摘要】
图层约束下的点状自然灾害风险地图综合控制系统及方法
本专利技术属于自然灾害风险地图综合控制
，尤其涉及一种图层约束下的点状自然灾害风险地图综合控制系统及方法。
技术介绍
目前，业内常用的现有技术是这样的：自然灾害风险地图作为一项重要的非工程性措施，对灾害易发区的损失评估、防灾救灾辅助决策等都能发挥重要的作用，它不仅有十分显著的社会经济减灾效益，而且可为其他领域提供强有力的科学决策依据。自动综合在灾害风险地图中的运用显得尤为迫切，目前国内外专门针对灾害风险地图的制图综合分析还甚少。人们对风险地图的表达多停留在风险本身的评估，对在特定区域，因比例尺或地图用途发生变化，对风险地图内容进行综合和概括的分析比较薄弱，而灾害风险地图的自动综合对中国地域辽阔、灾害类型多、区域差异大的基本国情有着重要的现实意义。点状自然灾害特征是空间灾害风险分布规律分析的一种重要对象，而空间点集表现为复杂目标时，空间灾害点的大小、形状已经失去意义，因此，区域空间点集自动综合的重点在于空间点的选取，除了参考空间点本身的某些“资格”外，反映区域点集分布规律和孕灾环境整体的结构特征，就成为灾害点选取考虑的主要问题。针对点状自然灾害风险地图自动综合的分析缺乏系统的理论基础，潘东华等人结合点状承灾体自身及在灾害系统中的属性特征，抽象概括了点状承灾体在灾害地图中的6种制图综合类型，即重要性综合、特殊性综合、邻近性综合、条件性综合、完整性综合、随机性综合在区域应用上，基于人口与绿洲承灾体图层约束，以中国西北干旱区为例，开展了区域灾害风险的制图综合分析，为地广人稀、灾害频发的西部地区提供了有针对性的风险防范模式。本分析旨在从灾害系统理论角度出发，基于图层约束来探索区域灾害风险制图中自动综合方法分析，以期为区域灾害风险识别，风险防范与管理提供理论与技术支持，进而为区域的防灾减灾提供科学依据。综上所述，现有技术存在的问题是：目前国内外专门针对灾害风险地图的制图综合分析还甚少。人们对风险地图的表达多停留在风险本身的评估，对在特定区域，因比例尺或地图用途发生变化，对风险地图内容进行综合和概括的分析比较薄弱。解决上述技术问题的难度和意义：为了保持地图内容详细性与清晰性的对立统一、几何精确性与地理适应性的对立统一，目前的自然灾害风险制图的难度主要在于如何在系统定量的自动综合模型中体现基本地理规律，并反映灾害系统过程。本专利技术旨在从灾害系统理论角度出发，将图形概括与地理规律约束相结合，基于图层约束探索区域灾害风险制图中自动综合方法研究，以期为区域灾害风险识别，风险防范与管理提供理论与技术支持，进而为区域的防灾减灾提供科学依据。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种图层约束下的点状自然灾害风险地图综合控制系统及方法。本专利技术是这样实现的，一种图层约束下的点状自然灾害风险地图综合控制系统及方法包括以下步骤：步骤一，确定模糊控制器的结构。针对滑坡灾害特点，选取了滑坡灾害程度区划，地形坡度、地貌区划、地震长期烈度区划、年暴雨日数、年均降水量这6个与滑坡灾害发生密切相关的约束图层作为输入变量；模糊控制器选用Mamdani进行建模，风险程度作为输出结果；步骤二，定义隶属函数的形式与范围。滑坡灾害模糊推理的隶属函数选用了高斯型，通过数据挖掘，计算滑坡灾害程度区划对应区域内其他约束图层属性的均值，从而得到各对应滑坡程度等级所对应的6个约束图层的属性均值，其中地貌区划约束层是计算了各类地貌区中滑坡点个数的百分比，以此来衡量地貌类型对滑坡的影响度；确定相应约束图层的隶属函数范围，通过隶属函数编辑器构建相应的隶属函数，得到6个输入量和输出量隶属函数分布；步骤三，建立滑坡灾害的模糊推理规则。根据已有的滑坡灾害程度区划建立各约束图层与之对应的隶属函数范围级别，将滑坡灾害程度区划分别用代码表示，最严重区(7)、严重区(6)、较严重区(5)、一般严重区(4)、较轻区(3)、微弱区(2)、基本无灾区(1)，其他各约束图层的隶属函数取值范围，由弱到强也以此用代码1—7来表示，由此通过规则编辑器来建立推理规则，得到基于6个约束图层作为输入变量、风险结果作为输出结果的推理规则；步骤四，执行模糊规则的推理单元。通过上述步骤建立的模糊规则进行所有滑坡点的近似推理，图中每条规则对应一行，每行的7个小矩形框表示该条规则的6个前提和1个推论；每列对应一个变量，其中每列末行的数字显示该变量的取值范围；前6列小矩形框显示了每条规则的前提部分引用的高斯隶属度函数分布，第7列为相应的推论输出。矩形框中表示变量的指示线穿过图中的隶属度函数线的位置确定了该条规则活跃的程度，隶属度曲线下的灰色曲面表示了模糊隶属度值；第7列中的第8行小矩形为各条规则推理的加权平均清晰化的结果，即最后每个滑坡点位风险程度的模糊系统输出，从而完成了基于6个约束图层的滑坡点位发生灾害风险程度的可能性大小分析，为滑坡点位在不同尺度下的取舍表达提供了决策依据；步骤五，滑坡点多尺度自动综合的实现。运用模糊量清晰化方法作为多尺度综合的方法，FIS采用最大隶属度方法计算，通过解模糊化，得到每个滑坡点在6个约束图层控制下的风险等级值，从而判断每个滑坡点在不同尺度转换时取舍的优先级序，不同优先级序对应不同的转化尺度。在FIS系统里每个点是一个没有空间定位的数组，将输出结果在ArcGIS中，对每个滑坡点Pi(xi，yi)作空间坐标信息的匹配。从而反映滑坡在全国范围内分布的区域差异性，同时也为滑坡灾害的数据再挖掘深度和空间分析提供了可能。进一步，所述外点状自然灾害风险地图自动综合的理论构建如下：自然灾害风险制图中，缺乏基于灾害系统过程的递进式自动综合分析，以往的灾害风险地图，主要集中在致灾因子危险性方面的分析，或者是直接对风险结果作地图图形方面的自动综合，因此当前灾害风险地图的自动综合，既缺乏较完备的理论支撑，又缺少对灾害发生过程反映的自动综合方法，基于此，在已有分析成果的基础上从“地理学—地图学—灾害学”3维角度构建了“自然灾害风险制图自动综合的图层约束(LC)理论”，提出在自动综合过程中需要从灾害系统角度出发，找出自然灾害发生、发展过程中的关键图层作为尺度约束，并依据图层在灾害系统中的作用，分层次、分过程地对图层作了灾害系统的语义约束、孕灾环境的结构约束、致灾因子的阈值约束、承灾体的空间约束，以及灾情表征的视觉约束系统分析。基于灾害系统理论，在GIS数字环境下，结合地理学和地图学知识，探讨了点状自然灾害现象(滑坡)的自动综合问题，在充分揭示滑坡灾害风险表达明辨性、逻辑一致性和结构整体性的前提下，考虑各种与滑坡灾害相关的孕灾环境及致灾因子情况，提取了滑坡点自动综合的主要约束图层:滑坡灾害程度区划(slidezone)，地形坡度(slope)、地貌区划(landform)、地震长期烈度区划(earthdensity)、年暴雨日数(rainstorm)、年均降水量(rainfall)等图层信息，并结合模糊推理系统(FIS)算法，通过空间数据挖掘，构建了各个约束图层的隶属函数，运用Mamdani模糊控制器进行近似推理，计算了每个滑坡点在6个约束图层下发生灾害的风险等级，为多尺度的滑坡灾害风险地图自动综合提供了新的思路与方法。本专利技术的隶属函数为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种图层约束下的点状自然灾害风险地图综合控制方法，其特征在于，所述图层约束下的点状自然灾害风险地图综合控制方法针对滑坡灾害特点，选取滑坡灾害程度区划、地形坡度、地貌区划、地震长期烈度区划、年暴雨日数、年均降水量这6个与滑坡灾害发生密切相关的约束图层作为输入变量；选用Mamdani进行建模，风险程度作为输出结果；通过隶属函数编辑器构建相应的隶属函数，得到6个输入量和输出量隶属函数分布；建立滑坡灾害的模糊推理规则；通过建立的模糊规则进行所有滑坡点的近似推理，完成基于6个约束图层的滑坡点位发生灾害风险程度的可能性大小分析，为滑坡点位在不同尺度下的取舍表达提供决策依据；运用模糊量清晰化方法作为多尺度综合的方法，FIS采用最大隶属度方法计算，通过解模糊化，得到每个滑坡点在6个约束图层控制下的风险等级值，判断每个滑坡点在不同尺度转换时取舍的优先级序，不同优先级序对应不同的转化尺度。

【技术特征摘要】
1.一种图层约束下的点状自然灾害风险地图综合控制方法，其特征在于，所述图层约束下的点状自然灾害风险地图综合控制方法针对滑坡灾害特点，选取滑坡灾害程度区划、地形坡度、地貌区划、地震长期烈度区划、年暴雨日数、年均降水量这6个与滑坡灾害发生密切相关的约束图层作为输入变量；选用Mamdani进行建模，风险程度作为输出结果；通过隶属函数编辑器构建相应的隶属函数，得到6个输入量和输出量隶属函数分布；建立滑坡灾害的模糊推理规则；通过建立的模糊规则进行所有滑坡点的近似推理，完成基于6个约束图层的滑坡点位发生灾害风险程度的可能性大小分析，为滑坡点位在不同尺度下的取舍表达提供决策依据；运用模糊量清晰化方法作为多尺度综合的方法，FIS采用最大隶属度方法计算，通过解模糊化，得到每个滑坡点在6个约束图层控制下的风险等级值，判断每个滑坡点在不同尺度转换时取舍的优先级序，不同优先级序对应不同的转化尺度。2.如权利要求1所述的图层约束下的点状自然灾害风险地图综合控制方法，其特征在于，定义隶属函数的形式与范围中，滑坡灾害模糊推理的隶属函数选用高斯型，通过数据挖掘，计算滑坡灾害程度区划对应区域内其他约束图层属性的均值，从而得到各对应滑坡程度等级所对应的6个约束图层的属性均值，其中地貌区划约束层是计算了各类地貌区中滑坡点个数的百分比，依此衡量地貌类型对滑坡的影响度；确定相应约束图层的隶属函数范围；隶属函数为高斯型隶属函数，其中，c决定函数中心的位置，σ决定函数曲线的宽度；3.如权利要求1所述的图层约束下的点状自然灾害风险地图综合控制系统及方法，其特征在于，建立滑坡灾害的模糊推理规则中，根据已有的滑坡灾害程度区划建立各约束图层与之对应的隶属函数范围级别，将滑坡灾害程度区划分别用代码表示，最严重区(7)、严重区(6)、较严重区(5)、一般严重区(4)、较轻区(3)、微弱...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘东华，贾慧聪，王丹丹，林森，孙燕娜，贺原惠子，
申请(专利权)人：民政部国家减灾中心，
类型：发明
国别省市：北京,11