【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及图像数据处理领域，尤其涉及一种基于堆积扇沉积特征识别的旱区泥石流活动评估方法。
技术介绍
1、泥石流是一种常见的地质灾害，广泛发生于全球的山地、丘陵地区；作为一种固液混合流，它的破坏力极强，不仅会毁坏房屋和基础设施、产生巨大经济损失，还会对人类生命和财产安全构成严重威胁。泥石流的发生常受暴雨、高温等极端气候事件影响，具有流速快、冲击力大、突发性和随机性的特点，导致预测难、防治难和恢复重建困难。近年来，随着气候变化的加剧和人类活动的干扰，泥石流的频率增多、规模增大，尤其在旱区表现尤为突出，且群发性明显，对社会稳定、山区可持续发展构成极大挑战。由于泥石流常发育于偏远山区、环境险峻，其爆发不确定性大，导致数据采集困难、安全风险较高，泥石流规模和频率难以获取。但掌握这些与泥石流活动性相关的信息是泥石流防治和管理的基础。
2、目前，评估泥石流规模和频率的传统方法包括野外监测和堆积剖面测量，通过实地架设流量、流速监测设备和视频监控获取泥石流相关参数，或通过野外剖面测量和拍照获取泥石流规模信息。现行基于监测数据或堆积剖面测量泥石流规模、频率的方法，由于1）监测网络设备、安装、维护费用高，且堆积扇剖面测量需实地调查，费时、耗力；2）堆积扇活动性推测对数据量需求大、对数据分辨率要求高；3）均以单沟尺度应用为主；4）灾害发育时空和严重程度难以预测；5）受剖面采样位置、取样深度、监测记录时长影响。因此存在以下主要缺陷：1）设备、人力、时间成本高；2）应用范围受监测网络部署和现场勘察范围限制；3）难以或较少在大范围、垮流域情况
3、然而，对比传统的监测法和剖面测量法，测年法和数值模拟方式只提供了新型研究方法，在推算泥石流成灾范围和活动期次上并未实现效率上的提升，适用环境和范围也未明显扩大；而遥感解译法尽管扩大了适用范围，但效率仍然较低，仍难以快速高效评估频繁发生于偏远山区的泥石流灾害。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服现有技术的缺点，提供了一种基于堆积扇沉积特征识别的旱区泥石流活动评估方法，解决了现有技术存在的不足。
2、本专利技术的目的通过以下技术方案来实现：一种基于堆积扇沉积特征识别的旱区泥石流活动评估方法，所述评估方法包括：
3、数据预处理步骤；
4、模型参数建立及处理步骤：建立包括沟道数量、堆积扇面积大小、最大冲击力度和灾害发生频率的模型参数，基于单个流域内的沟道纵剖面特征定位沟口及堆积扇终点从而获取堆积扇横截中线及通过捕捉其谷信号推测沟道数量，通过堆积扇沟口和终点位置获得堆积扇半径及利用已识别堆积扇边界沟道计算堆积扇中线宽度及扩散角从而计算堆积扇面积，通过野外考察所得面积和高的关系计算巨砾高度和体积并结合所得堆积扇平均坡度计算灾害最大冲击力度，根据不同时期的沟道识别数量获取时期内灾害发生频数及推算灾害发生频率；
5、模型构建及评估结果指标化步骤：将四个参数的结果统一标准化处理后作为主成分分析法的输入变量，求取对模型整体贡献量大的主成分数量，获取各主成分在模型中的权重，构建模型结果，进行泥石流活动评估。
6、所述基于单个流域内的沟道纵剖面特征定位沟口及堆积扇终点从而获取堆积扇横截中线及通过捕捉其谷信号推测沟道数量具体包括以下内容：
7、获取沟道纵剖面数据：将各流域dem经纬坐标数据转化为平面图像像素坐标格式的数组，读取该流域内的河流矢量数据，通过河网的分级筛选主河道数据，根据河段对应的上下节点标识属性和数据拓扑连接规律从上游至下游交叉匹配数据形成连续河流数据，并将河流数据坐标转化为与dem相同的像素坐标，获取河流数据点对应dem数据中的高程值及根据点经纬度坐标计算各点间实际地理距离，从而得到沟道纵剖面数据；
8、判断和优化沟口及堆积扇终点位置：根据各流域内沟道纵剖面数据计算邻点间坡度、坡度变化值、沟道平均坡度变化和坡度变化标准差，以预测最接近现实沟口的结果，并根据ci阈值方法确定最终所得流域的沟口位置和堆积扇终点；
9、提取堆积扇中线剖面：根据所得沟口和堆积扇终点坐标连接成线，计算其平均坡度和中点坐标，以中点为起点作正方向量垂线，即为流域中该堆积扇的中线剖面；
10、识别堆积扇横截中线上的沟道数量：识别堆积扇中线剖面中的局部最大值即主要峰信号和谷信号，保存预估谷信号和峰信号数据高程及剖面位置信息，利用高差变化筛除异常值，并设定沟道点高程最高不超过流域堆积扇以上地形高程，得到调整沟道数量，并结合实际解译的沟道数量数据，得到调整沟道数量和实际沟道数量的关系。
11、所述根据ci阈值方法确定最终所得流域的沟口位置和堆积扇终点包括：
12、使用ci阈值寻找下游至上游地形突变的第一个正值特征点，通过方程确定沟口坐标，其中，、和 s分别代表坡度变化、平均坡度、标准差，t表示临界t-value，n表示数据大小，point(x, y)表示符合不等式要求的最低点的点坐标，即沟口坐标；
13、根据最优的ci阈值得到最终所得流域的沟口位置，堆积扇终点则为流域内河流逆流方向上坡度变化急速转正的点，但如果生成流域边界时流域底部边界刚好与堆积扇边界重合，则提取流域底部边界与河流的交点作为堆积扇终点。
14、所述通过堆积扇沟口和终点位置获得堆积扇半径及利用已识别堆积扇边界沟道计算堆积扇中线宽度及扩散角从而计算堆积扇面积具体包括以下内容：
15、计算堆积扇半径：根据沟口和堆积扇终点位置及高程，结合三角形勾股定理计算堆积扇半径；
16、计算堆积扇扩散角预测值：根据优化沟道的双向极点，计算堆积扇中线长，并通过公式计算堆积扇扩散角预测值，其中，arctan为反正切函数，wmid-fan为堆积扇中线长，r为堆积扇半径；
17、校正堆积扇扩散角：通过人工解译样本得到的堆积扇扩散角与计算得到的堆积扇扩散角预测值之间的关系，对堆积扇扩散角预测值进行校正得到校正堆积扇扩散角α；
18、推算堆积扇面积：根据堆积扇半径r和校正堆积扇扩散角α计算得到堆积扇面积本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于堆积扇沉积特征识别的旱区泥石流活动评估方法，其特征在于：所述评估方法包括：
2.根据权利要求1所述的一种基于堆积扇沉积特征识别的旱区泥石流活动评估方法，其特征在于：所述基于单个流域内的沟道纵剖面特征定位沟口及堆积扇终点从而获取堆积扇横截中线及通过捕捉其谷信号推测沟道数量具体包括以下内容：
3.根据权利要求2所述的一种基于堆积扇沉积特征识别的旱区泥石流活动评估方法，其特征在于：所述根据CI阈值方法确定最终所得流域的沟口位置和堆积扇终点包括：
4.根据权利要求2所述的一种基于堆积扇沉积特征识别的旱区泥石流活动评估方法，其特征在于：所述通过堆积扇沟口和终点位置获得堆积扇半径及利用已识别堆积扇边界沟道计算堆积扇中线宽度及扩散角从而计算堆积扇面积具体包括以下内容：
5.根据权利要求1所述的一种基于堆积扇沉积特征识别的旱区泥石流活动评估方法，其特征在于：所述通过野外考察所得面积和高的关系计算巨砾高度和体积并结合所得堆积扇平均坡度计算灾害最大冲击力度具体包括以下内容：
6.根据权利要求2所述的一种基于堆积扇沉积特征识别的旱
7.根据权利要求1所述的一种基于堆积扇沉积特征识别的旱区泥石流活动评估方法，其特征在于：所述模型构建及评估结果指标化步骤具体包括以下内容：
8.根据权利要求1-7中任意一项所述的一种基于堆积扇沉积特征识别的旱区泥石流活动评估方法，其特征在于：所述数据预处理步骤具体包括以下内容：
...【技术特征摘要】
1.一种基于堆积扇沉积特征识别的旱区泥石流活动评估方法，其特征在于：所述评估方法包括：
2.根据权利要求1所述的一种基于堆积扇沉积特征识别的旱区泥石流活动评估方法，其特征在于：所述基于单个流域内的沟道纵剖面特征定位沟口及堆积扇终点从而获取堆积扇横截中线及通过捕捉其谷信号推测沟道数量具体包括以下内容：
3.根据权利要求2所述的一种基于堆积扇沉积特征识别的旱区泥石流活动评估方法，其特征在于：所述根据ci阈值方法确定最终所得流域的沟口位置和堆积扇终点包括：
4.根据权利要求2所述的一种基于堆积扇沉积特征识别的旱区泥石流活动评估方法，其特征在于：所述通过堆积扇沟口和终点位置获得堆积扇半径及利用已识别堆积扇边界沟道计算堆积扇中线宽度及扩散角从而计算堆积扇面积具体包括以下内容：...
【专利技术属性】
技术研发人员：蒋祯妮，王姣，崔鹏，张国涛，刘杰，杨治纬，
申请(专利权)人：中国科学院，水利部成都山地灾害与环境研究所，
类型：发明
国别省市：
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