(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210899790.6 (22)申请日 2022.07.28 (71)申请人 河海大学 地址 210024 江苏省南京市 鼓楼区西康路1 号 (72)发明人 姬建　佟斌　崔红志　张童　宋健　 曹子君　苏立君　李杭州　王培清　 (74)专利代理 机构 南京灿烂知识产权代理有限 公司 323 56 专利代理师 赵丽 (51)Int.Cl. E02D 17/20(2006.01) E02D 33/00(2006.01) E02D 1/00(2006.01) G06Q 10/06(2012.01)G06Q 10/04(2012.01) G06Q 50/26(2012.01) G06N 3/08(2006.01) G09B 23/40(2006.01) G01N 33/24(2006.01) G01B 21/32(2006.01) (54)发明名称 基于GIS平台进行滑坡 过程概率分析的滑坡 危险性区划方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于地理信息系统 （GIS） 平台进行滑坡物理过程概率分析的滑坡危险性 区划方法， 输入地形空间数据文件， 计算地形坡 度， 选择浅层滑坡物理模型， 并对地形空间数据 文件采样转化为栅格图层文件， 将栅格图层文件 转换为Numpy数组， 提取相应数组中对应地形数 据， 基于自动迭代算式的一阶可靠度算法进行滑 坡危险性概率高效分析， 计算结果汇总成栅格图 层文件； 本发明采用Python语言在GIS中开发了 基于FORM的滑坡预测方法， 使用HLRF_x 算法迭代 计算可靠度指标， 避免了以往需要在多平台上使 用地理空间技术进行数据交互的过程， 进一步克 服了地理信息系统相关软件中进行地形和地貌 数据分析既耗时又费力的缺 点。 权利要求书3页 说明书9页 附图9页 CN 115162376 A 2022.10.11 CN 115162376 A 1.一种基于GIS平台进行滑坡过程概率分析的滑坡危险性区划方法， 其特征在于， 输入 地形空间数据文件， 计算地形坡度， 对地形 空间数据文件采样转化为栅格图层文件， 将栅格 图层文件转换为Numpy数 组， 提取Numpy数 组中对应地形数据， 基于浅层滑坡物理模 型， 通过 自动迭代算式的一阶可靠度算法进行滑坡危险性概率分析， 滑坡危险性概率分析结果汇总 成栅格图层文件， 以图层的形式输出危险性 概率分析结果。 2.根据权利要求1所述的一种基于GIS平台进行滑坡过程概率分析的滑坡危险性区划 方法， 其特 征在于， 具体包括以下步骤： S1， 输入地形空间数据文件,地形空间数据文件包括数字高程模型文件、 土壤类型空间 分布文件、 植被类型空间分布文件、 地质参数数据文件、 相关系数矩阵、 最小坡度、 DEM标准 偏差、 加速度时程曲线和地 面峰值加速度分布图； S2， 根据数字高程模型文件计算每 个地形点的地形坡度α； S3， 土壤类型空间分布文件和植被类型空间分布文件中的数据按照位置不变， 采样转 化为栅格图层 文件， 将栅格图层 文件转换为Numpy数 组， 分别提取不同栅格图层 文件转换后 的Numpy数组中的数据； S4， 根据Numpy数组中的数据， 计算得出每个栅格数据点的安全系数， 基于自动迭代算 式的一阶可靠度算法进行滑坡危险性概率分析， 滑坡危险性概率分析计算结果汇总成栅格 图层文件， 并以图层的形式输出可靠度指标β 、 失效概率Pf、 安全系数FoS、 屈服加速度ac和永 久位移Dn。 3.根据权利要求2所述的一种基于GIS平台进行滑坡过程概率分析的滑坡危险性区划 方法， 其特 征在于， 基于HLRF_x算法迭代计算可靠度指标β， 可靠度指标β 表示从均 值向量到最可 能失效点 向量的最小距离； HLRF_x算法框架下计算可靠度指标β 的迭代公式为： Pf＝Φ(‑β )  (4) 其中： 是变换矩阵； R是所有随机变量的相关矩阵， R‑1是相关矩阵R的逆 矩阵； 表示正态空 间中第k个变量的等效正态标准差； xk是x空间中第k步迭代 包含随机变 量的向量； x空间指原始数据空间， 即现实世界中参数所服 从的分布空间； xk+1是x空间中第k +1步迭代包含随机变量的向量， 最后一步迭代时， 满足式(2)的xk+1定义为Xnew， xk+1＝Xnew， 此 时Xnew为最可能失效点向量； 是正态空间N中第k步迭代包含随机变量的均值向量， N表 示 正态空间； ε1, ε2为预先规定的小量； 表示在x空间中评估的第i个变量的最可能失效点向 量分量值； uiN和 分别表示正态空间中第i个变量 的等效正态平均值和标准差； Pf表示失权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115162376 A 2效概率； g(x)是极限状态函数； Φ( ·)表示标准正态累 积分布函数， n*表示正态空间参数 中 最可能失效点向量， n*T表示最可能失效点向量的转置向量； 表示极限状态函数g(xk) 的梯度向量， 表示梯度向量 的转置向量。 4.根据权利要求3所述的一种基于GIS平台进行滑坡过程概率分析的滑坡危险性区划 方法， 其特 征在于， 初始xk取历史随机变量的向量的平均值x0。 5.根据权利要求2所述的一种基于GIS平台进行滑坡过程概率分析的滑坡危险性区划 方法， 其特 征在于， 土壤类型空间分布文件、 植被 类型空间分布文件是 ‘.shp’文件， 包括七列： 第一列为“Unit”， 表示土壤和植被单位名称； 第二列为“param”， 表示土壤参数名称或者 植被参数名称； 第三列为“dist”， 表示每个变量的概 率分布名称； 第四列到第七列分别为 “stat1”、“stat2”、“stat3”和“stat4”， 分别表示对应概率分布 参数值， 变量符合双参数 统计分布时， 统计值分配给为 “stat1”列和“stat2”列， 零值填充在 “stat3”列和“stat4”列。 6.根据权利要求1所述的一种基于GIS平台进行滑坡过程概率分析的滑坡危险性区划 方法， 其特 征在于， 土壤类型空间分布文件和植被类型空间分布文件中的数据按照位置不变， 采样转化为 栅格图层文件， 将栅格图层文件转换为 Numpy数组； Numpy数组中的参数包括土壤参数和植被参数， 土壤参数包括土体黏聚力Cs、 土体内摩 擦角φ、 滑动深度D、 地形坡度α、 土体干重度γm、 饱和土的容重γsat、 水的容重γw和地下水 高度Hw； 植被参数包括 根系黏聚力Cr和植被重量qt。 7.根据权利要求1所述的一种基于GIS平台进行滑坡过程概率分析的滑坡危险性区划 方法， 其特 征在于， 根据数字高程模型文件基于八节点邻近像素算法计算每个地形点的地形坡度α； 地形 坡度α 的计算公式为： ATAN表示反正切函数； dx， dy， dz表示每 个地形点在x,y,z方向上的微分； 基于浅层滑坡物理模型计算每个地形点的安全系数FoS， 浅层滑坡物理模型包括 Hammond模型和无限长边坡模型， 地震分析根据公式(8)和公式(9)得到每个地形点的屈服 加速度ac和永久位移Dn： ac＝(FoS‑1)g·sinα  (8) 其中： ac为屈服加速度， FoS 为每个地形点的安全系数， g为重力加速度， α 为地形坡度， Dn 为永久位移， amax为地面峰值加速度。 8.根据权利要求7所述的一种基于GIS平台进行滑坡过程概率分析的滑坡危险性区划 方法， 其特 征在于，权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115162376 A 3