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原文传递一种基于聚类分析的公路自然灾害风险区划方法

专利名称：	一种基于聚类分析的公路自然灾害风险区划方法
摘要：	本发明公开了一种基于聚类分析的公路自然灾害风险区划方法，收集分析公路承灾体普查数据和其他单灾种普查风险评估和区划成果；在ArcGis上对不同等级的风险点根据影响长度在路线上赋予不同颜色和风险值，对灾害点重复的路段采用指标权重法进行计算风险值并赋色；采用聚类分析对相近单元进行分类合并，形成基于公路承灾体普查数据的路线风险区划以及公路路线综合风险区划；基于公路路线综合风险区划，考虑路线长度和不同风险值，确定行政单元的综合风险等级并赋色，形成公路区域综合风险区划的方法。本发明采集聚类分析和指标权重法，进行公路路线风险区划及以行政单元的区域风险区划，结果基本可靠，适合公路风险区划工作。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	北京;11
申请人：	交通运输部路网监测与应急处置中心
发明人：	杨峰;夏旺民;张恒通;赵越超;周可夫;尹曦辉;石安琪;赵宏卓
专利状态：	有效
申请日期：	2022-09-14T00:00:00+0800
发布日期：	2023-01-06T00:00:00+0800
申请号：	CN202211117952.2
公开号：	CN115578229A
代理机构：	北京思海天达知识产权代理有限公司
代理人：	王兆波
分类号：	G06Q50/26;G06Q10/0633;G06Q10/0635;G06F18/23;G06F18/25;G;G06;G06Q;G06F;G06Q50;G06Q10;G06F18;G06Q50/26;G06Q10/0633;G06Q10/0635;G06F18/23;G06F18/25
申请人地址：	100005 北京市东城区建国门内大街11号
主权项：	1.一种基于聚类分析的公路自然灾害风险区划方法，其特征在于：该方法首先收集分析公路承灾体普查数据和其他单灾种普查风险评估和区划成果，修改和剥除异常数据；在ArcGis上对不同等级的风险点根据影响长度在路线上赋予不同颜色和风险值，对灾害点重复的路段采用指标权重法进行计算风险值并赋色；采用聚类分析对相近单元进行分类合并，形成基于公路承灾体普查数据的路线风险区划；分析其他单灾种风险评估和区划成果，针对不同的路段采用指标权重法进行计算综合风险值并重新赋色，形成公路路线综合风险区划；基于公路路线综合风险区划，以乡镇为单元，考虑路线长度和不同风险值，确定行政单元的综合风险等级并赋色，形成公路区域综合风险区划的方法。 2.根据权利要求1所述的一种基于聚类分析的公路自然灾害风险区划方法，其特征在于：该方法包括如下步骤，1)收集公路承灾体普查数据和其他单灾种风险评估和区划成果；数据包括崩塌、滑坡、泥石流、沉陷与塌陷、水毁风险点公路承灾体普查数据，地震、气象、自然资源、水利、应急部门的单灾种风险评估和区划成果及综合风险区划成果； 2)分析检查步骤1)数据，对经纬度缺失、影响长度和起止点经纬度长度不一致等异常数据进行综合分析，修改和剥除数据，确保数据合理准确； 3)对经步骤2)检查分析的不同等级风险点，在ArcGis上依据经纬度和路线影响长度进行赋色和分值，其中1级风险点分值为1，颜色为深红色；2级风险点分值为2，颜色为红色；3级风险点分值为3，颜色为橙色；4级风险点分值为4，颜色为黄色；无风险点路段分值为5，颜色为绿色，形成基于公路普查数据的初步区划图层； 4)针对步骤3)中出现风险点重复的路段采用指标权重法进行计算分值赋色；根据重复的点数和影响的重要性排序进行按指标体系法计算权重，权重总和为1，计算分值按小值取整；根据分值进行赋色，形成区段赋色的风险区划图； “按指标重要性排序确定权重取值”的方法确定指标权重；式中： γ—权重系数； n—评估指标项数； m—重要性排序号，m≤n； 5)对步骤4)中的区划路段单元，采用聚类分析方法进行相近单元的合并和赋值；形成基于公路普查数据的路线风险区划；崩塌、滑坡、泥石流、沉陷与塌陷、水毁可以按步骤1-5形成单灾种的路线风险区划，也可考虑五种灾害的按步骤1-5形成的综合风险区划。 3.根据权利要求1所述的一种基于聚类分析的公路自然灾害风险区划方法，其特征在于：采用k均值聚类方法，具体算法步骤如下： 1)确定每一分段为一个样本点； 2)根据分值，确定聚类均值K＝5，作为聚类类别数； 3)随机选取5个样本点为质心，计算每一个样本与K个质心之间的相似度，将样本归到最相似质心所属的类中；相似度采用欧式距离进行计算，计算公式为：式中：dist(x，c)为样本x到质心c的欧式距离；xt与ct分别为样本x和质心c的第t个主成分； 4)重新计算每一类的均值作为质心，重复上述过程，直至满足收敛要求； 5)利用步骤1收集的单灾种风险评估和区划成果数据，将不同单灾种的区划成果数据在ArcGis上投在路线上，确定不同路段范围的风险分值；结合步骤5的基于普查数据的综合风险区划的不同路段的分值采用指标权重法计算路段的风险分值并重新赋色，形成综合路线风险区划；权重总和为1，其中基于公路普查数据的权重取0.5，不同单灾种权重根据不同灾种引起公路设施损失的情况进行确定；具体公式为：式中：Wj为第j个单灾种所占的综合风险权重；Lj为第j个灾种造成的公路设施的直接经济损失；Lk为第k个灾种造成的公路设施直接经济损失；n为考虑的灾种数量； 6)采用步骤(5)形成的路线综合风险区划，其中R不同区段根据路线风险区划的分值为1、2、3、4、5，L为不同区段的长度，以乡镇或县为区划单元，采用累加计算方法确定不同单元的分值，进行区域单元赋色，并对相近单元采用聚类分析方法进行分类合并，形成公路综合风险区划方法。 4.根据权利要求1所述的一种基于聚类分析的公路自然灾害风险区划方法，其特征在于：风险分值具体计算方法为： 1)基于公路路线综合风险区划成果，统计各行政单元内所有的公路路线综合风险分区单元； 2)将行政单元内的公路分区单位的里程与对应的综合风险分值相乘后求和； 3)除以该行政单元内的路线总里程得到平均综合风险分值，取小值确定行政单元的公路自然灾害综合风险等级；计算公式为：式中：Rd为行政单元公路自然灾害公路风险分值，Rd∈[1,5]，li为第i类公路路线风险区划单元的里程，Ri为第i类公路路线风险区划单元的分值，m为行政单元内路线风险区划单元总数。