基于特征指标筛选与负样本优化的山区滑坡易发性评价

杨若君, 夏洋德龙, 夏乐, 贺秋华, 李明波. 基于特征指标筛选与负样本优化的山区滑坡易发性评价[J]. 中国地质调查, 2025, 12(4): 113-123. doi: 10.19388/j.zgdzdc.2024.368
引用本文: 杨若君, 夏洋德龙, 夏乐, 贺秋华, 李明波. 基于特征指标筛选与负样本优化的山区滑坡易发性评价[J]. 中国地质调查, 2025, 12(4): 113-123. doi: 10.19388/j.zgdzdc.2024.368
YANG Ruojun, XIA Yangdelong, XIA Le, HE Qiuhua, LI Mingbo. Susceptibility assessment of mountain landslide based on feature indicator screening and negative sample optimization[J]. Geological Survey of China, 2025, 12(4): 113-123. doi: 10.19388/j.zgdzdc.2024.368
Citation: YANG Ruojun, XIA Yangdelong, XIA Le, HE Qiuhua, LI Mingbo. Susceptibility assessment of mountain landslide based on feature indicator screening and negative sample optimization[J]. Geological Survey of China, 2025, 12(4): 113-123. doi: 10.19388/j.zgdzdc.2024.368

基于特征指标筛选与负样本优化的山区滑坡易发性评价

  • 基金项目:
    湖南省自然资源青年科技项目“湖南省1∶ 1万地质灾害调查和风险评价技术标准(编号:20240201DZ)”与湖南省自然资源事务中心财政项目“洞庭湖流域生态保护修复工程技术创新中心2025年度建设运行”联合资助
详细信息
    作者简介: 杨若君(1991—),女,工程师,主要从事生态环境与自然资源遥感调查与监测工作。Email: 624861130@qq.com
    通讯作者: 夏洋德龙(1988—),男,工程师,主要从事地质灾害评估与风险管理方面的研究。Email: 258441181@qq.com
  • 中图分类号: P642.22

Susceptibility assessment of mountain landslide based on feature indicator screening and negative sample optimization

More Information
  • 滑坡易发性评价是开展灾害监测预警工作的基础,如何科学、合理地筛选特征指标并优化评价样本仍是当前棘手且易被忽略的问题。以湖南省龙山县为例,基于斜坡单元提取高程、坡度、坡向等15项特征指标,经主成分分析(principal component analysis, PCA)、相关性分析与共线性诊断筛选优质指标,提出一种优化负样本(optimize negative samples, ONS)的方法构建评价样本,然后使用确定性系数-随机森林(certainty factor-random forest, CF-RF) 模型进行滑坡易发性制图,并根据受试者工作特征(receiver operating characteristic, ROC)曲线与合理性分析检验预测结果准确性。研究表明: ONS-CF-RF模型能显著提升模型评价精度,其受试者ROC曲线下面积(area under curve, AUC)较CF-RF模型AUC提升了10.64%; 研究区滑坡高、极高易发区较集中于研究区西北角人类聚集区,低易发区分布于受人类活动影响较小的高海拔山区。研究成果可为龙山县滑坡灾害防治提供科学指导,也可为同类型区域滑坡易发性分区提供参考依据。

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  • 图 1  研究区位置及滑坡分布

    Figure 1. 

    图 2  总体技术路线图

    Figure 2. 

    图 3  斜坡单元覆盖区域(a)及其细节(b)

    Figure 3. 

    图 4  相关性分析热力图

    Figure 4. 

    图 5  ONS方法获取流程

    Figure 5. 

    图 6  特征指标分级栅格图

    Figure 6. 

    图 7  特征指标权重

    Figure 7. 

    图 8  研究区滑坡易发性分区

    Figure 8. 

    图 9  ROC曲线

    Figure 9. 

    表 1  资料数据详细来源

    Table 1.  Detailed sources of data

    序号 数据名称 来源 类型 备注
    1 历史滑坡灾害点 湘西州1∶5万地质灾害详查 Excel表格 截至2017年,历史滑坡和潜在滑坡共计221处
    2 地质图 湖南省自然资源事务中心 jpg图片 纸质扫描存档,比例尺为1∶200 000
    3 行政区划 http://datav.aliyun.com 矢量 更新于2021年5月
    4 地层年代与断层 http://dcc.ngac.org.cn 矢量
    5 河网与路网 https://www.resdc.cn 矢量
    6 土地利用 https://gtdc.mnr.gov.cn 栅格 湖南省土地利用图,比例尺为1∶1 200 000
    7 DEM 91卫图 栅格 ALOS DEM,分辨率为12.5 m
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    表 2  成分信息量分析

    Table 2.  Ingredient information analysis

    主成分 特征根
    特征根 方差解释率/% 累积方差解释率/%
    PC01 4.216 46.848 46.848
    PC02 1.393 15.475 62.323
    PC03 1.085 12.055 74.379
    PC04 0.979 10.879 85.258
    PC05 0.711 7.904 93.161
    PC06 0.368 4.091 97.252
    PC07 0.182 2.021 99.273
    PC08 0.046 0.516 99.789
    PC09 0.019 0.211 100
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    表 3  各指标VIF值

    Table 3.  VIF value for each indicator

    地质时期 森林类型 距主道路距离 建设用地占比 距地表水源距离 距断层距离 主成分PC01 主成分PC04
    地质时期 1.066 1.068 1.071 1.051 1.068 1.068 1.055
    森林类型 1.070 1.075 1.070 1.072 1.073 1.027 1.072
    距主道路距离 1.154 1.157 1.158 1.109 1.158 1.084 1.138
    建设用地占比 1.005 1.000 1.005 1.005 1.005 1.005 1.005
    距地表水源距离 1.133 1.151 1.106 1.155 1.155 1.151 1.109
    距断层距离 1.014 1.016 1.018 1.018 1.018 1.014 1.011
    PC01 1.163 1.114 1.091 1.166 1.162 1.162 1.129
    PC04 1.134 1.148 1.132 1.152 1.107 1.145 1.115
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    表 4  研究区特征指标分级信息

    Table 4.  Classification information of feature indicator in the study area

    类型 评价指标 分区标准 CF值 类型 评价指标 分区标准 CF值
    离散型 森林类型 非林地 -0.567 1 连续型 距断层距离 <300 m 0.400 4
    竹林地 0.408 3 [300, 600) m 0.159 2
    灌木林地 -0.038 2 [600, 900) m -0.017 4
    乔木林地 0.013 7 [900, 1 200) m -0.475 1
    其他林地 -0.105 8 [1 200, 1 500) m -0.551 6
    地层与地貌 奥陶系 0.050 2 [1 500, 1 800) m -0.136 1
    志留系 0.378 7 [1 800, 2 100) m -0.440 2
    泥盆系 -1.000 0 ≥2 100 m 0.075 8
    二叠系 -0.792 5 PC01 <-26 -0.087 5
    三叠系 -0.767 6 [-26, -24) -0.120 1
    第四纪 0.859 5 [-24, -22) 0.374 6
    白垩系 0.664 8 [-22, -20) 0.126 5
    寒武系 -0.532 8 [-20, -18) 0.253 8
    河流积水区 0.662 9 [-18, -16) 0.195 9
    连续型 距主道路距离 <250 m 0.525 2 [-16, -14) 0.167 7
    [250, 750) m -0.070 5 [-14, -12) -0.140 0
    [750, 1 250) m 0.103 1 [-12, -10) -0.398 7
    [1 250, 1 750) m -0.292 3 [-10, -8) -0.610 1
    [1 750, 2 250) m -0.331 2 [-8, -6) -0.749 5
    [2 250, 2 750) m -0.682 4 ≥-6 -0.716 0
    ≥2 750 m -0.311 6 PC04 <-40 -0.655 7
    建设用地占比 <2% -0.754 5 [-40, -20) -0.511 5
    [2, 12)% 0.689 8 [-20, 0) 0.008 7
    [12, 22)% 0.851 2 [0, 20) 0.123 6
    [22, 32)% 0.874 7 [20, 40) 0.204 2
    [32, 42)% 0.968 2 [40, 60) -0.425 6
    [42, 52)% 0.743 3 [60, 80) 0.278 9
    ≥52% 0.489 5 [80, 100) 0.005 5
    距地表水源距离 <200 m 0.527 7 [100, 120) 0.214 1
    [200, 450) m -0.015 2 [120, 140) -0.167 2
    [450, 700) m 0.089 3 [140, 160) 0.275 7
    [700, 950) m -0.086 2 [160, 180) -0.213 2
    [950, 1 200) m -0.313 3 [180, 200) 0.585 0
    [1 200, 1 450) m -0.601 8 ≥200 0.078 6
    [1 450, 1 700) m -0.815 2
    ≥1 700 m -0.877 3
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    表 5  研究区模型结果对比分析

    Table 5.  Comparative analysis of the model results in the study area

    分区 CF-RF模型
    区域面积/km2 滑坡数量/个 滑坡面积/104 m2 FR值
    低易发区 751.348 3 2 1.664 0 0.037 8
    中易发区 1 000.134 1 17 38.123 0 0.241 5
    高易发区 837.074 2 43 22.800 5 0.730 0
    极高易发区 495.120 9 155 143.907 7 4.448 7
    低易发区 1 086.163 4 8 8.619 0 0.104 7
    中易发区 1 060.840 2 23 37.142 0 0.308 1
    高易发区 491.194 4 37 21.626 5 1.070 4
    极高易发区 445.479 5 149 139.107 7 4.753 0
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    表 6  ONS-CF-RF模型统计分析

    Table 6.  Statistical analysis of ONS-CF-RF model

    分区 分区面积/km2 分区面积占比/% 滑坡数量/个 滑坡密度/(个· 10 000 m-2)
    低易发区 1 168.1 37.88 8 0.68
    中易发区 1 057.3 34.29 23 2.18
    高易发区 467.2 15.15 37 7.92
    极高易发区 391.0 12.68 149 38.10
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出版历程
收稿日期:  2024-11-26
修回日期:  2025-05-16
刊出日期:  2025-08-25

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