本發(fā)明涉及地表位移預(yù)測(cè)分析，具體涉及一種高陡邊坡影響下的交通沿線地表位移預(yù)測(cè)方法。

背景技術(shù)：

1、高陡邊坡是山區(qū)交通沿線常見的地質(zhì)構(gòu)造，其穩(wěn)定性直接關(guān)系到交通線路的安全運(yùn)營(yíng)，由于地質(zhì)和氣候條件的影響，高陡邊坡容易發(fā)生滑坡、塌方和坍塌等地質(zhì)災(zāi)害，對(duì)公路、鐵路等交通設(shè)施構(gòu)成嚴(yán)重威脅，這些災(zāi)害不僅會(huì)導(dǎo)致交通中斷，還可能引發(fā)嚴(yán)重的交通事故，造成人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，而地表位移是邊坡穩(wěn)定性變化的重要指標(biāo)，通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)交通沿線地表的位移情況，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)邊坡的變形趨勢(shì)，為預(yù)防地質(zhì)災(zāi)害提供科學(xué)依據(jù)。

2、高陡邊坡區(qū)域往往地形復(fù)雜、氣候多變，而地質(zhì)活動(dòng)與氣候變化均會(huì)對(duì)邊坡的穩(wěn)定性產(chǎn)生一定影響，造成交通沿線地表位移的急劇變化，進(jìn)而出現(xiàn)較為嚴(yán)重的地質(zhì)災(zāi)害，因此，如何綜合分析高陡邊坡區(qū)域的地質(zhì)活動(dòng)與氣候變化，對(duì)交通沿線地表位移進(jìn)行預(yù)測(cè)，是本發(fā)明要解決的問題，為此，現(xiàn)提出一種高陡邊坡影響下的交通沿線地表位移預(yù)測(cè)方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明目的在于提供一種高陡邊坡影響下的交通沿線地表位移預(yù)測(cè)方法，以解決上述背景技術(shù)中提出的問題。

2、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

3、一種高陡邊坡影響下的交通沿線地表位移預(yù)測(cè)方法，包括以下步驟：

4、步驟一、獲取目標(biāo)交通沿線區(qū)域的高陡邊坡地質(zhì)數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)和歷史地表位移數(shù)據(jù)，得到交通沿線地表位移序列；

5、步驟二、對(duì)高陡邊坡地質(zhì)數(shù)據(jù)和氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行特征分析，確定目標(biāo)交通沿線區(qū)域的地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征和氣象變化特征；

6、步驟三、從地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征和氣象變化特征中篩選出地表位移影響特征，構(gòu)建特征數(shù)據(jù)集；

7、步驟四、結(jié)合歷史地表位移數(shù)據(jù)和機(jī)器學(xué)習(xí)模型，構(gòu)建地表位移預(yù)測(cè)模型，預(yù)測(cè)目標(biāo)交通沿線區(qū)域的地表位移趨向；

8、步驟五、基于實(shí)時(shí)的高陡邊坡地質(zhì)數(shù)據(jù)和氣象數(shù)據(jù)，利用地表位移預(yù)測(cè)模型進(jìn)行地表位移的實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)，并設(shè)定預(yù)警閾值，預(yù)警潛在的地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)。

9、本發(fā)明技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)在于：所述步驟一具體包括：

10、明確所需數(shù)據(jù)的類型和范圍，包括高陡邊坡的地質(zhì)結(jié)構(gòu)、巖性和斷層分布的地質(zhì)數(shù)據(jù)，以及降雨量和風(fēng)速的氣象數(shù)據(jù)，同時(shí)，收集歷史地表位移數(shù)據(jù)，包括位移量、位移方向和時(shí)間序列，并確定數(shù)據(jù)的來源，包括地質(zhì)勘查報(bào)告、氣象站觀測(cè)記錄和衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)；

11、根據(jù)數(shù)據(jù)需求和來源，制定目標(biāo)交通沿線區(qū)域相關(guān)數(shù)據(jù)的收集計(jì)劃，明確數(shù)據(jù)收集的時(shí)間節(jié)點(diǎn)、頻率和方式，對(duì)目標(biāo)交通沿線區(qū)域的高陡邊坡地質(zhì)數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)和歷史地表位移數(shù)據(jù)進(jìn)行采集；

12、將采集到的地質(zhì)數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)和歷史地表位移數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，對(duì)不同來源的數(shù)據(jù)進(jìn)行格式統(tǒng)一和標(biāo)準(zhǔn)化處理，確保數(shù)據(jù)的一致性和可比性，以時(shí)間為基準(zhǔn)，將地質(zhì)數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)與地表位移數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配，構(gòu)建完整的交通沿線地表位移序列。

13、本發(fā)明技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)在于：所述步驟二具體包括：

14、對(duì)收集到的地質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行初步整理，分析地質(zhì)結(jié)構(gòu)、巖性和斷層分布信息，識(shí)別出目標(biāo)交通沿線區(qū)域的主要地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征，包括巖體結(jié)構(gòu)面的傾角、傾向、跡長(zhǎng)和間距，進(jìn)而分析高陡邊坡巖體結(jié)構(gòu)面的巖性特征，識(shí)別是否為軟弱巖性層，從而評(píng)估邊坡在巖性特征及地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征條件下的穩(wěn)定性趨向；

15、對(duì)目標(biāo)交通沿線區(qū)域的歷史氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)整理，分析降雨量和風(fēng)速的氣象變化特征，包括降雨量變化率和風(fēng)速變化率，明確單位時(shí)間內(nèi)的氣象數(shù)據(jù)變化規(guī)律。

16、本發(fā)明技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)在于：所述評(píng)估邊坡在巖性特征及地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征條件下的穩(wěn)定性趨向的具體過程包括：

17、對(duì)收集到的地質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)整理，包括地質(zhì)勘查報(bào)告、野外調(diào)查記錄和鉆孔取樣數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)按照類型和來源進(jìn)行分類，建立地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)；

18、利用整理后的地質(zhì)數(shù)據(jù)，分析目標(biāo)交通沿線區(qū)域的地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征，關(guān)注巖體結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀，分別為結(jié)構(gòu)面的傾角和結(jié)構(gòu)面的間距，并確定結(jié)構(gòu)面的傾角和結(jié)構(gòu)面的間距各自的基準(zhǔn)值，即為基準(zhǔn)傾角和基準(zhǔn)間距；

19、通過地質(zhì)剖面圖和地形地貌圖，識(shí)別主要的巖體結(jié)構(gòu)面和斷層分布情況，并利用三維地質(zhì)建模軟件，對(duì)邊坡內(nèi)部的地質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行可視化分析，進(jìn)一步分析高陡邊坡巖體結(jié)構(gòu)面的巖性特征，獲取結(jié)構(gòu)面所處巖性層的黏聚力，識(shí)別巖體結(jié)構(gòu)面所處的巖性層，判斷是否存在泥巖、泥質(zhì)粉砂巖等軟弱巖性層，以確定巖性影響指數(shù)，調(diào)整軟弱巖性層對(duì)穩(wěn)定性的影響程度；

20、綜合地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征和巖性特征，計(jì)算邊坡穩(wěn)定性指數(shù)，評(píng)估邊坡在當(dāng)前條件下的穩(wěn)定性趨向，以分析巖體結(jié)構(gòu)面的傾角、傾向與邊坡坡面的關(guān)系，判斷邊坡的潛在滑動(dòng)方向和穩(wěn)定性。

21、本發(fā)明技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)在于：所述步驟三具體包括：

22、將收集到的地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征數(shù)據(jù)和氣象變化特征數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，并對(duì)整合后的特征數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)合同一時(shí)期的歷史地表位移數(shù)據(jù)，評(píng)估地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征和氣象變化特征與地表位移之間的相關(guān)性，通過相關(guān)性分析，初步篩選出與地表位移相關(guān)性較高的特征；

23、利用統(tǒng)計(jì)分析方法對(duì)初步篩選出的特征進(jìn)行重要性評(píng)估，量化每個(gè)特征對(duì)地表位移預(yù)測(cè)的貢獻(xiàn)度，確定每個(gè)特征在地表位移預(yù)測(cè)中的權(quán)重，并根據(jù)特征的重要性評(píng)分，進(jìn)一步篩選出對(duì)地表位移影響顯著的特征；

24、根據(jù)特征重要性評(píng)估的結(jié)果，從地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征和氣象變化特征中篩選出對(duì)地表位移影響顯著的特征，并對(duì)篩選出的特征數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，使其具有統(tǒng)一的量綱和范圍，進(jìn)而將處理后的特征數(shù)據(jù)按照時(shí)間順序排列，形成完整的特征數(shù)據(jù)集。

25、本發(fā)明技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)在于：所述步驟四具體包括：

26、提取目標(biāo)交通沿線區(qū)域的歷史地表位移數(shù)據(jù)以及特征數(shù)據(jù)集，得到綜合數(shù)據(jù)集，并將其劃分為訓(xùn)練集和測(cè)試集，進(jìn)而選擇支持向量機(jī)模型作為地表位移預(yù)測(cè)模型的基礎(chǔ)架構(gòu)；

27、使用訓(xùn)練集對(duì)支持向量機(jī)模型進(jìn)行訓(xùn)練，構(gòu)建地表位移預(yù)測(cè)模型，通過調(diào)整模型的超參數(shù)，利用交叉驗(yàn)證方法對(duì)模型參數(shù)進(jìn)行調(diào)優(yōu)，模型訓(xùn)練完成后，利用測(cè)試數(shù)據(jù)集對(duì)模型進(jìn)行評(píng)估和驗(yàn)證，通過計(jì)算預(yù)測(cè)值與實(shí)際值之間的誤差指標(biāo)，評(píng)估模型的預(yù)測(cè)性能；

28、將構(gòu)建完成的地表位移預(yù)測(cè)模型應(yīng)用于目標(biāo)交通沿線區(qū)域，以進(jìn)行地表位移的實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)，根據(jù)地表位移預(yù)測(cè)模型的預(yù)測(cè)結(jié)果，分析地表位移的變化趨勢(shì)。

29、本發(fā)明技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)在于：所述地表位移預(yù)測(cè)模型的具體構(gòu)建過程：

30、初始化支持向量機(jī)模型，設(shè)置模型的基本參數(shù)，包括核函數(shù)類型、懲罰參數(shù)c和核函數(shù)參數(shù)，選擇相應(yīng)的核函數(shù)和初始參數(shù)值；

31、使用訓(xùn)練集對(duì)支持向量機(jī)模型進(jìn)行訓(xùn)練，在訓(xùn)練過程中，通過調(diào)整模型的超參數(shù)優(yōu)化模型性能，并采用k折交叉驗(yàn)證對(duì)模型參數(shù)進(jìn)行調(diào)優(yōu)，以提高模型的泛化能力和預(yù)測(cè)精度，同時(shí)，監(jiān)控模型的訓(xùn)練損失和驗(yàn)證損失；

32、模型訓(xùn)練完成后，利用測(cè)試數(shù)據(jù)集對(duì)模型進(jìn)行評(píng)估和驗(yàn)證，通過計(jì)算預(yù)測(cè)值與實(shí)際值之間的誤差指標(biāo)評(píng)估模型的預(yù)測(cè)性能，繪制預(yù)測(cè)值與實(shí)際值的對(duì)比圖，直觀展示模型的預(yù)測(cè)效果，并根據(jù)評(píng)估結(jié)果，對(duì)模型進(jìn)行進(jìn)一步的調(diào)整和優(yōu)化，包括調(diào)整超參數(shù)或改進(jìn)數(shù)據(jù)預(yù)處理方法，以提高模型的準(zhǔn)確性和可靠性；

33、根據(jù)支持向量機(jī)模型的評(píng)估和驗(yàn)證結(jié)果，對(duì)支持向量機(jī)模型進(jìn)行優(yōu)化，進(jìn)一步調(diào)整模型參數(shù)，優(yōu)化數(shù)據(jù)預(yù)處理流程，以提高模型的預(yù)測(cè)精度和泛化能力，進(jìn)而獲取訓(xùn)練完成的地表位移預(yù)測(cè)模型。

34、本發(fā)明技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)在于：所述地表位移的變化趨勢(shì)的分析過程包括：

35、將構(gòu)建完成的地表位移預(yù)測(cè)模型部署到目標(biāo)交通沿線區(qū)域的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，使地表位移預(yù)測(cè)模型接收來自監(jiān)測(cè)設(shè)備的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，包括地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征數(shù)據(jù)和氣象變化特征數(shù)據(jù)；

36、利用部署好的地表位移預(yù)測(cè)模型對(duì)實(shí)時(shí)接入的數(shù)據(jù)進(jìn)行地表位移預(yù)測(cè)，設(shè)置每小時(shí)一次的預(yù)測(cè)周期，計(jì)算并輸出預(yù)測(cè)的地表位移量，將預(yù)測(cè)結(jié)果存儲(chǔ)在監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，通過可視化界面展示預(yù)測(cè)的地表位移量；

37、對(duì)比連續(xù)三個(gè)預(yù)測(cè)周期的預(yù)測(cè)結(jié)果，觀察地表位移的變化情況，通過計(jì)算相鄰預(yù)測(cè)周期之間地表位移量的差值，評(píng)估地表位移的速率，結(jié)合地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征數(shù)據(jù)，判斷地表位移的方向；

38、基于連續(xù)三個(gè)預(yù)測(cè)周期的預(yù)測(cè)結(jié)果和趨勢(shì)分析，對(duì)邊坡的穩(wěn)定性狀態(tài)進(jìn)行判斷。

39、本發(fā)明技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)在于：所述步驟五具體包括：

40、實(shí)時(shí)采集目標(biāo)交通沿線區(qū)域的高陡邊坡地質(zhì)數(shù)據(jù)和氣象數(shù)據(jù)，進(jìn)行預(yù)處理后，輸入至地表位移預(yù)測(cè)模型中，進(jìn)行地表位移的實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)；

41、根據(jù)歷史地表位移數(shù)據(jù)、地質(zhì)條件和氣象條件，設(shè)定不同的預(yù)警等級(jí)，并設(shè)定預(yù)警閾值，將模型預(yù)測(cè)的地表位移量與預(yù)警閾值進(jìn)行比對(duì)，評(píng)估邊坡的穩(wěn)定性狀態(tài)，判斷地表位移是否超過安全范圍；

42、當(dāng)預(yù)測(cè)的地表位移量超過預(yù)警閾值時(shí)，發(fā)布預(yù)警信息，通知相關(guān)部門和人員采取應(yīng)急措施，預(yù)警信息包括地質(zhì)災(zāi)害類型、影響范圍以及建議的應(yīng)對(duì)措施，確保信息的準(zhǔn)確性和及時(shí)性，并建立快速響應(yīng)機(jī)制，確保在接到預(yù)警信息后能夠迅速采取行動(dòng)，減輕地質(zhì)災(zāi)害造成的損失。

43、本發(fā)明技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)在于：所述預(yù)警等級(jí)的設(shè)定過程包括：

44、基于歷史地表位移數(shù)據(jù)、地質(zhì)條件和氣象條件的綜合分析，明確不同因素對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響程度，并設(shè)定多個(gè)預(yù)警等級(jí)，分別為低風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警等級(jí)、中風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警等級(jí)和高風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警等級(jí)，進(jìn)而為每個(gè)預(yù)警等級(jí)設(shè)定具體的預(yù)警閾值，預(yù)警閾值反映在不同風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)下，地表位移量對(duì)應(yīng)于風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的范圍；

45、將地表位移預(yù)測(cè)模型輸出的預(yù)測(cè)的地表位移量與預(yù)設(shè)的預(yù)警閾值進(jìn)行比對(duì)，通過比對(duì)判斷預(yù)測(cè)的地表位移量是否超過了安全范圍，若預(yù)測(cè)的地表位移量接近或超過預(yù)警閾值，則表明邊坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)，需進(jìn)一步關(guān)注和分析。

46、由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明相對(duì)現(xiàn)有技術(shù)來說，取得的技術(shù)進(jìn)步是：

47、1、本發(fā)明提供一種高陡邊坡影響下的交通沿線地表位移預(yù)測(cè)方法，通過綜合考慮高陡邊坡的地質(zhì)數(shù)據(jù)與氣象數(shù)據(jù)，運(yùn)用機(jī)器學(xué)習(xí)模型構(gòu)建地表位移預(yù)測(cè)模型，能夠更全面地捕捉邊坡穩(wěn)定性變化的關(guān)鍵因素，從而提高預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性，通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)地表位移，能夠在地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生前及時(shí)發(fā)出預(yù)警，為交通管理部門和地質(zhì)災(zāi)害防治部門提供寶貴的時(shí)間窗口，以便采取必要的預(yù)防措施，減少滑坡、塌方等災(zāi)害對(duì)交通線路的影響，保障交通的順暢與安全。

48、2、本發(fā)明提供一種高陡邊坡影響下的交通沿線地表位移預(yù)測(cè)方法，通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和分析地表位移數(shù)據(jù)，能夠精準(zhǔn)地識(shí)別出高陡邊坡區(qū)域的不穩(wěn)定因素，從而為資源分配和應(yīng)急響應(yīng)提供依據(jù)，避免盲目地進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害防治措施的實(shí)施，而是根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果有針對(duì)性地分配資源，通過快速響應(yīng)機(jī)制，在接到預(yù)警信息后迅速采取行動(dòng)，有效減輕地質(zhì)災(zāi)害造成的損失，不僅提高了資源利用的效率，還增強(qiáng)了應(yīng)急響應(yīng)的針對(duì)性和時(shí)效性，使得交通沿線的地質(zhì)災(zāi)害防治工作更加高效。