基于投影寻踪的洪水灾情评价插值模型

为解决单项洪水灾情等级评价指标评价结果的不相容问题,提高综合评价各层次的分辩力和评价模型的精度,本文利用投影寻踪、遗传算法、插值型曲线,为洪水灾情评价提供了一种新模型--遗传投影寻踪插值模型.通过最佳投影向量和评价指标向量的内积可把洪水灾情多维评价样本指标综合成一维投影指标,根据该投影指标值和对应等级的分布,可建立洪水灾情评价的插值模型,解决了各单项洪水灾情评价指标评价结果的不相容问题,提高了洪水灾情综合评价问题各层次的分辩力.作为示例,对中国部分省市的洪水灾情进行了综合评价.     

冰情预报的投影寻踪回归模型

将投影寻踪回归模型应用于黑龙江上游江段开河日期的预报,并与GA-BP模型预报的结果进行了对比分析.结果表明,投影寻踪回归模型预报的精度及稳定性较高,其性能优于常用的GA-BP模型.预报采用理论分析与多元逐步回归分析相结合的方法筛选预报因子,既可确保不遗漏基本影响因子,又能剔除对目标值影响不显著的因子,用于确定冰情预报的预报因子较为适宜.     

旱涝趋势的投影寻踪预测模型

介绍了投影寻踪回归（ＰＰＲ）建模的基本原理和算法实现。选用太阳黑子年平均数和旱涝分型的转移概率作因子，建立了长江中下游旱涝趋势的ＰＰＲ预测模型，并与用相同资料建立的Ｂ－Ｐ神经网络模型预测结果进行了比较。     

马来西亚雪兰莪州生态环境脆弱度评价——基于逐次投影寻踪模型的研究

以马来西亚雪兰俄州为例,利用逐次投影寻踪模型进行了生态环境脆弱度评价。在评价过程中,评价指标中加入了基于遥感的表征指标,并且通过逐次投影寻踪模型确定指标权重。结果表明,该地区的生态环境脆弱度不断加重,生态环境逐渐恶化;加入遥感表征指标,并基于逐次投影寻踪模型进行的生态环境脆弱度评价能,更好地反映研究区的生态环境脆弱度态势。     

改进的投影寻踪等级评价模型——在水蚀荒漠化评价中的应用

改进投影寻踪法是一种基于改进单纯形法直接优化投影寻踪法的投影函数和投影方向的一种新方法。应用改进的投影寻踪法,建立了水蚀荒漠化等级评价模型。利用该模型可将水蚀荒漠化等级的多维分级指标综合成一维投影值,根据投影值与经验等级值的函数关系可对水蚀荒漠化样本集进行合理分级。实例分析结果表明,直接由样本数据驱动的改进的投影寻踪等级评价模型用于水蚀荒漠化等级评价简单可行,具有较强的适用性和应用性,可操作性强,可广泛应用于各种评价问题中。     

投影寻踪技术在突发事件风险分类评级中的应用——以广东省雷电灾害风险评价为例

针对目前突发事件风险等级评价半定量化、等级的分辨率较粗糙的不足,使用投影寻踪、遗传算法和模拟技术建立了突发事件风险分类评级过程,该评价过程体现了较强的客观性以及等级连续性的特点。运用该评价过程建立了广东省雷电灾害风险评价模型,对广东省雷电灾害进行实证研究。结果显示,风险评价结果与实际情况具有很强的一致性,体现了该风险评价过程的合理性。     

基于二维地震时间序列的PPAR模型在天山地区的应用研究

将PP理论和时间序列分析中的自回归(AR(K))模型结合起来,建立投影寻踪自回归预测模型,在固定研究区内,同时实现地震震级和时间的2要素预测,进而建立二维地震时间序列的投影寻踪自回归模型(PPAR模型)。研究中选取新疆天山地区不同空间尺度的14个实验区进行验算,首先选取范围较大地区作为实验区,然后,逐渐缩小研究区范围,建立相应的PPAR模型。针对每个区域分别尝试以未删除余震的序列、删除余震序列及同时删除余震和前震的序列建立模型,一般来说,以同时删除余震和前震的序列建立的模型具有普适性。研究结果表明:范围较大和地震发生频度高、强度大的研究区建立二维地震时间序列的PPAR模型,其内符、外符检验的合格率均较高,故所建的模型是可行的、有实际意义的。而对于范围相对较小、地震发生频度相对较低的研究区建立二维地震时间序列的PPAR模型,由于受样本量的制约,其信度降低,但其对震级和时间2要素的预测在现实的地震预报实践中仍具有一定实效和指示意义。     

基于阻滞增长模型的台风强度演变模拟

我国位于西北太平洋的西岸,是全球范围内受热带气旋影响最为严重的国家之一。从1963-2019年,热带气旋在我国造成的损失占自然灾害损失的50%甚至更多。可靠的台风危险性量化分析对政府部门制定防灾减灾规划、金融机构（如保险及再保险业）以及个人家庭都很重要。全路径随机台风模型可以合成出大量的台风从生成到消亡的路径和强度样本,可对大范围区域台风进行危险性分析,是评估台风危险性最有潜力的模型。其基本思想是先对路径分段模拟,再组合成完整的路径和强度。文中针对西北太平洋区域的台风活动建立了基于阻滞增长模型的热带气旋强度模型,模拟热带气旋在其生命周期内的强度演变。在模型中纳入海气环境因素的影响,并依据热带气旋强度增减状态以及强度等级将样本数据划分为10类,分别建立基于阻滞增长模型的强度模型。最后通过对比西北太平洋1979-2018年JTWC最佳路径数据和模型模拟结果,发现文中建立的模型模拟的强度与历史的平均强度较为吻合,但是对于强度的快速增强模拟效果不佳,这可能与样本数据不足有关。     

中国北方气候变化对小麦产量的影响——基于EPIC模型的模拟研究

中国的粮食产量在过去的几十年中一直保持着稳定的增长,农业技术在其中起到了重要的作用。但随着全球气候变暖及其导致的气候极端事件的增加,气候变化对作物生长和产量造成了不同的影响。选用美国农业部提出的EPIC（Environmental Policy Integrated Climate）农作物生长模型评价了气候变化对小麦产量的影响。基于EPIC模型,模拟了中国北方80个典型站点的春小麦和冬小麦1961—2005年期间的生长过程,分析了不同作物类型、不同灌溉类型和不同农业区域小麦产量的波动,以及生长季辐射、水分胁迫因子和温度胁迫因子对产量波动的影响。结果表明：在不考虑农业技术因素的条件下,辐射的波动是导致小麦产量波动的主要原因;温度胁迫的降低在一定程度上促进了小麦的增产。     

基于投入-产出模型的灾害经济影响评价方法

在前人研究的基础上,对灾害经济影响进行了分析,并介绍了ARIO(adaptive regional input-output)模型,最终提出了一种考虑产品供需平衡和灾后生产能力限制的灾害经济影响评价投入-产出模型,并利用该模型对汶川地震经济影响做了尝试性的计算。该模型克服了传统投入-产出模型生产结构不变的约束,同时也避免了可计算一般均衡(CGE)模型过度优化社会资源的现象。     

基于赤平投影法的西源岭边坡稳定性分析

通过对西源岭320、350、380、410m4个台阶边坡的优势结构面进行赤平投影分析,得到410平台有5种组合情况、380平台有1种组合情况、350平台有3种组合情况、320平台有1种组合情况可能发生楔形体破坏,以及410平台1处、350平台1处、320平台1处可能发生单平面破坏。然后,运用刚体极限平衡方法对各种实际的潜在破坏面进行天然及暴雨2种工况下的稳定性分析,得到了380平台F380-01与F380-02所控制的楔形体破坏在天然状态和暴雨状态下小于安全系数、350平台F350-03与F350-04控制的楔形体破坏以及320平台F320-11所控制的单平面破坏在天然工况下大于安全性系数、暴雨工况下小于安全性系数的结论。对比分析可知,赤平投影法可以很快速地搜索到可能滑动的结构面组合方式,但是要判断实际结构面组合是否滑动还需要进行定量分析。     

台风对天然橡胶影响评估模型研究

灾害评估模型的建立往往需要有大量历史统计资料作为支撑,然而在实际研究中会存在收集资料不全或统计数据灾情衡量标准不一致的情况,这给灾害模型的建立带来了一定的困难。受到逆向工程设计思路的启示,为实现台风对天然橡胶造成灾害损失程度的快速评价,尝试着以典型个例分析为基础,以2005年对海南天然橡胶造成严重损害台风"达维"为例,从孕灾环境、致灾因子和承灾体三方面选择橡胶灾情评估因子,通过分析天然橡胶受损的程度与相关因子的分析,建立相应的评估模型,并将此模型为基础,进行了模型的实例检验,结果表明:模型能在一定程度上反映橡胶受损的空间分布,可为后期建立更加准确的天然橡胶评估模型奠定基础。     

基于机器学习方法的上海市暴雨内涝灾情预测模型研究

本文基于区域灾害系统理论,综合考虑致灾因子、暴露度和脆弱性,提出了一套暴雨内涝灾情预测指标体系;在此基础上利用上海市应急联动中心110接报暴雨内涝灾情数据,构建了暴雨内涝灾情预测BP模型(Back Propagation Model)和XGBoost模型(Extreme Gradient Boosting Model),并对比分析了预测模型效果,实现对上海市暴雨过程内涝灾情数量预测;最后对内涝灾情影响等级进行阈值划分,以期为暴雨内涝影响预报与风险预警业务、服务及灾害管理提供技术支撑。结果表明:1)综合考虑致灾因子、暴露度、脆弱性指标且不经主成分分析降维的指标组合作为暴雨内涝灾情预测指标体系时,BP模型和XGBoost模型的预测精度最优;2)全量样本XGBoost模型总体表现最优,暴雨内涝灾情的右偏分布和内涝灾情的异常高值均对XGBoost模型预测误差有不同程度的贡献;3)综合评价法在历史灾情百分位法和模拟灾情百分位法基础上,结合多年业务实践经验和用户对于110灾情的处置承受力对暴雨内涝灾情进行阈值划分,在实际应用中具有一定参考意义。     

基于栅格与云模型的风暴潮洪水风险模拟评估方法——以珠海市香洲区为例

随着气候变化和海平面上升,风暴潮、洪水等自然灾害对沿海城市地区造成的破坏不断加重,风暴潮灾害的发生具有显著的突发性和短历时性,准确高效地应急响应可以显著降低潮灾的损失和影响。尽管目前使用二维水动力学模型建模方法十分成熟,并且计算能力也有较大的提升,但这种方法仍然不适用于许多实时应用。选取受“1713”号天鸽台风影响严重的珠江三角洲地区为例,提出基于栅格水动力学的元胞自动机模型,充分利用高精度DEM数据进行淹没预测,无须进行预处理及网格划分,大幅减少处理计算时间,并引入云模型对风暴潮灾害进行了综合风险评估。实验结果表明,该替代模型在区域最大洪水范围、深度、历时方面都可以提供与MIKE 21模型相当的结果,在保证风暴潮洪水模拟结果准确性的情况下,可将计算效率提高62.4%,洪水风险的制图可视能够较为全面反应风暴潮对区域经济、人口及社会环境的影响,预判灾害风险等级。研究成果可为城市潮灾应对与精细化应急管理提供科学支撑。     

基于动态空间面板模型的旱涝灾害对粮食市场影响仿真研究

采用动态空间面板模型研究了旱涝灾害对粮食市场的冲击,分析了冲击的空间溢出和乘数效应。采用蒙特卡罗和分块Bootstrap技术模拟了Gamma、Rayleigh等分布假设下的旱涝灾害对各地区粮食市场的影响。研究表明:1粮食市场受到货币供给等经济因素和旱涝灾害的显著影响,旱涝灾害对粮食市场的影响强度弱于经济因素的影响;2旱涝灾害对粮食市场的冲击存在明显的空间溢出和反馈,从而一个地区旱涝灾害的冲击会扩散到距离更远的市场;3各影响因素空间溢出和反馈具有较强的区域特征,按照该特征可将中国粮食市场划分为5个区域性市场;4未来受到旱涝灾害的影响,各地区粮食价格指数波动幅度多位于2~8区间内,涨幅约为1%~3%;5未来东北和中部主产区的粮食市场受旱涝灾害的影响较大,而非主产区的粮食市场受到旱涝灾害的影响较小。     

基于ARIO模型的汶川地震灾后恢复重建期模拟

基于区域投入产出模型(ARIO),以一个月为时间步长,模拟了汶川地震后四川省各部门产出和需求随重建进程的变化过程。模拟结果表明:汶川地震的完全恢复重建大致需要近9年的时间,灾后36个月时,四川省的当地总产出能力将超过灾前水平。在重建模拟的基础上,评估了灾后实施不同风险管理策略的潜在效益,若最大生产能力在灾后3个月内能够加速达到灾前的150%,则与无加速重建相比,恢复重建期至少可以缩短3年半,证明了灾后加大人力和物力投入对于缩短恢复重建期的作用。提出的重建期模拟方法可以为缩短重建期、合理分配抗灾救灾资源的灾害管理提供技术支撑。     

基于粒子群优化算法的边坡临界滑动面搜索方法

采用数值计算结果进行极限平衡分析是边坡稳定性分析的重要方法,最危险滑移面位置的确定是边坡稳定性分析的关键。采用粒子群优化理论控制位于滑移面后缘范围的滑入点和前缘剪出区域的滑出点,以均分逼近法控制滑面半径,实现了边坡内潜在滑移面位置的搜索及安全系数的计算,进而确定了边坡的最小安全系数及最危险潜在滑移面位置,搜索出的滑面不依赖于网格节点。以昆明某公路滑坡为例,将搜索出的最危险滑面与现场勘察成果进行对比,结果表明,采用本文方法计算所得的结果与工程实际较为吻合,证明了该方法的有效性。     

基于Copula模型的降雨量与土壤饱和度的模拟研究

采用两步法,针对云南东川蒋家沟流域的降雨量与土壤饱和度,建立了边缘为皮尔逊Ⅲ型的Clayton Copula模型,分析了降雨量和土壤饱和度之间相关结构,以及两变量重现期,模拟了流域内土壤饱和度的变化情况。实例表明所构造的Clayton Copula模型能比较好地模拟出流域内土壤饱和度在降雨情况下逐日变化情况,有助于进一步认识降水对土壤饱和度的作用过程,并为分析泥石流灾害的发生提供了一种新思路。     

基于BIM信息模型的三维滑坡地质灾害预测方法

由于传统方法在预测滑坡地质灾害精度较低,基于此,该文提出基于BIM信息模型的三维滑坡地质灾害预测方法。引入了BIM信息模型的框架,通过最优权重值的确定,完成了三维滑坡地质灾害预测数据的预处理;在BIM信息模型的背景下,利用随机差分方程建立了预测数据之间的依赖关系,通过建立预测序列的数学模型,得到了地质灾害预测的目标函数,完成基于BIM的预测序列模型的构建;通过三维滑坡地质灾害预测算法设计,实现了基于BIM信息模型的三维滑坡地质灾害预测。     

低温对棉花纤维品质影响模型的研究

基于多个试验结果，论述了纤维长度与品种特性和气象生态因子的关系，认为棉纤维长度主要决定于品种特性，但也受气象生态因子的影响。基于以上结论，提出了体现品种遗传特性的分果节位的棉纤维长度的模型，和日最低温度和夜均温对纤维长度影响的修正模型。由这两个模型组成的拟合纤维长度的综合模型既强调了品种特性对纤维长度的决定作用，又体现了气象生态因子对纤维长度的影响作用。相应的模拟值与观测值比较表明，该模型具有较好的预测性。