本發(fā)明涉及自然災(zāi)害的監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，尤其是關(guān)于山體滑坡風(fēng)險(xiǎn)的監(jiān)測(cè)，具體是一種應(yīng)用于滑坡風(fēng)險(xiǎn)因子選取的變異方法及裝置。

背景技術(shù)：

遺傳算法是一種通過(guò)模擬自然進(jìn)化過(guò)程搜索最優(yōu)解的方法，可應(yīng)用于滑坡風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)測(cè)方法中。目前，研究人員主要關(guān)注于滑坡風(fēng)險(xiǎn)測(cè)定方法中的最優(yōu)因子選取個(gè)數(shù)問(wèn)題，還沒(méi)有關(guān)注于遺傳算法中的各類算子的優(yōu)化，比如變異算子，基于目前的變異算子還不能更快更好地得到滑坡風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)精度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種應(yīng)用于滑坡風(fēng)險(xiǎn)因子選取的變異方法，包括：

初始種群獲得步驟：獲得預(yù)測(cè)精度已進(jìn)行升序或降序排列的初始種群，所述初始種群中包括多個(gè)個(gè)體，每個(gè)個(gè)體包含多個(gè)調(diào)節(jié)因子；

調(diào)節(jié)因子變異步驟:對(duì)初始種群中每個(gè)個(gè)體的調(diào)節(jié)因子進(jìn)行變異操作，當(dāng)初始種群按照預(yù)測(cè)精度降序排列時(shí)，采用變異個(gè)數(shù)遞增的方式設(shè)置每個(gè)個(gè)體中調(diào)節(jié)因子的變異個(gè)數(shù)；當(dāng)初始種群按照預(yù)測(cè)精度升序排列時(shí)，采用變異個(gè)數(shù)遞減的方式設(shè)置每個(gè)個(gè)體中調(diào)節(jié)因子的變異個(gè)數(shù)。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述調(diào)節(jié)因子變異步驟中，針對(duì)于每個(gè)個(gè)體，如果變異后出現(xiàn)調(diào)節(jié)因子重復(fù)，則該行變異失敗，重新尋找變異位置進(jìn)行變異。

本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種應(yīng)用于滑坡風(fēng)險(xiǎn)因子選取的變異裝置，包括：初始種群獲得模塊：用于獲得預(yù)測(cè)精度已進(jìn)行升序或降序排列的初始種群，所述初始種群中包括多個(gè)個(gè)體，每個(gè)個(gè)體包含多個(gè)調(diào)節(jié)因子；

調(diào)節(jié)因子變異模塊:用于對(duì)初始種群中每個(gè)個(gè)體的調(diào)節(jié)因子進(jìn)行變異操作，當(dāng)初始種群按照預(yù)測(cè)精度降序排列時(shí)，采用變異個(gè)數(shù)遞增的方式設(shè)置每個(gè)個(gè)體中調(diào)節(jié)因子的變異個(gè)數(shù)；當(dāng)初始種群按照預(yù)測(cè)精度升序排列時(shí)，采用變異個(gè)數(shù)遞減的方式設(shè)置每個(gè)個(gè)體中調(diào)節(jié)因子的變異個(gè)數(shù)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果：相對(duì)于傳統(tǒng)的變異算子，本發(fā)明所述的變異方法及裝置，在變異算子的變異位置、變異個(gè)數(shù)上做了進(jìn)一步完善，應(yīng)用本發(fā)明方法進(jìn)行種群優(yōu)化，再使用優(yōu)化后的種群進(jìn)行滑坡風(fēng)險(xiǎn)因子的選取，可以選取更合適的滑坡風(fēng)險(xiǎn)因子，進(jìn)而可以更快地獲取更高的滑坡風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)精度。

附圖說(shuō)明：

圖1為應(yīng)用于滑坡風(fēng)險(xiǎn)因子選取的變異方法的流程圖。

圖2為適應(yīng)度的表示示意圖。

圖3為變異操作的示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合試驗(yàn)例及具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。但不應(yīng)將此理解為本發(fā)明上述主題的范圍僅限于以下的實(shí)施例，凡基于本發(fā)明內(nèi)容所實(shí)現(xiàn)的技術(shù)均屬于本發(fā)明的范圍。

在進(jìn)行滑坡風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)價(jià)之前，需要測(cè)試獲得相關(guān)參數(shù)，并作為調(diào)節(jié)因子進(jìn)行編號(hào)。

通過(guò)測(cè)試收集得到如下參數(shù):地形(高程、坡度、坡向、曲率、徑流量指數(shù)、地形濕度指數(shù)、起伏度)、地貌(土地利用類型、植被覆蓋度)、巖性、地震烈度(地震峰值加速度)及緩沖區(qū)分析(距離河流、距離道路、距離斷層)等數(shù)據(jù)進(jìn)行編號(hào)處理。將這些參數(shù)作為因子進(jìn)行編號(hào)：比如x1表示高程、x2表示植被覆蓋度、x3表示坡度、x4表示曲率、x5表示徑流量指數(shù)、x6表示地形濕度指數(shù)、x7表示起伏度、x8表示土地利用類型、x9表示坡向、x10表示巖性、x11表示地震峰值加速度、x12表示距離河流、x13表示距離道路、x14表示距離斷層。測(cè)試所得到的參數(shù)不同，則選取的因子有所不同。

比如下表就是測(cè)得的樣本及對(duì)應(yīng)因子編號(hào)。

表1：因子編號(hào)及獲得的測(cè)試數(shù)據(jù)

在上述基礎(chǔ)上，按照以下步驟來(lái)優(yōu)化滑坡風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)中的初始種群:

步驟一：獲得初始種群，本步驟具體可以是：

根據(jù)調(diào)節(jié)因子的個(gè)數(shù)總量設(shè)置初始種群的個(gè)體數(shù)量popsize，每個(gè)個(gè)體包含的調(diào)節(jié)因子個(gè)數(shù)設(shè)置為chsize，按照因子編號(hào)隨機(jī)生成初始種群。比如popsize等于10，chsize等于11，代表隨機(jī)生成的初始種群中，包含10個(gè)個(gè)體(組合方式1-10)，每個(gè)個(gè)體由11個(gè)因子構(gòu)成，比如隨機(jī)生成的初始種群為表2，可以將該初始種群設(shè)置為一個(gè)具有10行11列的二維矩陣，該二維矩陣中的數(shù)值為表2中的因子的編號(hào)。

表2為初始種群:

依次評(píng)價(jià)初始種群中每個(gè)個(gè)體的適應(yīng)度，按照適應(yīng)度(即為預(yù)測(cè)精度)進(jìn)行升序或降序排列。適應(yīng)度可以通過(guò)如下方式計(jì)算：

步驟21：獲得測(cè)試數(shù)據(jù)基于邏輯回歸模型得到的pl；

步驟21-1：選取一部分測(cè)試數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練樣本，代入回歸模型

其中，選取的一部分測(cè)試數(shù)據(jù)中的參數(shù)數(shù)據(jù)作為解釋變量x1、x2...xn，是否滑坡的值作為pl來(lái)進(jìn)行模型訓(xùn)練，得到回歸模型中x前的系數(shù)b1、b2...bn；

步驟21-2：將剩余的另一部分測(cè)試數(shù)據(jù)作為驗(yàn)證樣本，剩余的另一部分測(cè)試數(shù)據(jù)中的參數(shù)數(shù)據(jù)作為解釋變量x1、x2...xn代入回歸模型，通過(guò)計(jì)算得到每個(gè)驗(yàn)證樣本對(duì)應(yīng)的滑坡預(yù)測(cè)值pl；

步驟22：以每個(gè)驗(yàn)證樣本對(duì)應(yīng)的滑坡預(yù)測(cè)值作為閾值，計(jì)算tpr和fpr；

其中tpr＝tp/(tp+fn)，fpr＝fp/(tn+fp)；

其中tp表示預(yù)測(cè)為滑坡、實(shí)際滑坡的次數(shù)；

其中fp表示預(yù)測(cè)為滑坡、實(shí)際未滑坡的次數(shù)；

其中tn表示預(yù)測(cè)未滑坡、實(shí)際未滑坡的次數(shù)；

其中fn表示預(yù)測(cè)未滑坡、實(shí)際滑坡的次數(shù)；

步驟23：以所有點(diǎn)(fpr，tpr)組成的曲線為roc曲線，計(jì)算roc曲線與坐標(biāo)軸形成的面積作為適應(yīng)度，如圖2所示，圖2中黑色粗實(shí)線為roc曲線，auc為適應(yīng)度，auc取值范圍[0，1]定義為適應(yīng)度，其值越大，說(shuō)明模型的預(yù)測(cè)精度越高，個(gè)體的適應(yīng)度越強(qiáng)。

步驟二：對(duì)初始種群中每個(gè)個(gè)體的調(diào)節(jié)因子進(jìn)行變異操作，當(dāng)初始種群按照預(yù)測(cè)精度降序排列時(shí)，采用變異個(gè)數(shù)遞增的方式設(shè)置每個(gè)個(gè)體中調(diào)節(jié)因子的變異個(gè)數(shù)；當(dāng)初始種群按照預(yù)測(cè)精度升序排列時(shí)，采用變異個(gè)數(shù)遞減的方式設(shè)置每個(gè)個(gè)體中調(diào)節(jié)因子的變異個(gè)數(shù)。

對(duì)調(diào)節(jié)因子進(jìn)行變異操作，需要考慮變異位置和/或變異個(gè)數(shù)。以預(yù)測(cè)精度降序排列的初始種群為例，預(yù)測(cè)精度降序排列后的組合方式中，位于上方的組合方式所對(duì)應(yīng)的調(diào)節(jié)因子應(yīng)該是更優(yōu)質(zhì)的，只需要對(duì)因子進(jìn)行小的調(diào)整，就可得到更高的預(yù)測(cè)精度，而位于下面的組合方式所對(duì)應(yīng)的預(yù)測(cè)精度較低，調(diào)節(jié)因子還需要得到顯著改善，以生成與原組合方式顯著不同的新組合方式。也就是說(shuō)，位于上方的變異個(gè)數(shù)可以設(shè)置得較少，位于下方的變異個(gè)數(shù)可以設(shè)置得較多，即采用由上向下變異個(gè)數(shù)遞增的方式來(lái)設(shè)置每個(gè)個(gè)體中調(diào)節(jié)因子的變異個(gè)數(shù)。當(dāng)然地，針對(duì)于按照預(yù)測(cè)精度升序排列的初始種群，則采用由上向下變異個(gè)數(shù)遞減的方式來(lái)設(shè)置每個(gè)個(gè)體中調(diào)節(jié)因子的變異個(gè)數(shù)。

用表2來(lái)說(shuō)，每種組合方式有11個(gè)因子，最少變異1個(gè)因子，最多變異11個(gè)因子。作為一種可實(shí)施方式的舉例，對(duì)于10行數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)，平均下來(lái)，第一行1.1個(gè)調(diào)節(jié)因子，第二行變異2.2個(gè)調(diào)節(jié)因子，以此類推，第十行變異11個(gè)調(diào)節(jié)因子，每行的變異個(gè)數(shù)可以用數(shù)學(xué)方式表示為：但是由于變異個(gè)數(shù)應(yīng)為整數(shù)，所以基于四舍五入得到1、2、3、4、5、5、6、7、8、9，代表第一行(組合方式1)變異1個(gè)調(diào)節(jié)因子，第二行(組合方式2)變異2個(gè)調(diào)節(jié)因子，第三行變異3個(gè)因子，直到第十行變異9個(gè)調(diào)節(jié)因子。

對(duì)于變異位置的選取，需要滿足一個(gè)條件，即變異后每行的因子不能出現(xiàn)重復(fù)，每種組合方式選取的變異位置，經(jīng)變異后出現(xiàn)因子重復(fù)，則變異失敗(如圖3，第二行中的編號(hào)為13的因子變異為編號(hào)為5的因子后，與原個(gè)體中存在的編號(hào)為5個(gè)因子相重復(fù)，變異失敗)，然后需要重新尋找變異位置進(jìn)行變異。個(gè)體出現(xiàn)兩個(gè)相同的因子，代表某個(gè)調(diào)節(jié)因子在模型訓(xùn)練中，重復(fù)使用，對(duì)模型的精度提高沒(méi)有意義，反而會(huì)造成數(shù)據(jù)的冗余，因此通過(guò)放棄變異失敗的操作可以避免數(shù)據(jù)的冗余。

本發(fā)明所述優(yōu)化方法中，變異算子同以往的變異算子有明顯的不同，在于讓變異個(gè)數(shù)隨預(yù)測(cè)精度的降低而增加，使測(cè)定精度高的組合方式得到小的調(diào)整，測(cè)定精度低的組合方式得到大的調(diào)整，以更快獲取最優(yōu)的滑坡測(cè)定精度，同時(shí)，當(dāng)變異后的因子出現(xiàn)重復(fù)，變異將不予執(zhí)行，但會(huì)重新尋找隨機(jī)的變異位置，來(lái)完成變異操作。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，采用本發(fā)明所述優(yōu)化方法，在因子的變異個(gè)數(shù)和變異位置上做了進(jìn)一步的完善，能更快地獲取更高的滑坡風(fēng)險(xiǎn)測(cè)定精度。

相應(yīng)地，本實(shí)施例中還提供了一種應(yīng)用于滑坡風(fēng)險(xiǎn)因子選取的變異裝置，包括：

初始種群獲得模塊：用于獲得預(yù)測(cè)精度已進(jìn)行升序或降序排列的初始種群，所述初始種群中包括多個(gè)個(gè)體，每個(gè)個(gè)體包含多個(gè)調(diào)節(jié)因子；

調(diào)節(jié)因子變異模塊:用于對(duì)初始種群中每個(gè)個(gè)體的調(diào)節(jié)因子進(jìn)行變異操作，當(dāng)初始種群按照預(yù)測(cè)精度降序排列時(shí)，采用變異個(gè)數(shù)遞增的方式設(shè)置每個(gè)個(gè)體中調(diào)節(jié)因子的變異個(gè)數(shù)；當(dāng)初始種群按照預(yù)測(cè)精度升序排列時(shí)，采用變異個(gè)數(shù)遞減的方式設(shè)置每個(gè)個(gè)體中調(diào)節(jié)因子的變異個(gè)數(shù)。

對(duì)于初始種群獲得模塊、調(diào)節(jié)因子變異模塊更為具體的操作可以參見上述方法實(shí)施例中的相關(guān)描述。

本發(fā)明并不局限于前述的具體實(shí)施方式。本發(fā)明擴(kuò)展到任何在本說(shuō)明書中披露的新特征或任何新的組合，以及披露的任一新的方法或過(guò)程的步驟或任何新的組合。