基于GIS和多變量決策樹的地震滑坡道路中斷風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)急評(píng)估模型

白仙富 楊志全 羅偉東 王杰 田鵬 戴雨芡

基金項(xiàng)目：中國(guó)地震局地震科技星火計(jì)劃攻關(guān)項(xiàng)目（XH222509C）；云南省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（202203AC100003）；中國(guó)地震局地質(zhì)研究所中央級(jí)公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)專項(xiàng)（IGCEA2106）.

第一作者簡(jiǎn)介：白仙富（1979-），高級(jí)工程師，主要從事山地災(zāi)害防治和山地環(huán)境保育的理論與技術(shù)、自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估相關(guān)研究.E-mail：xf_bai520@163.com.

通訊作者簡(jiǎn)介：戴雨芡（1979-），博士，主要從事公共安全與區(qū)域防災(zāi)基礎(chǔ)理論與關(guān)鍵技術(shù)研究.E-mail：282658421@qq.com.

摘要：在地震應(yīng)急階段，如何定量評(píng)估地震滑坡道路中斷風(fēng)險(xiǎn)是一項(xiàng)亟待完善的關(guān)鍵技術(shù)。為解決這一難題，以2008年汶川MS8.0地震、2014年魯?shù)镸S6.5地震及2012年彝良MS5.7、5.6地震為案例開展地震滑坡道路中斷風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)急評(píng)估模型的構(gòu)建和檢驗(yàn)。汶川研究區(qū)用來建立地震滑坡道路中斷風(fēng)險(xiǎn)多變量決策樹的應(yīng)急評(píng)估模型，并對(duì)模型作有效性評(píng)價(jià)，魯?shù)楹鸵土佳芯繀^(qū)用來對(duì)所建模型開展相似區(qū)域外延適用性的評(píng)價(jià)。通過P值檢驗(yàn)?zāi)Ｐ徒y(tǒng)計(jì)學(xué)的顯著性，使用Kappa值評(píng)價(jià)模型推斷結(jié)果與實(shí)際情況的一致性。汶川研究區(qū)的P值為2.52×10-203，Kappa系數(shù)為0.91。說明使用模型計(jì)算出的道路中斷風(fēng)險(xiǎn)是地震滑坡道路是否中斷的良好指標(biāo)。魯?shù)楹鸵土佳芯繀^(qū)的P值為9.7×10-107，Kappa系數(shù)為0.81。這表明在允許一定誤差的情況下，本研究建立的地震滑坡道路中斷風(fēng)險(xiǎn)多變量決策樹應(yīng)急評(píng)估模型可以推廣應(yīng)用到其它類似地區(qū)。

關(guān)鍵詞：道路中斷風(fēng)險(xiǎn)；地震滑坡；多變量決策樹；應(yīng)急評(píng)估

中圖分類號(hào)：P315.94文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1000-0666（2023）03-0343-11

doi：10.20015/j.cnki.ISSN1000-0666.2023.0040

0引言

道路系統(tǒng)的通行狀態(tài)對(duì)地震災(zāi)害救援時(shí)的物資和人員輸送至關(guān)重要（阮璇，2014），因此，地震應(yīng)急評(píng)估需要盡可能提供準(zhǔn)確的災(zāi)區(qū)道路中斷風(fēng)險(xiǎn)信息（馬海建等，2015；張敬等，2019）。在川滇多山區(qū)域，地震滑坡次生地質(zhì)災(zāi)害通常會(huì)造成道路交通系統(tǒng)嚴(yán)重?fù)p毀（趙紅蕊等，2014），地震滑坡道路中斷風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)急評(píng)估尤為重要。An等（2015）基于決策樹最大信息增益比的C4.5方法對(duì)2008年汶川MS8.0地震道路滑坡中斷風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估研究表明，可以利用地震滑坡易發(fā)性水平數(shù)據(jù)對(duì)道路中斷風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)測(cè)。但這項(xiàng)研究還存在一些不足：一是在每個(gè)節(jié)點(diǎn)上只檢驗(yàn)單一屬性的影響，剪枝代價(jià)較大；二是在模型構(gòu)建過程中忽略了低烈度（Ⅵ～Ⅶ度）區(qū)的情況，模型的外延推廣應(yīng)用不足；三是模型的總體精度不夠高，Kappa系數(shù)為0.71。如何準(zhǔn)確評(píng)估地震滑坡道路中斷風(fēng)險(xiǎn)并用于地震應(yīng)急還有許多理論和技術(shù)問題需要繼續(xù)探索。本文提出一種基于GIS和多變量決策樹的地震滑坡道路中斷風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)急評(píng)估方法，并利用2008年汶川MS8.0地震的道路數(shù)據(jù)進(jìn)行模型的構(gòu)建和檢驗(yàn)，用2014年魯?shù)镸S6.5地震和2012年彝良MS5.6、5.7地震災(zāi)區(qū)的道路數(shù)據(jù)開展模型的外延適用性檢驗(yàn)。

1方法和數(shù)據(jù)

基于GIS和多變量決策樹方法的地震滑坡道路中斷風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)急評(píng)估方法的基本思路為：首先計(jì)算各烈度區(qū)的地震滑坡易發(fā)性水平，然后提取每條路段兩側(cè)180m范圍（緩沖區(qū)）內(nèi)的滑坡易發(fā)性水平及其像元數(shù)量作為路段的地震滑坡屬性，再用路段地震滑坡屬性與道路中斷風(fēng)險(xiǎn)之間的多變量決策樹關(guān)系進(jìn)行路段中斷風(fēng)險(xiǎn)推斷。

依據(jù)這種思路，本文提出的評(píng)估方法的特點(diǎn)包括：將路段作為評(píng)估的基本單元；路段的中斷風(fēng)險(xiǎn)分為有風(fēng)險(xiǎn)和無風(fēng)險(xiǎn)兩類，有風(fēng)險(xiǎn)指的是道路被地震滑坡體掩埋或沖毀，車輛無法通行，無風(fēng)險(xiǎn)表示道路沒有被地震滑坡沖毀或掩埋；利用多變量決策樹模型，根據(jù)路段緩沖區(qū)范圍內(nèi)各滑坡易發(fā)性水平像元數(shù)量組合進(jìn)行道路中斷風(fēng)險(xiǎn)分類。評(píng)估方法包括3個(gè)基本步驟（圖1）：①定制路段單元，即在GIS中將研究區(qū)的道路劃分為路段，制作每條路段兩側(cè)180m的緩沖區(qū)，將路段編碼通過空間關(guān)聯(lián)賦值給緩沖區(qū)。②繪制評(píng)估區(qū)域的地震滑坡易發(fā)性水平空間分布圖。該步驟實(shí)質(zhì)上就是根據(jù)地震烈度分布（基于應(yīng)急評(píng)估的結(jié)果）在GIS中建立評(píng)估區(qū)域的地震滑坡易發(fā)性水平數(shù)據(jù)。統(tǒng)計(jì)各緩沖區(qū)范圍上不同滑坡易發(fā)性水平的像元數(shù)量，把統(tǒng)計(jì)結(jié)果賦值給對(duì)應(yīng)的路段作為路段的地震滑坡屬性。③利用樣本數(shù)據(jù)建立的多變量決策樹應(yīng)急評(píng)估模型對(duì)路段的地震滑坡中斷風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行推斷，并在GIS中繪制地震災(zāi)區(qū)道路中斷風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)急評(píng)估結(jié)果。

1.1路段數(shù)據(jù)建立

本文將道路網(wǎng)絡(luò)上只連接兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的交通線定義為路段，并把它作為地震滑坡道路中斷風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)急評(píng)估的基本單元。路段兩端的節(jié)點(diǎn)類型包括城市、鄉(xiāng)鎮(zhèn)、村莊、匝道進(jìn)出口、公路交叉口（含十字路口）、環(huán)島、車站等其他公路起始點(diǎn)。按照此約定，在GIS軟件中，將道路分割為矢量化的路段并進(jìn)行編碼等字段處理。路段的中斷風(fēng)險(xiǎn)字段類型為邏輯型，有風(fēng)險(xiǎn)對(duì)應(yīng)字段值為1，無風(fēng)險(xiǎn)則為0。

1.2路段緩沖區(qū)處理

造成道路中斷的滑坡主要發(fā)生在道路經(jīng)過的地方或道路上側(cè)，因此，地震滑坡的影響范圍就是道路緩沖區(qū)的依據(jù)。為了確定地震滑坡影響范圍，我們測(cè)量了2008年汶川MS8.0地震引發(fā)的5928個(gè)滑坡體的滑動(dòng)距離（圖2），絕大部分滑坡體滑動(dòng)距離為90～190m，大于180m的樣本僅有386個(gè)，平均值為168.8m。為了減輕統(tǒng)計(jì)的冗余量，本文將影響道路中斷風(fēng)險(xiǎn)的地震滑坡空間范圍定義為道路兩側(cè)180m。據(jù)此，在GIS中進(jìn)行路段緩沖區(qū)制作時(shí)，緩沖距離為道路兩側(cè)180m，且路段兩端不做緩沖（圖3）。在此基礎(chǔ)上，將路段的編碼賦值給對(duì)應(yīng)的緩沖區(qū)，以方便后續(xù)的屬性關(guān)聯(lián)。

1.3地震滑坡易發(fā)性制圖與路段滑坡屬性賦值

1.3.1地震滑坡易發(fā)性水平空間分布制圖

國(guó)際上對(duì)地震滑坡易發(fā)性評(píng)估的研究中，適用于應(yīng)急評(píng)估的方法主要有兩類。即基于Newmark位移模型及其派生模型的方法（Capolongo，Mankelow，2002；DelGaudio，Wasowski，2004；Havenithetal，2006；DelGaudioetal，2012；Chousianitisetal，2014；James，Sitharam，2014）和基于滑坡易發(fā)性的相關(guān)分析法（Havenithetal，2006；Kampetal，2008，2010；Xuetal，2012，2013）。本文使用中國(guó)地震局大中城市地震災(zāi)害情景構(gòu)建重點(diǎn)專項(xiàng)“地震滑坡危險(xiǎn)性分析方法研究”產(chǎn)出的地震滑坡易發(fā)性水平評(píng)估模塊繪制地震滑坡易發(fā)性水平空間分布圖。該模塊考慮了地形坡度、地震動(dòng)參數(shù)（烈度）、巖性、土地利用、氣象水文因子等影響因素（白仙富，2022），可以進(jìn)行不同烈度設(shè)定下區(qū)域地震滑坡易發(fā)性水平空間分布預(yù)測(cè)制圖。使用該模塊繪制地震滑坡易發(fā)性水平空間分布圖的過程實(shí)質(zhì)是采用自然斷點(diǎn)法將各像元的地震滑坡發(fā)生概率值劃分為5類，并依次賦值1～5，表示地震滑坡易發(fā)性水平從極低到極高，屬性值越高，發(fā)生滑坡的可能性越大。對(duì)歷史滑坡數(shù)據(jù)的檢驗(yàn)表明該套數(shù)據(jù)是檢驗(yàn)地震滑坡能否發(fā)生的良好指標(biāo)（張方浩等，2022）。使用該模塊進(jìn)行地震滑坡易發(fā)性空間分布制圖時(shí)，本質(zhì)上是用研究區(qū)的烈度屬性（通常來源于地震影響場(chǎng)應(yīng)急評(píng)估結(jié)果）從預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)集中提取對(duì)應(yīng)烈度區(qū)的地震滑坡易發(fā)性水平數(shù)據(jù)，然后通過GIS鑲嵌功能完成整個(gè)評(píng)估區(qū)的地震滑坡易發(fā)性水平空間分布圖的繪制（圖4）。

1.3.2緩沖區(qū)地震滑坡屬性賦值

緩沖區(qū)地震滑坡屬性賦值是指在地震滑坡易發(fā)性水平空間分布制圖的基礎(chǔ)上，通過GIS軟件中的空間統(tǒng)計(jì)模塊對(duì)各緩沖區(qū)上的滑坡易發(fā)性像元信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。統(tǒng)計(jì)的像元包括完全落在緩沖區(qū)內(nèi)的像元和與緩沖區(qū)邊界線相交的像元（圖3）。統(tǒng)計(jì)方式分別為計(jì)算緩沖區(qū)內(nèi)每一類滑坡易發(fā)性水平的像元數(shù)量。表1中FID表示緩沖區(qū)字段的機(jī)器自動(dòng)編碼；ID表示緩沖區(qū)的唯一編碼；name為緩沖區(qū)對(duì)應(yīng)的路段名稱；X1表示地震滑坡易發(fā)性水平屬性為1的字段名，其余依次類推；X1i表示第i個(gè)緩沖區(qū)上滑坡易發(fā)性水平屬性值為1的像元個(gè)數(shù)，其余的依次類推；r表示緩沖區(qū)對(duì)應(yīng)的路段中斷風(fēng)險(xiǎn)字段名，當(dāng)r的字段值為1時(shí)表示路段的地震滑坡中斷風(fēng)險(xiǎn)屬性為有風(fēng)險(xiǎn)，當(dāng)r的字段值為0時(shí)則表示無風(fēng)險(xiǎn)。

1.3.3路段滑坡屬性賦值

在緩沖區(qū)地震滑坡屬性賦值的基礎(chǔ)上，將緩沖區(qū)上的地震滑坡屬性根據(jù)唯一編碼關(guān)聯(lián)賦值給路段，作為路段的滑坡屬性。賦值后的路段屬性見表1，此處不再贅述。

1.4地震滑坡道路中斷風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)急評(píng)估模型

1.4.1多變量決策樹

本文使用多變量決策樹構(gòu)建地震滑坡道路中斷風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)急評(píng)估模型。通用的單變量決策樹模型（比如C4.5）固有的限制成為提高決策樹分類精度的瓶頸。Murthy等（1994）提出了多變量決策樹模型。多變量決策樹中，每個(gè)非葉結(jié)點(diǎn)是一個(gè)形如∑d[]i=1wiXi=t的線分類器，其中wi是Xi屬性的權(quán)重；t是該節(jié)點(diǎn)的分類閾值。與單變量決策樹不同的是，在多變量決策樹的學(xué)習(xí)目標(biāo)不是為每個(gè)非葉結(jié)點(diǎn)尋找一個(gè)最優(yōu)劃分屬性，而是建立一個(gè)合適的線性分類器（周志華，2016）。本文通過R軟件求解地震滑坡道路中斷風(fēng)險(xiǎn)多變量決策樹應(yīng)急評(píng)估模型構(gòu)建時(shí)的wi、Xi和t的參數(shù)值。

1.4.2地震滑坡道路中斷風(fēng)險(xiǎn)通用模型

對(duì)一個(gè)特定區(qū)域中的地震滑坡道路中斷風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)急評(píng)估實(shí)際上就是基于多變量決策樹的路段中斷風(fēng)險(xiǎn)分類。地震滑坡道路中斷風(fēng)險(xiǎn)與路段的滑坡屬性之間的通用關(guān)系描述為函數(shù)，根據(jù)路段滑坡屬性，函數(shù)可以有兩種選擇，如式（1）所示：

2研究結(jié)果

2.1研究區(qū)

如圖5所示，本文研究區(qū)為3次地震震后現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查確定的烈度為Ⅵ度及以上的區(qū)域（圖5）。地震滑坡道路中斷數(shù)據(jù)最翔實(shí)的汶川地震樣本用于模型的建立和有效性的評(píng)價(jià)；魯?shù)楹鸵土嫉卣饦颖緮?shù)據(jù)用來對(duì)所建立模型在相似區(qū)域的適用性進(jìn)行評(píng)價(jià)。

2.2路段數(shù)據(jù)處理

將道路數(shù)據(jù)按照1.1節(jié)的約定在GIS軟件中劃分成路段數(shù)據(jù)。在進(jìn)行路段空間數(shù)據(jù)處理時(shí)，處理對(duì)象為每個(gè)災(zāi)區(qū)地震之前一年的空間道路數(shù)據(jù)。我們通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查獲得研究區(qū)地震滑坡造成的路段中斷空間分布（圖5），把被地震滑坡沖毀或掩埋路段的中斷風(fēng)險(xiǎn)屬性定義為有風(fēng)險(xiǎn)，相應(yīng)的屬性賦值為1；其他路段的中斷風(fēng)險(xiǎn)定義為無風(fēng)險(xiǎn)，相應(yīng)的屬性賦值為0。

2.3地震滑坡易發(fā)性空間分布制圖

為了與實(shí)際情況做更好的對(duì)比，我們采用現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查后確定的地震烈度數(shù)據(jù)（空間矢量面屬性數(shù)據(jù)），按照地震滑坡易發(fā)性評(píng)估流程（圖4）繪制3個(gè)地震災(zāi)區(qū)的地震滑坡易發(fā)性水平空間分布圖（圖6）。在此基礎(chǔ)上，按照1.3.2節(jié)和1.3.3節(jié)所述方法對(duì)研究區(qū)路段進(jìn)行地震滑坡屬性賦值，得到具有地震滑坡和中斷風(fēng)險(xiǎn)屬性的路段數(shù)據(jù)。

2.4模型求解及其在汶川研究區(qū)的檢驗(yàn)

2.4.1影響地震滑坡道路中斷因子分析

將2008年汶川地震災(zāi)區(qū)的路段分為兩類：地震滑坡中斷路段（定義為有風(fēng)險(xiǎn)，屬性值為1）和其它路段（定義為無風(fēng)險(xiǎn)，屬性值為0）。在路段分析中，只考慮了高等級(jí)公路（包括高速公路、國(guó)道、省道），其它公路沒有統(tǒng)計(jì)在內(nèi)。從汶川研究區(qū)地震滑坡中斷路段和其他路段的滑坡屬性統(tǒng)計(jì)圖（圖7）可以看出，中斷路段兩側(cè)180m范圍內(nèi)滑坡易發(fā)性極高或較高的像元數(shù)量較多，其它路段兩側(cè)滑坡易發(fā)性極高或較高的像元極少或沒有，表明路段的地震滑坡屬性是其中斷風(fēng)險(xiǎn)的重要指標(biāo)。

采用列聯(lián)表對(duì)汶川研究區(qū)內(nèi)26151條路段的地震滑坡中斷風(fēng)險(xiǎn)與滑坡屬性的相關(guān)性進(jìn)行分析與推斷。進(jìn)行列聯(lián)分析時(shí)，將樣本中地震滑坡中斷道路的r記為1，其它路段的r記為0，把緩沖區(qū)上代表各滑坡易發(fā)性等級(jí)像元數(shù)量的X1～X5分為大于0和等于0兩類，然后進(jìn)行不同地震滑坡易發(fā)性水平像元數(shù)量組合與道路中斷風(fēng)險(xiǎn)之間的關(guān)系分析，見表2。對(duì)應(yīng)的X1～X5分別表示路段緩沖區(qū)上地震滑坡易發(fā)性等級(jí)從極低到極高的像元數(shù)量?；聦傩耘c中斷風(fēng)險(xiǎn)屬性對(duì)應(yīng)下的數(shù)值為滿足這兩個(gè)條件的路段數(shù)量。用表2進(jìn)行列聯(lián)分析時(shí)，約定：原假設(shè)H0：Xi與r獨(dú)立；備擇假設(shè)H1：Xi與r相合。X5與r的檢驗(yàn)P值為4.8311×10-116，相合系數(shù)為0.6794。顯著地有X5=0，

X1[]＞0[]966[]23506[]24472

[]合計(jì)[]2231[]23920[]26151

傾向于r的取值等于0；X5>0，傾向于r的取值等于1，拒絕原假設(shè)，X5與r的正相合。X4與r的檢驗(yàn)P值為4.361×10-144，相合系數(shù)為0.8598。顯著地有X4=0，傾向于r的取值等于0；X4>0，傾向于r的取值等于1，拒絕原假設(shè)，X4與r的正相合。X3與r的檢驗(yàn)P值為1.0703×10-155，相合系數(shù)為0.9591。顯著地有X3=0，傾向于r的取值等于0；X3>0，r的取值傾向于等于1，拒絕原假設(shè)，X3與r的正相合。X2與r的檢驗(yàn)P值為1.216×10-155，相合系數(shù)為-0.2915。顯著地有X2=0，r的取值傾向于等于1；X2>0，r的取值傾向于等于0，拒絕原假設(shè)，X2與r的負(fù)相合。X1與r的檢驗(yàn)P值為1.79146×10-38，相合系數(shù)為-0.6217。顯著地有X1=0，r的取值傾向于等于1；X1>0，r的取值傾向于等于0，拒絕原假設(shè)，X1與r的負(fù)相合。

從表2結(jié)果可以看出，路段兩側(cè)180m范圍內(nèi)不同滑坡易發(fā)性等級(jí)的像元數(shù)量與路段是否因地震滑坡中斷存在聯(lián)系。列聯(lián)分析表明可以使用路段的地震滑坡屬性推斷其滑坡中斷風(fēng)險(xiǎn)。

2.4.2模型參數(shù)求解

選取汶川地震災(zāi)區(qū)中的8717條路段數(shù)據(jù)（約占汶川研究區(qū)樣本數(shù)據(jù)的30%）作為訓(xùn)練集構(gòu)建地震滑坡道路中斷風(fēng)險(xiǎn)多變量決策樹模型，其余的17434條路段數(shù)據(jù)作為測(cè)試集測(cè)試模型的合理性。通常在決策時(shí)，隨著劃分過程的進(jìn)行，我們希望決策樹的分支結(jié)點(diǎn)所包含的樣本盡可能屬于同一類別，即結(jié)點(diǎn)的“純度”盡可能高?；嶂笖?shù)是度量樣本集合純度常用的一種指標(biāo)。假定當(dāng)前樣本集合D中第k類樣本所占的比例為pk（k=1，2，…，y），則D的基尼指數(shù)定義為：

Gini（D）=∑y[]k=1∑k≠1pkpk′=1-∑y[]k=1p2k（2）

Gini（D）越小，則數(shù)據(jù)集D的純度越高。假定離散屬性a有V個(gè)可能的取值，若使用a來對(duì)樣本集D進(jìn)行劃分，則會(huì)產(chǎn)生V個(gè)分支結(jié)點(diǎn)，其中第v個(gè)分支結(jié)點(diǎn)包含了D中所有在屬性a上取值為av的樣本記為Dv。可根據(jù)式（2）計(jì)算出Dv的基尼指數(shù)，再考慮到不同的分支結(jié)點(diǎn)所包含的樣本數(shù)不同，各分支結(jié)點(diǎn)賦予權(quán)重Dv/D計(jì)算出用屬性a對(duì)樣本集D進(jìn)行劃分所獲得的基尼指數(shù)（Gini_index）。采用與式（2）相同的符號(hào)表示，屬性a的基尼指數(shù)定義為：

Gini_index（D，a）=∑V[]v=1Dv[]DGini（Dv）（3）

在候選屬性集合A中，選擇使劃分后基尼指數(shù)最小的屬性作為最優(yōu)劃分方案，即：

a*=argmina∈AGini_index（d，a）（4）

當(dāng)Gini（D）值取最小時(shí)，通常認(rèn)為對(duì)應(yīng)的分類器是最佳分類。

根據(jù)上述約束，采用統(tǒng)計(jì)軟件R完成地震滑坡道路中斷風(fēng)險(xiǎn)多變量決策樹模型的構(gòu)建，結(jié)果如圖8所示。

地震滑坡道路中斷風(fēng)險(xiǎn)多變量決策樹應(yīng)急評(píng)估模型從根結(jié)點(diǎn)開始“生長(zhǎng)”，建模時(shí)使用的訓(xùn)練樣本8717個(gè)，其中實(shí)際地震滑坡風(fēng)險(xiǎn)屬性為有風(fēng)險(xiǎn)的樣本739個(gè)，無風(fēng)險(xiǎn)的樣本7978個(gè)。訓(xùn)練樣本在各葉節(jié)點(diǎn)上的基尼指數(shù)見表3。

一般來說，一個(gè)模型只有通過統(tǒng)計(jì)學(xué)評(píng)價(jià)和一致性檢驗(yàn)才能表明其具有科學(xué)意義。統(tǒng)計(jì)學(xué)上，P值為結(jié)果可信程度的一個(gè)遞減指標(biāo)，P值越大，樣本中變量的關(guān)聯(lián)越無法作為總體中各變量關(guān)聯(lián)的可靠指標(biāo)。Kappa系數(shù)反映的是模擬結(jié)果與實(shí)際情況的一致性程度，通行的做法是將Kappa值分為5組來表示不同級(jí)別的一致性：（0.0～0.20）為極低一致性，（0.21～0.40）為一般一致性，（0.41～0.60）為中等一致性，（0.61～0.80）為高度一致性，（0.81～1）為幾乎完全一致。將通過訓(xùn)練集求解的模型對(duì)包括測(cè)試集在內(nèi)的所有樣本進(jìn)行地震滑坡道路中斷風(fēng)險(xiǎn)推斷，然后對(duì)推斷結(jié)果進(jìn)行檢驗(yàn)（表4）。汶川研究區(qū)的檢驗(yàn)P值為2.52×10-203，遠(yuǎn)小于0.001；總體正確率達(dá)到98.50%；Kappa系數(shù)達(dá)到0.91。對(duì)比C4.5的決策樹方法研究結(jié)果，多變量決策樹模型覆蓋的范圍更廣，涵蓋了Ⅵ～Ⅺ度區(qū)域，且有更高的差異顯著性（更顯著的統(tǒng)計(jì)學(xué)意義）、更高的Kappa系數(shù)（更高的一致性）和更高的總體正確率。

利用上述模型，基于地震后現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查得到的地震烈度計(jì)算各路段的地震滑坡道路中斷風(fēng)險(xiǎn)值，在GIS中反演研究區(qū)地震滑坡道路中斷風(fēng)險(xiǎn)分布（圖9a），對(duì)照實(shí)際道路中斷情況（圖5）發(fā)現(xiàn)，模型評(píng)估為有風(fēng)險(xiǎn)而實(shí)際暢通的路段主要是高烈度區(qū)的少量高速公路，而模型評(píng)估為無風(fēng)險(xiǎn)但實(shí)際卻因滑坡中斷的主要是低烈度區(qū)的部分省道。

2.5模型的外延適用性檢驗(yàn)

模型的外延適用性檢驗(yàn)即在所有數(shù)據(jù)處理方法、建模指標(biāo)和模型參數(shù)都不發(fā)生變化的情況下，使用在汶川研究區(qū)建立的地震滑坡道路中斷風(fēng)險(xiǎn)多變量決策樹應(yīng)急評(píng)估模型，對(duì)云南2014年魯?shù)镸S6.5和2012年彝良MS5.7、5.6地震災(zāi)區(qū)的路段進(jìn)行地震滑坡中斷風(fēng)險(xiǎn)推斷。魯?shù)楹鸵土佳芯繀^(qū)的地震滑坡道路中斷風(fēng)險(xiǎn)空間分布反演結(jié)果如圖9b所示。從檢驗(yàn)結(jié)果（表5）可以看出，魯?shù)楹鸵土佳芯繀^(qū)的檢驗(yàn)P值更加接近于0；總體正確率99.67%；Kappa系數(shù)0.81，仍屬于幾乎完全一致性級(jí)別。這表明，用模型計(jì)算出的道路中斷風(fēng)險(xiǎn)屬性是路段是否因地震滑坡而中斷的良好指標(biāo)，在允許存在一定誤差的情況下，所建立的模型可以用于地理環(huán)境相似地區(qū)的地震滑坡道路中斷風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)急評(píng)估。

3討論

本文通過建立每個(gè)節(jié)點(diǎn)的線性分類器和增加低烈度區(qū)的樣本數(shù)據(jù)來改進(jìn)C4.5算法存在的不足。顯然，路段單元的地震滑坡中斷風(fēng)險(xiǎn)與地震滑坡易發(fā)性水平之間的緊密關(guān)系是本文成功建立模型的關(guān)鍵。本文提出的模型需要3個(gè)條件才能成立：①評(píng)估對(duì)象的基本單元為路段；②路段兩側(cè)的緩沖區(qū)距離為180m，且兩端不做緩沖；③所使用的地震滑坡易發(fā)性水平數(shù)據(jù)是分辨率為90m×90m分級(jí)數(shù)據(jù)。這3個(gè)條件中，如果評(píng)估的基本單元發(fā)生變化，或者緩沖距離和緩沖方式發(fā)生變化，又或是地震滑坡易發(fā)性水平數(shù)據(jù)分辨率發(fā)生變化，則本文的評(píng)估方法的有效性就會(huì)發(fā)生變化。

在建立地震滑坡道路中斷風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)急評(píng)估模型時(shí)，需要將道路進(jìn)行路段化處理。這種處理可能存在兩個(gè)缺陷：一是各條路段的實(shí)際長(zhǎng)度不一樣，這在一定程度上也是模型存在誤差的原因之一；二是對(duì)高速公路、國(guó)道、省道統(tǒng)一建立了一個(gè)模型，這也會(huì)增大評(píng)估結(jié)果的誤差。若能統(tǒng)一評(píng)估單元的幾何屬性和針對(duì)不同等級(jí)道路給出不同的模型，有望能進(jìn)一步提高模型效能。

4結(jié)論

本文選取2008年四川汶川MS8.0地震和2014年云南魯?shù)镸S6.5地震及2012年彝良MS5.7、5.6地震作為研究區(qū)開展地震滑坡道路中斷風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)急評(píng)估模型構(gòu)建。其中汶川研究區(qū)用來進(jìn)行模型的構(gòu)建和模型合理性檢驗(yàn)，魯?shù)楹鸵土佳芯繀^(qū)用來進(jìn)行模型外延適用性評(píng)價(jià)。主要得到以下結(jié)論：

（1）基于汶川研究區(qū)建立的模型統(tǒng)計(jì)顯著性檢驗(yàn)P值為2.52×10-203，遠(yuǎn)小于0.001；通過模型評(píng)估的道路中斷風(fēng)險(xiǎn)總體正確率達(dá)到98.50%；一致性檢驗(yàn)的Kappa系數(shù)為0.91，模型評(píng)估結(jié)果與實(shí)際情況幾乎完全一致，表明在汶川研究區(qū)建立的地震滑坡道路中斷風(fēng)險(xiǎn)多變量決策樹模型推斷的結(jié)果是路段是否出現(xiàn)地震滑坡中斷的良好指標(biāo)。對(duì)比以往的C4.5的決策樹方法，多變量決策樹模型研究覆蓋了更廣泛的范圍，結(jié)果取得了更高的差異顯著性（更顯著的統(tǒng)計(jì)學(xué)意義）、更高的Kappa系數(shù)（更高的一致性）和更高的總體正確率。將所建立的模型外延到魯?shù)楹鸵土佳芯繀^(qū)時(shí)對(duì)模型不做任何改變，評(píng)估結(jié)果的統(tǒng)計(jì)顯著性檢驗(yàn)P值為9.7×10-107，遠(yuǎn)低于0.001；總體正確率達(dá)到99.67%；一致性檢驗(yàn)Kappa系數(shù)為0.81，介于0.81～1，模型評(píng)估結(jié)果與實(shí)際情況也幾乎完全一致。魯?shù)椤土佳芯繀^(qū)的結(jié)果同樣表明，模型計(jì)算出的道路中斷風(fēng)險(xiǎn)屬性是路段是否因地震滑坡中斷的良好指標(biāo)，在允許存在一定誤差的情況下，所建立的方法可以用于與我國(guó)川滇自然地理環(huán)境相似區(qū)域不同震級(jí)影響下的地震滑坡道路中斷風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)急評(píng)估。

（2）本文僅使用了多變量決策樹模型來建立地震滑坡道路中斷風(fēng)險(xiǎn)與地震滑坡易發(fā)性屬性之間的關(guān)系，如何開發(fā)更多的模型并篩選出最為有效的模型是一個(gè)亟待解決的問題。

（3）本文提出的地震滑坡道路中斷風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)急評(píng)估模型，是對(duì)現(xiàn)有地震滑坡道路中斷風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法存在不足的一種探索與改進(jìn)。在歷史地震滑坡道路中斷數(shù)據(jù)的豐富性、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的現(xiàn)勢(shì)性、模型方法的多樣性等方面，都可能仍存在一定的不足，需要在今后進(jìn)一步完善和發(fā)展。

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