[发明专利]一种精细化雷电灾害风险评价与区划方法

权利要求书

1.一种精细化雷电灾害风险评价与区划方法，其特征在于；按照如下方式实施；

(一)建立评价模型：模拟雷电灾害风险形成过程，从致灾因子、孕灾环境、承灾体三个方面选取相应的评价指标，基于目标、准则、指标层建立雷电灾害风险评价结构模型；其中地闪密度、地闪强度采用历史闪电定位监测资料密度分析、IDW插值生成，强雷电流密度选取雷电流幅值大于100kA的闪电进行密度分析生成；

从致灾因子H、孕灾环境E以及承灾体S三个方面选取指标因子，建立雷电灾害风险评价模型；

其中，R为雷电灾害风险，H_i、E_j、S_k分别评价致灾因子危险性、孕灾环境敏感性、承灾体易损性的第i、j、k个指标，X_Hi、X_Ej、X_Sk为对应的指标权重，a、b、c分别为H、E、S对应的指标权重；

(二)指标权重的确定：

采用投影寻踪模糊聚类(Projection Pursuit Classification，称PPC)的客观方法，直接由样本数据驱动进行数据挖掘，通过遗传迭代，寻求最优投影方向，将多维数据投影到低维空间，最终各指标的最佳投影方向即为各自的权重；

建模过程如下：

(1)指标处理；消除量纲间的差异、统一变化范围；

(2)线性投影；随机抽取若干个初始投影方向a(a₁,a₂,…,a_m)进行计算，根据指标选大的原则，确定最大指标对应的解为最优投影方向，投影特征值Z_i的表达为：

(3)优化投影目标函数；投影值Z_i的分布特征应满足：整体上投影点团之间尽可能散开；局部投影点尽可能凝聚成单个的点团；故将目标函数T(a)定义为类间距离L(a)与类内密度d(a)的乘积，即T(a)＝L(a)·d(a)：

其中为序列{Z(i)|i＝1,2,…,n}的均值，愈大，分布愈开；设投影特征值间的距离r_ij＝|Z_i-Z_j|(i,j＝1,2,…,n)，则

f(t)为一阶单位阶跃函数，t≥0时，其值为1；t＜0时，其值为0；

R为窗宽参数，其选定原则为宽度内至少包括一个散点；合理取值范围为r_max＜R≤2m，其中，r_max＝max(r_ik)(i,k＝1,2,…,n)；类内密度d(a)愈大，分类愈显著；

当T(a)取得最大值时，对应的投影方向即为寻找的最优投影方向；因而寻找最优投影方向的问题可转化为下列优化问题：

(4)将最优投影方向代入对应的指标权重；

(三)承灾体数据空间化：

(1)人口数据空间化；

根据人居指数模型反演人口数据，具体可根据区域地形、河流水系、路网等地理信息数据对人居指数HSI进行修正；

其中：HIS为人居指数，NDVI_max为NDVI的最大值，OLS_nor为经归一化处理的夜间灯光(0-1)，OLS_max、OLS_min分别为夜间灯光数据的最大值和最小值；

人口统计数据通过人居指数分配到每个像元，为降低误差，采用区县级人口统计数作线性调整纠正人口密度分布图，具体公式如下：

(2)经济数据空间化

结合经济GDP数据分类特点，采用土地覆盖数据与夜间灯光数据相互结合，实现GDP数据空间化；

第一产业模型：第一产业数据G1中农、林、牧、渔与耕地、林地、草地、水域土地利用数据具有一一对应关系，以此建立空间化模型

其中，G1_i分别为与耕地、林地、草地、水域四种土地利用数据相关的第一产业GDP值，Area_ij为第j个区县i种土地利用数据对应的面积，A_i为四种土地利用数据对应的系数；

第二、三产业模型：二、三产业主要涉及工业、建筑业和各种服务业，与间接表征社会经济情况的夜间灯光数据具有明显的相关性；提取DMSP/OLS夜间灯光数据强度值(0DN≤63)，建立空间化分布模型；

其中，Int_j为第j个区县夜间灯光强度值，B为拟合系数；

经济数据空间化：为保证空间化后的GDP误差控制在区县级行政区域内部，采用k1、k2分别对第一、二三产业修正处理；

G＝k1_j×G1+k2_j×G2/3     (13)

其中G为地均GDP，k1_j为第j个区县第一产业实际值与模型计算值的比值，k2_j为第j个区县第二三产业实际值与模型计算值的比值；

(四)风险等级划分：

雷电灾害风险评价等级的确定采用自然断点分级法，亦称Jenks优化方法；其原理是采用数据聚类方法，减少类的方差，最大限度地提高类之间的差异；计算采取重复迭代过程，通过重复计算不同的数据集，以确定最小的类方差，直到偏差的总和达到最小值为止；其公式为：

其中

式中：SSD是方差，A是一个数组，数组长度为N，mean_i-j是每个等级中的平均值；

该方法还包括；建立以栅格化处理的风险评价因子，包括致灾因子、孕灾环境、承灾体，及其对应的指标为基础的风险评价集合，利用GIS技术获取各县区评价指标的均值，代入基于遗传算法的投影寻踪模型，逐一计算其最优投影方向向量，得到评价指标体系的权重；建立以DMSP/OLS夜间灯光遥感数据、NDVI植被指数、土地覆盖数据等的人口、经济数据空间化模型获取人口密度、地均GDP分布；

根据建立的风险评价模型及指标权重值代入式(1)进行栅格数据计算分析，采用自然断点分级法获取中断值，将雷电灾害风险划分为低风险区、次低风险区、中风险区、次高风险区、高风险区5个等级。