[发明专利]一种融合属性与结构的山洪灾害区划方法

说明书

本发明提供了一种融合属性与结构的山洪灾害区划方法，涉及山洪灾害区划技术领域，包括步骤(1)预处理降雨和地形因子，并空间聚合到各小流域尺度，作为小流域的降雨和地形属性；(2)根据小流域边界数据，以小流域中心代表小流域并作为图的节点，相邻的小流域构建节点之间的边，以此构建图结构代表小流域的空间结构关系；(3)以小流域的属性和空间结构关系为输入，利用三个图卷积神经网络模块构建图自编码器以同时对小流域的属性和空间结构进行特征表达学习；(4)根据每个图卷积神经网络模块的输出建立图解码器同时实现小流域空间结构的重建和小流域聚类；(5)根据小流域最佳聚类结果合并同类别的小流域得到最终的山洪灾害区划方案。

技术领域

本发明涉及山洪灾害区划技术领域，具体的说，是一种融合属性与结构的山洪灾害区划方法。

背景技术

山洪是山丘区小流域因降水诱发在特殊地形条件下形成的突发性地表径流，其突出特点是流速大、冲刷力强、破坏力极强(Arabameri et al.,2020；Zhang et al.,2022)。山洪灾害会给生命财产、生态环境、基础设施造成巨大损失，也常导致人员伤亡(Bui etal.,2019；Zhai et al.,2021)。

山洪灾害区划是通过综合分析山洪灾害影响因素的空间分异规律，按照区内一致性和区间差异性的区划原则，将区域划分为互不重叠的若干同质性区域 (Alipour etal.,2020；刘昌军等,2021)。在同一山洪区划单元内的山洪灾害常是具有相似的形成机制，能有效反映山洪灾害的分异规律，并便于山洪灾害预报预警模型的参数移用，为山洪灾害实施“分而治之”的防治与预警提供科学依据(赵士鹏,1996；张平仓等,2006)。

目前，我国已有的山洪灾害区划研究主要是早期的全国宏观尺度的区划，但这些山洪灾害区划因为观测资料的局限性，划分的区划单元相对简略且数量少，难以为市县级地方政府部门提供较为精细尺度的山洪灾害空间分异规律。

发明内容

本发明的目的在于设计出一种融合属性与结构的山洪灾害区划方法，通过构建图聚类神经网络模型，以同时利用小流域的结构和小流域描述山洪灾害相关的属性因子，获得山洪灾害区划方案，以解决目前山洪灾害区划单元简略且数量少的问题。

本发明通过下述技术方案实现：

一种融合属性与结构的山洪灾害区划方法，包括以下步骤：

步骤1、预处理栅格形式的山洪灾害相关的降雨和地形因子，并将提取的降雨和地形因子空间聚合到各多边形格式的小流域，作为小流域属性，小流域属性包括小流域的降雨和地形属性；

步骤2、根据多边形格式的小流域边界数据，以小流域中心代表小流域并作为图的节点，相邻的小流域构建节点之间的边，以此构建图结构代表小流域空间结构；

步骤3、以步骤1的小流域属性和步骤2的小流域空间结构为输入，利用三个图卷积神经网络模块构建图自编码器以同时对小流域属性和小流域空间结构进行特征表达学习；

步骤4、根据步骤3中每个图卷积神经网络模块的输出，建立图解码器以同时实现小流域空间结构的重建和小流域聚类，获得小流域最佳聚类结果，作为小流域单元初始的聚类结果；

步骤5、根据步骤4中的小流域最佳聚类结果，合并同类别的小流域得到最终的山洪灾害区划方案。

进一步的，步骤2中，构建图结构得到的图结构数据的表达式为：

G＝(V,E,X)