本發(fā)明涉及地質(zhì)災(zāi)害識別，尤其是涉及一種用于識別地震液化的方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、同震砂土液化是指地震發(fā)生時(shí)，由于孔隙水壓力升高和有效應(yīng)力減小，場地砂土由固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)的一種現(xiàn)象。砂土液化坑指砂土液化后在地表形成的類似火山狀的覆蓋物。砂土液化坑快速獲取液化空間分布有助于地震烈度評估和地震應(yīng)急響應(yīng)。

2、目前，砂土液化坑的鑒定通常依賴于野外現(xiàn)場調(diào)查，往往非常耗時(shí)、耗力。更重要的是，在高原、國外等區(qū)域往往在震后一段時(shí)間內(nèi)很難到達(dá)，無法獲得液化坑的完整空間分布。因此，開發(fā)基于衛(wèi)星或航空圖像的自動提取方法有助于克服野外調(diào)查的缺點(diǎn)。

3、現(xiàn)有的砂土液化坑自動識別可以歸納為兩類。第一類是無監(jiān)督分類策略，不需要砂土液化坑樣本。該策略通過比較震前和震后圖像來檢測砂土液化坑。這些方法在沒有砂土液化坑樣點(diǎn)的情況下自動獲得砂土液化。然而，這些方法的性能通常取決于影像的成像質(zhì)量。影像的成像質(zhì)量通常受成像時(shí)間、天氣、分辨率等因素的影響。此外，當(dāng)與地震發(fā)生時(shí)間相近的震前圖像不存在時(shí)，這些方法通常會失敗。第二類是基于震后圖像的監(jiān)督分類策略。監(jiān)督分類策略需要提前采集一定數(shù)量的砂土液化坑樣本。這種策略可以進(jìn)一步分為基于像素的方法和基于對象的方法?；谙袼氐姆椒▊?cè)重于每個(gè)像素中砂土液化坑的光譜特性，而不考慮砂土液化坑的形態(tài)特征。這類方法避免使用震前影像，通常比無監(jiān)督方法具有更準(zhǔn)確和穩(wěn)健的識別結(jié)果。

4、由于砂土液化坑的形態(tài)特征(如大小、形狀)，基于對象的方法通常需要非常高分辨率的圖像，例如無人機(jī)(uav)圖像。與無人機(jī)圖像相比，基于衛(wèi)星的圖像分辨率較低，因此難以識別砂土液化坑的形態(tài)。然而，基于衛(wèi)星的影像是更容易獲取的，其覆蓋面積更大。這些影像在地震應(yīng)急情況中使用最多。因此，有必要研發(fā)基于衛(wèi)星影像的砂土液化坑識別方法。

5、目前，基于像素的方法往往需要用戶收集土地覆蓋圖，以幫助選擇非液化/液化坑樣本。然而，高分辨率的土地覆被圖很難獲得，并且，目前土地覆蓋圖并不是用于識別砂土液化坑。同時(shí)，目前的基于監(jiān)督分類的方法需要用戶非常仔細(xì)地繪制液化多邊形。液化的邊界通常非常模糊，難以繪制，錯(cuò)誤的范圍可能會導(dǎo)致識別精度的下降。

6、因此，現(xiàn)有技術(shù)需要提供一種提高砂土液化類型識別的準(zhǔn)確性和適用性的地震砂土液化識別方案。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于，需要提供一種提高砂土液化類型識別的準(zhǔn)確性和適用性的地震砂土液化識別方案。

2、為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種用于識別地震液化的方法，包括：采集待評價(jià)區(qū)域的遙感圖像，并提取各個(gè)像素點(diǎn)的液化相關(guān)參數(shù)；根據(jù)所述各個(gè)像素點(diǎn)的液化相關(guān)參數(shù)，利用地震液化識別模型，確定表征像素點(diǎn)是否屬于砂土液化的分類類型；根據(jù)像素點(diǎn)的分類類型，形成完整砂土液化坑區(qū)域。

3、優(yōu)選地，所述地震液化識別模型包括第一類識別模型和第二類識別模型，其中，在根據(jù)所述各個(gè)像素點(diǎn)的液化相關(guān)參數(shù)，利用地震液化識別模型，確定表征像素點(diǎn)是否屬于砂土液化的分類類型的步驟中，包括：根據(jù)所述遙感圖像的分辨率級別來配置相應(yīng)的識別模型，其中包括：當(dāng)所述遙感圖像的空間分辨率為亞米或者米級別時(shí)，選擇第一類識別模型來確定像素點(diǎn)的砂土液化類型；當(dāng)所述遙感圖像的空間分辨率為厘米或分米級別時(shí)，選擇第二類識別模型來確定像素點(diǎn)的砂土液化類型。

4、優(yōu)選地，所述地震液化識別模型包括第一類識別模型和第二類識別模型，其中，在根據(jù)所述各個(gè)像素點(diǎn)的液化相關(guān)參數(shù)，利用地震液化識別模型，確定像素點(diǎn)的砂土液化類型的步驟中，包括：判斷所述液化相關(guān)參數(shù)中的各項(xiàng)數(shù)據(jù)間的相關(guān)性，并根據(jù)至少一項(xiàng)相關(guān)系數(shù)來確定所需的識別模型，其中包括：當(dāng)至少一項(xiàng)相關(guān)系數(shù)均小于預(yù)設(shè)系數(shù)閾值，且所述待評價(jià)區(qū)域存在大量人工建筑時(shí)，選擇第一類識別模型來確定像素點(diǎn)的砂土液化類型；當(dāng)至少一項(xiàng)相關(guān)系數(shù)均超過預(yù)設(shè)系數(shù)閾值，且所述待評價(jià)區(qū)域存在大量自然景觀時(shí)，選擇第二類識別模型來確定像素點(diǎn)的砂土液化類型。

5、優(yōu)選地，所述遙感圖像為基于不同圖像類型的震后圖像，所述圖像類型為衛(wèi)星圖像、遙測圖像、無人機(jī)圖像和地形圖像中的一種或幾種。

6、優(yōu)選地，所述液化相關(guān)參數(shù)包括地形特征、光譜波段參數(shù)和光譜指數(shù)參數(shù)，所述地形特征包括平坦地區(qū)、沼澤、草地、河流、湖泊、洪泛區(qū)、道路和裸露巖石，所述光譜波段參數(shù)包括藍(lán)色、綠色、紅色和近紅外，所述光譜指數(shù)參數(shù)包括歸一化差值水指數(shù)、歸一化差值植被指數(shù)、改良土壤植被調(diào)整指數(shù)、鹽度指數(shù)和粒度指數(shù)中的一種或幾種。

7、優(yōu)選地，所述方法還包括：構(gòu)建所述第一類識別模型，其中包括：采集目標(biāo)區(qū)域在不同震后時(shí)間段內(nèi)采集到的所有圖像類型的遙感圖像，并提取所述遙感圖像中的各個(gè)像素點(diǎn)的液化相關(guān)參數(shù)，形成具有不同地形特征、光譜波段參數(shù)和光譜指數(shù)參數(shù)組合信息的液化樣本點(diǎn)和非液化樣本點(diǎn)；建立關(guān)于預(yù)測液化類型的第一基本模型，并利用所述液化樣本點(diǎn)和非液化樣本點(diǎn)來對所述第一基本模型進(jìn)行訓(xùn)練與驗(yàn)證，形成所述第一類識別模型，其中，所述第一基本模型包括多個(gè)并聯(lián)的第一決策樹和位于所述多個(gè)第一決策樹的后端的投票決策模塊。

8、優(yōu)選地，所述方法還包括：構(gòu)建所述第二類識別模型，其中包括：采集目標(biāo)區(qū)域在不同震后時(shí)間段內(nèi)采集到的所有圖像類型的遙感圖像，并提取所述遙感圖像中的各個(gè)像素點(diǎn)的液化相關(guān)參數(shù)，形成具有不同地形特征、光譜波段參數(shù)和光譜指數(shù)參數(shù)組合信息的液化樣本點(diǎn)和非液化樣本點(diǎn)；建立關(guān)于預(yù)測液化類型的第二基本模型，并利用所述液化樣本點(diǎn)和非液化樣本點(diǎn)來對所述第二基本模型進(jìn)行訓(xùn)練與驗(yàn)證，形成所述第二類識別模型，其中，所述第二基本模型包括多個(gè)級聯(lián)的第二決策樹和用于對所有第二決策樹的預(yù)測結(jié)果進(jìn)行加權(quán)的輸出模塊，后一級的決策樹根據(jù)前一級決策樹計(jì)算得到的樣本點(diǎn)負(fù)梯度而得到。

9、優(yōu)選地，在根據(jù)所述像素點(diǎn)的砂土液化類型，形成完整砂土液化坑區(qū)域的步驟中，包括：分別利用尺度逐級增加的窗口模板，依次對含有像素點(diǎn)分類類型分布結(jié)果信息的初始圖像開展柵格像素處理，獲得多級柵格像素處理后的第一圖像；識別所述第一圖像中的砂土液化區(qū)域并計(jì)算每個(gè)砂土液化區(qū)域的分形維數(shù)；通過將至少一個(gè)砂土液化區(qū)域分形維數(shù)分別與預(yù)設(shè)分形維數(shù)閾值進(jìn)行對比，刪除分形維數(shù)超過所述預(yù)設(shè)分形維數(shù)閾值的砂土液化區(qū)域，其中，所述預(yù)設(shè)分形維數(shù)閾值根據(jù)允許圖像中含有人工建筑物和/或道路的最低空間容量特征而確定；基于剩余砂土液化區(qū)域，形成完整砂土液化坑區(qū)域。

10、另一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種用于識別地震液化的系統(tǒng)，包括：特征提取模塊，其配置為采集待評價(jià)區(qū)域的遙感圖像，并提取各個(gè)像素點(diǎn)的液化相關(guān)參數(shù)；砂土液化類型識別模塊，其配置為根據(jù)所述各個(gè)像素點(diǎn)的液化相關(guān)參數(shù)，利用地震液化識別模型，確定表征像素點(diǎn)是否屬于砂土液化的分類類型；液化坑區(qū)域形成模塊，其配置為根據(jù)像素點(diǎn)的分類類型，形成完整砂土液化坑區(qū)域。

11、另外，本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，其存儲有計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令，該計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)如上述所述的方法的步驟。

12、與現(xiàn)有技術(shù)相比，上述方案中的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例可以具有如下優(yōu)點(diǎn)或有益效果：

13、本發(fā)明提出了一種用于識別地震液化的方法及系統(tǒng)。該方法及系統(tǒng)基于二元分類的砂土液化識別方法框架，通過自適應(yīng)選取兩類典型代表性機(jī)器學(xué)習(xí)所形成的自動識別模型(隨機(jī)森林和梯度提升決策樹方法)，實(shí)現(xiàn)了待評價(jià)區(qū)域的地震液化坑的高精度評估和砂土液化空間分布的快速分析，能夠有效地利用光學(xué)衛(wèi)星影像等各類圖像信息和有限樣本在地震后快速、可靠地識別砂土液化坑，廣泛適用于各類應(yīng)用場景并形成了通用預(yù)測方法框架流程。

14、本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實(shí)施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點(diǎn)可通過在說明書、權(quán)利要求書以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)和獲得。