吉林大学学报(地球科学版) ›› 2025, Vol. 55 ›› Issue (3): 1028-1038.doi: 10.13278/j.cnki.jjuese.20240107

• 地球探测与信息技术 • 上一篇    

基于多源遥感数据的城市道路坍塌易发性预测

王明常1,于海滨1,曾昭发1,王典1,韩复兴1,张剑1,罗修杰1, 2,冷亮1,刘子维1


  

  1. 1.吉林大学地球探测科学与技术学院,长春130026
    2.深圳市福田区应急管理局,广东深圳518017
  • 出版日期:2025-05-26 发布日期:2025-06-06
  • 通讯作者: 刘子维(1994-),男,博士研究生,主要从事时空预测与建模、遥感应用方面的研究,E-mail: lzw21@mails.jlu. edu.cn
  • 作者简介:王明常(1975-),男,教授,博士生导师,主要从事遥感与地理信息系统方面的研究,E-mail: wangmc@jlu.edu. cn
  • 基金资助:
    福田区地面坍塌综合监测和预警系统建设项目(FTCG2023000209);国家自然科学基金项目(42171407,42077242);吉林省教育厅科学技术研究项目(JJKH20231181KJ)

 Prediction of Urban Road Collapse Susceptibility Based on Multi-Source Remote Sensing Data

Wang Mingchang1, Yu Haibin1, Zeng Zhaofa1, Wang Dian1, Han Fuxing1,Zhang Jian1, Luo Xiujie1,2, Leng Liang1, Liu Ziwei1#br#

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  1. 1. College of GeoExploration Science and Technology, Jilin University, Changchun 130026, China
    2. Emergency Management Bureau of Futian District, Shenzhen Municipality, Shenzhen 518017, Guangdong, China
  • Online:2025-05-26 Published:2025-06-06
  • Supported by:
    Supported by the Integrated Ground Collapse Monitoring and Early Warning System Construction Project of Futian District (FTCG2023000209), the National Natural Science Foundation of China (42171407, 42077242) and the Scientific Research Project of Jilin Provincial Education Department (JJKH20231181KJ)

摘要: 城市道路坍塌是严重的城市安全问题,可能导致人员伤亡和交通中断,对城市运行和社会发展构成威胁。准确预测城市道路坍塌并分析其时空动态变化对城市安全具有重要意义。本研究以广东省深圳市福田区为研究区,利用多源遥感数据,结合随机森林算法构建了一种城市道路坍塌易发性预测模型,并分析影响模型预测性能的关键指标和城市道路坍塌易发性的关键驱动因素。城市道路坍塌易发性时空预测结果表明:结合光学数据和雷达数据构建的城市道路坍塌易发性预测模型能够比较准确地预测道路坍塌易发性的时空变化,预测决定系数为0.65,预测精度较高;2017—2022年,福田区道路坍塌风险整体呈上升趋势,极低易发区和低易发区面积减少,中易发区和高易发区面积增加。随机森林特征重要性分析结果表明,基于影像数据提取的纹理特征对预测模型贡献度较高。根据地理探测器结果可知,人口、GDP和地下设施是影响城市道路坍塌的三个关键驱动因素。


关键词: 道路坍塌, 随机森林, 多源遥感数据, 时空变化, 广东省深圳市福田区

Abstract:  Urban road collapse is a serious safety issue in urban areas that can result in casualties and transportation disruptions, threatening urban operations and social development. Accurately predicting urban road collapse and analyzing its spatial and temporal dynamics are of great significance for urban safety. In this study, we focused on Futian District in Shenzhen City, Guangdong Province as the study area. We developed a model to predict the susceptibility of urban road collapse by integrating multi-source remote sensing data with the random forest algorithm. Additionally, we examined the primary indicators affecting the prediction performance of the model and the primary factors influencing the vulnerability of urban roads to collapse. The spatiotemporal prediction results of urban road collapse susceptibility show that the urban road collapse susceptibility prediction model, constructed by combining optical data and radar data, can predict the spatial and temporal changes of road collapse susceptibility  accurately. The predicted coefficient of determination is 0.65, indicating high prediction accuracy. From 2017 to 2022, the risk of roadway collapse in Futian District exhibited an overall increasing trend. There was a decrease in the area of zones with very low and low susceptibility, and an increase in the area of zones with medium and high susceptibility. The results of the random forest feature importance analysis indicate that the texture features extracted from image data make a significant contribution to the prediction model. Based on the geodetector results, it is known that population, GDP, and underground facilities are three key factors influencing urban roadway collapse.


Key words:  , road collapse, random forest, multi-source remote sensing data, spatial and temporal changes, Futian District, Shenzhen City, Guangdong Province

中图分类号: 

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[1] 张晟瑀, 申文超, 苏小四. 基于随机森林法的区域地下水硝酸盐污染风险评价[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2025, 55(3): 943-956.
[2] 安雪莲, 密长林, 孙德亮, 文海家, 李晓琴, 辜庆渝, 丁悦凯. 基于不同评价单元的三峡库区滑坡易发性对比——以重庆市云阳县为例[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2024, 54(5): 1629-1644.
[3] 王新领, 祝新益, 张宏兵, 孙博, 许可欣.

基于随机树嵌入的随钻测井岩性识别方法 [J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2024, 54(2): 701-708.

[4] 王明常, 丁文, 赵竞争, 吴琳琳, 王凤艳, 纪雪. 基于知识图谱与随机森林的落叶松毛虫害遥感识别[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2023, 53(6): 2006-2017.
[5] 于子望, 郑天琪, 程钰翔. 基于PSO-XGB混合优化技术的浅层地下温度预测:以长春市为例[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2023, 53(6): 1907-1916.
[6] 王雪冬, 张超彪, 王翠, 朱永东, 王海鹏. 基于Logistic回归与随机森林的和龙市地质灾害易发性评价[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2022, 52(6): 1957-1970.
[7] 杨国华, 李婉露, 孟博. 基于机器学习方法的地下水氨氮时空分布规律[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2022, 52(6): 1982-1995.
[8] 杨丽萍, 苏志强, 侯成磊, 白宇兴, 王彤, 孔金玲. 基于随机森林的干旱区全极化SAR土壤含水量反演[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2022, 52(4): 1255-.
[9] 王明常, 刘鹏, 陈学业, 王凤艳, 宋玉莲, 刘瀚元. 基于GEE的东北三省城市建设用地扩张研究[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2022, 52(1): 292-.
[10] 李刚, 孙桂华, 姚永坚, 朱博勤, 张耀明. 三沙湾海岸线时空演变[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2019, 49(1): 196-205.
[11] 李寅超, 李建松. 基于过程对象的地表覆盖变化时空过程表达模型[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2017, 47(3): 916-924.
[12] 朱长明,李均力, 张新,骆剑承,沈占锋. 新疆博斯腾流域湿地遥感监测及时空变化过程[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2013, 43(3): 954-961.
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[1] 丁清峰, 付宇, 吴昌志, 董莲慧, 屈迅, 曹长胜, 夏明毅, 孙洪涛. 新疆西南天山阿万达金矿床成矿流体演化[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2015, 45(1): 142 -155 .
[2] 马云, 李三忠, 刘鑫, 赵淑娟, 余珊, 王霄飞, 张丙坤. 华南北部湾盆地的形成机制[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2014, 44(6): 1727 -1736 .
[3] 王惠初, 陆松年, 初航, 相振群, 张长捷, 刘欢. 辽阳河栏地区辽河群中变质基性熔岩的锆石U-Pb年龄与形成构造背景[J]. J4, 2011, 41(5): 1322 -1334 .
[4] 田梦宇, 狄永军, 王帅, 贾一龙. 广西云开地区那蓬岩体黑云母二长花岗岩年代学、地球化学特征及成因[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2021, 51(3): 749 -766 .
[5] 谭晓淼, 高锐, 王海燕, 侯贺晟, 李洪强, 匡朝阳. 中亚造山带东段深地震反射剖面大炮揭露下地壳与Moho结构——数据处理与初步解释[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2021, 51(3): 898 -908 .
[6] 刘建民, 赵国春, 徐刚, 邱海成, 李建锋, 肖昌浩, 沙德铭, 刘福兴, 毕广源, 房兴, 张家奇, 郭祺, 于婳. 辽东半岛金矿成矿作用与深部资源勘查[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2021, 51(6): 1613 -1635 .
[7] 张兵强, 赵富远, 杨清毫, 黄毅, 李俊海, 刘松. 贵州省盘县架底金矿床成矿地质条件及找矿方向[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2022, 52(1): 94 .
[8] 孙洪涛, 王秋玲, 雷如雄, 陈世忠, 陈刚, 吴昌志. 闽中裂谷带梅仙铅锌矿区花岗斑岩的LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄、成因及成矿效应[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2014, 44(2): 527 -539 .
[9] 韩复兴, 王若雯, 孙章庆, 高正辉. 地震声波数值模拟中人工边界条件的差别与组合[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2022, 52(1): 261 .
[10] 孟 颖, 王 剑, 马万云, 雷海艳, 孙平昌, 方 石, 丁 聪, 王 灼, 陶连馨. 基于细粒岩石类型对玛湖凹陷下二叠统风城组烃源岩分类评价[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2022, 52(5): 1735 -1746 .