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洪水风险评估中多源信息融合及不确定性建模研究

作　者: 谢亚娟
导　师: 易善桢
学　校: 华中科技大学
专　业: 系统分析与集成
关键词: 洪水风险评估多源信息融合不确定性建模证据组合随机集仿真
分类号: X43
类　型: 博士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

洪水对人民的生命财产是个致命性的灾害,它越来越受到专家和社会的关注。洪水风险评估是洪水管理的措施之一,对洪水风险进行评估具有重要的经济和社会意义。洪水灾害风险评估可以广泛地应用于洪水保险、洪泛区管理、洪水避难、灾害预警、灾情评估、洪水影响评价、提高公众的洪水风险意识等方面,是进行洪水灾害风险管理及决策的重要科学依据。近些年来,由于洪水所造成的人员伤亡和财产损失以及产生的社会经济影响很严重,洪水已经成为世界上公认的最严重的自然灾害。中国是一个遭受洪水灾害最严重的国家之一。然而由于影响洪水风险评估的因素具有复杂性,多源性及不确定性的特点,洪水风险评估中的不确定性分析是一个当前的研究热点和难点。针对上述问题,本文详细分析了目前洪水风险评估中存在的不确定性因素,并分析了目前方法中的缺点和不足,吸取了不确定性理论中的最新成果,围绕DS-AHP不确定性建模方法、随机集多源信息融合方法,基于D-S的决策级融合等技术内容展开了深入、系统的研究与实践,目标旨在针对不同的不确定性因素,研究相应的降低不确定性方法,在提高洪水风险评估的准确度的同时保证洪水风险评估的合理性。本文的主要研究和创新工作如下：(1)洪水风险分析中的不确定性及建模方法针对目前洪水风险评估中存在的不确定性问题,我们分析了不确定性原理及其普遍存在性,将不确定性分为客观世界的不确定性和人类认知的不确定性,进而我们从这两方面分析了洪水风险评估中的不确定性因素。提出了洪水风险不确定性分析框架并给出了不确定性建模流程图,为洪水风险分析提供依据。(2)基于DS/AHP的不确定性建模及洪水风险分析研究针对洪水风险中不确定性因素多且权重值不同的问题,提出了基于层次分析法的洪水风险不确定性分析,将洪水风险评估中的因素进行条理化、层次化分析,从而构造了基于层次分析法的洪水风险评估模型。在该模型的基础上,我们得到了不同因素间的判断矩阵,通过对判断矩阵的运算我们可以得到最大特征值和特征向量,从而得到每个影响因子的权值排序。将权值与D-S证据理论的基本概率分配结合起来进行客观的准确的洪水风险评估。(3)基于随机集的多源信息融合及城市洪水风险评估针对城市洪水风险中的多源不确定性信息,提出了一个多源信息集成算子和基于随机集的信息融合,综合考虑了城市洪水风险中的城市化因素,地形因素和降雨因素等多源信息,以武汉市为例进行了多源信息城市洪水风险评估。(4)洪水风险评估多源信息综合集成评估方法提出了基于D-S证据推理理论的决策级融合,以汉江下游作为研究区域,以人口年龄和人口受教育程度为例进行分析,对汉江下游的洪水风险作决策级融合。最后根据汉江流域的历史洪水资料和洪水风险评估结果,用水力学的HEC-RAS软件对该级别的洪水进行了洪水灾害严重程度的仿真。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-10
1 绪言  10-28
  1.1 选题的背景和意义  11-21
  1.2 洪水风险研究现状综述  21-25
  1.3 本文的主要研究内容及创新点  25-26
  1.4 论文的章节安排  26-28
2 洪水风险分析中的不确定性及建模方法  28-47
  2.1 自然灾害的起因、特征与风险  28-30
  2.2 不确定性原理  30-36
  2.3 洪水风险分析中的不确定性因素  36-43
  2.4 洪水风险分析中的不确定性建模  43-45
  2.5 小结  45-47
3 基于DS/AHP的不确定性建模及洪水风险分析研究  47-64
  3.1 引言  47-48
  3.2 洪水风险分析中不确定性因素  48-50
  3.3 基于DS-AHP的洪水风险不确定性建模  50-59
  3.4 实例分析  59-63
  3.5 小结  63-64
4 基于随机集的多源信息融合及城市洪水风险评估  64-86
  4.1 引言  64-65
  4.2 多源信息融合及洪水风险多源因素  65-71
  4.3 随机集信息融合理论  71-77
  4.4 实例分析  77-85
  4.5 小结  85-86
5. 洪水风险评估多源信息综合集成评估方法  86-104
  5.1 引言  86
  5.2 洪水风险分析中的多源信息  86-88
  5.3 洪水风险分析多源信息综合集成评估方法  88-91
  5.4 实例应用  91-95
  5.5 洪水要素仿真与GIS可视化  95-103
  5.6 本章小结  103-104
6. 全文总结  104-106
  6.1 结论  104-105
  6.2 未来的研究方向  105-106
致谢  106-107
参考文献  107-115
附录1 攻读博士学位期间发表论文  115-116
附录2 攻读博士学位期间参考的科研工作  116

洪水风险评估中多源信息融合及不确定性建模研究

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