來 源：《地質科技通報》2024年第43卷第5期

作 者：耿芳1, 白蘇娜1,2,齊文艷1,3,于金山1,3,毛華1,張梅1,2,席雪萍4*,高學飛4,羅福貴4

單 位：1.國網天津市電力公司, 天津 300010;2.國網天津市電力公司經濟技術研究院, 天津 300171;3.國網天津市電力公司電力科學與技術研究院, 天津 300384;4.天津市地質工程勘測設計院有限公司, 天津 300191

摘 要：地面沉降的監測與預測, 對于保障城市安全和社會可持續發展具有重要意義和現實價值。利用隨機森林機器學習模型預測了天津市濱海地區的地面沉降量空間分布, 并評估了模型的性能和變量的重要性。基于2020年天津市濱海新區局部地區的地面沉降量、含水層巖性、含水組水位差、水文地質參數等數據來訓練和驗證隨機森林模型。結果表明: 隨機森林模型能夠較好地擬合和預測地面沉降量( R 2=0.98, RMSE =0.52mm); 影響地面沉降量最重要的因素是水位差, 其次是含水層的巖性(砂-黏比值), 最后是相關水文地質參數。上述結果與傳統上太沙基原理基本吻合, 進一步驗證了模型的正確性和可預測性。本研究采用了空間分布數據來訓練隨機森林模型; 根據物理機制, 選取了重要控制因素來開展分析; 評估了控制因素的重要性程度, 并指出了研究的局限性和未來的研究方向, 為利用隨機森林模型快速有效預測地面沉降提供了重要參考和啟示。

文章框架

1 材料與方法

1.1 研究區地面沉降概況

1.2 天津市南部地質和水文地質條件概況

1.3 數據獲取和預處理

1.4 影響因素選擇和構造

1.5 參數調整和模型訓練

1.6 模型驗證和結果分析

2 結果與討論

2.1 隨機森林模型可靠性分析

2.2 地面沉降主控因素分析

2.3 隨機森林模型局限性分析

3 結 語

圖件賞析

研究區范圍及其水準點空間分布

天津濱海地區地面沉降量等值線圖

砂層厚度比是指砂層厚度/沉積物總厚度;黏土層厚度比是指黏性土厚度/沉積物總厚度

濱海地區砂層(a)和黏土層(b)厚度比值分布圖

水位差是指含水組研究時間段內水位差異,m;水平滲透系數是指含水層水平方向滲透能力,m/d;給水度,儲水率是指地下水位下降一個單位時,單位面積巖石柱體在重力作用下所釋放出的水的體積

天津市濱海地區含水組水位差(a)、水平滲透系數(b)以及給水度與儲水率(c)分布圖

基于隨機森林的地面沉降預測模型示意圖

天津市濱海地區地面沉降隨機森林(a)、多元線性回歸(b)預測值與觀測值對比驗證

天津濱海地區地面沉降量影響因素重要性圖

結 語

本研究利用隨機森林模型預測了天津濱海局部地區的地面沉降量,并評估了模型的性能和變量的重要性。研究表明隨機森林模型能夠較好地擬合和預測地面沉降量( R 2=0.98),并確定水位差是影響地面沉降量最重要的因素,其次是巖性特征,最后是滲透系數和儲水率。研究結果表明隨機森林模型是一種有效的預測地面沉降的方法。本研究也存在一些局限性和不足之處,需要在未來進行更多的數據收集、因素分析和方法比較。本研究為地面沉降預測提供了一種新的思路和方法,也為隨機森林在其他領域的應用提供了一些參考和借鑒。

DOI:10.19509/j.cnki.dzkq.tb20240119

耿芳, 白蘇娜, 齊文艷, 于金山, 毛華, 張梅, 席雪萍, 高學飛, 羅福貴. 基于隨機森林算法的天津市濱海地區地面沉降模擬[J]. 地質科技通報, 2024, 43(5): 197-205.

來源：測繪學術資訊