预测模拟技术在空间数据库优化开发中的应用——专家系统类比法滑坡灾害制图案例研究

本文译自Environmental Geology,2002(41）∶765～775。

Alberto Pistocchi1Lucia Luzi2Paola Napolitano3著

朱汝烈4译校

（1Studio di Ingegneria per I'Ambiente e il Territorio,Viale GCarducci,15,47023 Cesena,Italy；2IRRS-CNR,MiLan,Italy；3ACTA Studio Associato,Naples,Italy；4中国地质调查局水文地质工程地质技术方法研究所，河北保定，071051）

摘要此案例研究，源于将不同概率的预测模型[贝叶斯（Bayesian）概率、模糊逻辑、“与”、“或”、“总和”、“产出”、“灰度（非线性）”运算以及必然性因素等]，用于编制意大利亚平宁山脉北部的丘陵和山岳地区滑坡灾害地图。利用7个数据层来检验非常脆弱的区域：岩性、与地质构造线的距离、年降雨量数值、土地覆盖类型、地形坡度和坡向，以及与水文网络段的距离。与用预测率指数预测的不同结果进行了对比和缜密的讨论，以评价这种易于运用、适宜有效的数据库在土地规划中使用价值的可能性。

关键词支持性函数　整体化模拟　滑坡灾害　空间数据库

1　导言及一般论点

近几年来，全欧洲各地方及规划部门在建立空间数据库方面有了长足进展。然而，很多数据库似乎对决策支持仍然不起作用，而且其使用的有效数据经常是纯粹土化的。特别是，最终数据使用者和决策者对于有关地理信息系统（Geographic Information Systems——GIS）的模拟能力，近乎于毫不知晓的状况。极少有地方政府机构在日常的决策中采用预测模型作为其有效支撑。

地理信息系统为详细的空间特征模拟带来巨大的能力，并且许多地方政府现在已拥有GIS技术，为其使用提供了方便条件。人们在对自然界现象进行日常习惯性观察时，这一重要信息有变成一种更有力的方法手段的潜在可能吗？

出于参与规划和目标共享的需要，地学家已经注意到确定的共享资源在用于规划和决策支持中做出的评估具有何等重要性的有关阐述。一些人强调地球科学地图在制定政策和土地使用规划过程中的作用。据他们的观点，灾害地图（hazard maps）的主要作用是，为决策者提供有关土地开发规章条例定义问题的正确观点。

基于自然现象之间因果关系的预测模型，已被水文工作者、地球科学家、环境分析家和工程师广泛地应用于自然风险评估、自然资源管理、污染防治与土壤改良及环境影响评估等领域。然而，就诸如滑坡这一自然灾害场合而言，要建立一个能在区域规模内可靠适用的模式似乎相当困难。一些人探究产生这一困难的原因，认为主要是受模型和数据的限制。与其他风险管理的角度不同，很少有管理者探索过有关定量模型的应用问题。

滑坡灾害制图的传统方法，依赖地质学家和地貌学家的经验观察、鉴定（通过对现场特性的直接观察和远距离的检测报告）来解释滑坡发生的特征。这样虽有相当可能判明既往事件，但是在撇开专家主观性及定性判断的情况下，几乎不能支持任何预测。

近几年来，已经提出了基于成带现象的大地构造模型。然而，基于大地构造模型的计算方法，或者说实际上是基于指数叠加的方法，限于数据不足或数据质量的低下，尽管其自然基础相当稳固，仍经常是不可靠的。

另一方面，通过“客观”的可复制模型进行的预测，分析家对可能的、有限的随机选择感到兴趣。特别是下列这些情况：

·当具有相当重要性的规划设想涉及到社会冲突时；

·当现象不容易觉察时；

·当对覆盖整个所关心区域的现象做详细测图所耗费用过于高昂，因而有必要对那些需更深一步了解的区域进行“筛选范围”模拟的时候。

一般说来，模拟过程与决策很相似，而且其工作具协调性和基础性。灾害地图之所以合理的一个理由，是通过专家的专门鉴别，可用模拟方法学的手段再现、复制，可以有助于认识的社会构成，亦即在管理者、社区公众以及科学家之间分享正确的决策准则。

这一原因导致开展使用概率进行预测的可能性的调查研究。在这些探索过程中，充分运用有关滑坡事件的先验性知识，通过合理地确定参数，用模糊的、或随机的地图套叠方法进行概率预测。

在最近几年，对这种方法做了很多探索。所有这些方法已经比较广泛地使用于敏感性分析或不同方法的性能对相同案例的研究。目前，在这些应用中存在的主要困难是不同的地图的对比。

有人提出了一种解决问题的构想，以完善绘图功能。在那些作者们的工作中，显示了概率、模糊的范畴，并可用现象发生地区最支持性的探测功能——例如滑坡或者矿藏——来证明。这些技术通过推测、校核而发挥效用；对其他诸如神经和贝叶斯（Bayesian）网络等方法，其共通特征与一般的数学模拟近似。以这种方法能轻易地找出一种称之为预测比率的独特标准，它主要用于比较不同预测地图，堪称使模型具有良好性能的有效措施。对其解释如下：支持性函数的用途在于以产生至少包含科学家基于规章的判断，即可从现场经验获得的、预测大部分正确的地图为目标。当然，随后由于专家对现象认识和理解的逐步深化在评估期间必然要求选择多种模拟。同时，由于协调不当而产生变量的假定概率，以及数据缺乏和不可靠，也可引起谬误的结果。不过，运用定量法可以使模型的校准和确认能够支持预测的透明度和合理性。支持性函数模拟方法最近已在专门为其安排的某些案例研究中应用。

本文目的在于，探讨支持性函数模拟对用现有的数据库标准认定的滑坡事件，编制灾害地图的可应用性，并且检查这种方法在现有的数据库里信息的运用中如何改进，以与其他技术（例如，每个岩性单位的滑坡频率编图或者纯粹的滑坡目录清单似的绘图）相比较。

支持性函数模拟也可用于构建数据库的概念性设置：数据的收集严格依赖于在理论框架上对最佳可用信息的准确理解。

2　理论背景

很多作者指出，数值技术的使用与那些对相关现象自身属性的局部价值认为值得关注的事件相联系。属性被认为是事件的证据因素，“或然性”、“可能性”或者发现事件的“可能”程度，在一定意义上与每个相关属性的存在非常符合。假定 A是已进行分析的定义域，而 F是被检查的事件现象。若 r数据层为有效数据，则对于每一个属性种类中的mk来说，设定k=1，…r，便可对每个数据层定义一个分配函数：

地质灾害调查与监测技术方法论文集

它将 A的每个象素分配到k层序列中的一层中；可以为每层确定另一个函数：

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在这种情况下，地图在每个层里出现一个数值下降的间隔[a,b]。在此，a和b取决于分析者（如稍后将指出的那样）所做的进一步假定。这个数值代表支持性（favorability），即假定一旦遭遇某种特殊种类属性现象出现时的可靠程度。

对作为每个数据层的函数成分 V和R被定义后，支持性函数可表示为：

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间隔极值 a,b必须由分析家据其“可靠性”的解释而定，若认为可靠性与“可能性”相同，则 a=0,b=1。若令可靠性范围等于确定性系数，则 a=-1,b=1。如果选择不同的方法，则可能需要另外的数值。

支持性函数在本项目中的不同用法将在本报告中予以陈述。

若支持性假设为与特定现象 F相关，设定与事件的可能性一致的属性种类为E1，…，E。，然后根据贝斯定理，按 E1，…，E。独立条件假说，可写为：

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在ppsI中，I=1，…，n，是发生必然属性种类的优先概率，并且可用该属性种类存在的总面积的百分比进行估算。pps1至n作为属性种类的先期共同可能性考虑；这可以作为全部种类共同发生的总面积的百分比。ppaI,I=1，…，n是观察到的F对于属性种类Ei事件的可能性；这可以根据公式计算。ppaI=1－(1-(areaI)-1)nb(I），其中areaI是符合i系列条件的面积，而nb(i）是与F条件也符合的i系列的面积。psF是所有覆盖整个区域的F的优先概率，并可用所有符合F条件面积的百分数算出。

按此法则，一张地图可以由发生的属性种类的每种组合的计算编制出。这可以通过常规交叉作业程序，在GIS的栅格内 *** 作完成。

如果使用确定性系数，则运算法则作如下相应变动：

（1）一种属性种类的确定性系数可以定义为：

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式中：I=1，…，n;n是作为原因因数的主题数据种类的数量。

（2）对两个数据种类来说，确定性系数根据下列法则计算：

当 CF1和CF2均为正号，那么 CF1+2=CF1+CF2-(CF1×CF2）；

若 CF1和CF2符号相反，则 CF1+2=CF1+CF2/{1-min(|CF1｜,｜CF2|))；

若 CF1和CF2均为负号，则 CF1+2=CF1+CF2+(CF1×CF2）。

（3）程序通过首先计算 CF1+2=CF12，然后 CF13=CF12+3等等，按此重复 *** 作可获得更多的图件。

作为最后的方法，采用模糊集合论通过计算“模糊总和”、“模糊产出”，“模糊与”、“模糊或”以及“模糊非线性函数”。所有这些函数都是在假设 F存在的可能性预测值等于给定的种类EI（即 ppaI）的条件下进行运算的。它们是：

·“模糊与”＝min(ppaI）,I=1，…n;

·“模糊或”＝max(ppaI）,I=1，…n；

·“模糊结果”＝Ⅱ（ppaI）,I=1，…n；

·“模糊总和”＝1－Ⅱ（1-ppaI），I=1，…n；

·“模糊非线性计算”＝（模糊总和）（模糊结果）1－γ，γ是0:1范围的参数。

按此方法，可确定编制覆盖层地图的法则，以便分析家能评价覆盖整个研究地区的不同事件属性数据差别，并有助于进一步识别存在更多现象的场地。这些计算结果代表与被认为属于有利性的现象相关指标的数目。必须注意到，除已描述之外，根据相应的资料证据分量、可信功能、线性回归覆盖概率以及其他诸多条件，可采用不同的技术。

必须指出，优先概率psF需要对确定性系数的估计测定而计算获得，但将它用于绝对边界条件是无意义的，因为要预知未来的滑坡事件的可能性实际上几乎是不可能的。预测根据的理由必须在概括全部条件求得支持性指标后，方可确认，而不能以对灾害的数字计算结果为依据。

3　应用

用于本案例研究的地区在意大利（图1）北部的萨维（Savio）河流域。区域地质概况基本上为泥灰岩和沙岩组成的一个沉积盆地。可更详细分为以下3种主要的地质岩层：

图1　研究区位置图

（1）托尔顿阶（Tortonian N1）为灰色砂质和泥质浊流沉积岩，是主要地质岩层，并出露于这条主要溪流两侧。

（2）由微晶质石膏与泥质粘土和沙层互层组成，而其基底为含硫石灰岩地层。

（3）由泥质岩、砂质岩和砾岩3层构成，全部含有灰岩层。

此外，还有淤泥质泥灰岩层、晚始新世砂岩地层、上新世粘土以及混杂堆积的粘土层出露地表。

该地区被大量滑坡覆盖，在不同的地质单元内，大多数情况下是以滑移型或泥石流型的运动形式发生。而且，有的地区有岩石崩落，并存在块体平移运动，然而对它们均未做过分析。研究过程中使用的数据由埃米利亚·罗马格纳地区地质调查所（Regione Emilia Romagna Geological Survey）提供。

用于本案例研究的数据库由若干主题层构成，它们涉及：

·线性构造（断层，向斜和背斜），比例尺1:50000；

·岩性单元，比例尺1:50000；

·根据CORINE欧洲工程指南协议，从TM陆地卫星映像获得的土地覆盖情况，比例尺1∶50000：

·数字地形模型（DTM），根据从Regione Emilia Romagna地方当局的地图数据库中获得的、通过计曲等高线内插、等高距为50m的等值线制成；

·整个地区的7个降雨计量站的降雨测量数据；

·数字化水文网，比例尺1:10000。

必须强调，数据库的分辨度非常低劣，另外，数据在比例尺上很不均匀。有人会认为特别是当与平均滑坡面积进行对比时，地形信息明显很不精确，因而成为非实际滑动的运动学的代表。这项研究的目的是评价现实世界数据库的预测能力（前已阐述），必须意识到，重要的不是做出可靠的灾害地图，因为最好的信息虽已被应用殆尽，但不可能有任何更深远范围的调查和数据可供获取。正如在以下内容所强调的那样，与土地计划的预测相比较，评估的结果将为数据库的改进给予更多的输入内容。

从DTM数字地形模型中形成了坡度和坡向地图，并用固定的数值间隔对坡度做了分级。

对线性构造的距离做了计算，目的在于评价构造干扰对坡体稳定性的可能影响。以对栅格地图和栅格化作为计算结果。

分析了降雨资料，以查明高程与年降雨量之间的关系。从这两个变量的一个回归方程发现：y=07086x+70819(R2=066），x为海拔高程（m）,y是超过30年的长时间级数降雨量的总平均值（mm/a）。后来用该方程式做了一幅连续降雨地图，结果明确显示，DTM既像降雨特征的指示剂，同时也犹如位能释放的一个显示器。

应当注意，过高的高程与降雨的相互关系相当微弱，而更进一步的分析则要求更好地描述该地区的实际降雨分布情况。然而，依据现有数据，仅能说明已经适当地查明了降雨分布的一般趋势而已。

尽管概念上的差异特性可以在滑坡的现象情况与所需的因素之间梳理出来，然而，当其他所需要特征都存在的情况下，恰恰只是“要素”触发了滑坡。可以认为，所有这些数据层都可能具有优先意义。

至于存在滑坡可能性的数据，只能依赖地方当局的土地不稳定情况报表获得。应着重指出，数据库适用于构建GIS的长时间序列分析。而且，其数据的密度和分布，按统计学来看，属具典型意义的现实滑坡分布。可以证明，事实上，当为贝叶斯程序培养的数据集不是足够大（并且排列也不足够随机）——这关系到对分区性随机变量的获得——的时候，按定量评价的观点衡量概率综合模拟，是毫无意义的。本案例中，滑坡发生的优先总和有利性条件（级别—特殊）的概率ppa1和psf，需由专家们判定。而且，选择滑坡的类型和年龄以便培养数据系列是重要的，这样的系列可照顾到同类滑坡。已有人进行了关于“泥石流”和“崩滑泥石流”类型滑坡的分析，认为通常发生在局部地区。在本研究项目中，仅在编制一些图件时有效地应用。

地区土地不稳定性报表记录也考虑了岩石崩落、块体滑动以及潜在不稳定的地段，但是这些没包括在分析过程中。图2显示了用于分析的数据层。

被考虑的全部主题的数据原则上有相互关联的可能性。由于多余的信息将可能导致无效结果，因而做一些尝试性计算。为了分析的目的，已进行了一次对7个主题条件（即，降雨地图、岩石学、土地覆盖、坡度、坡向、与水文网的距离及与线性构造的距离）的联合性试验。7个主题条件分类列入独立的图例内，并作为促使滑坡体产生活动的条件在地图上的识别标准。

对每一个地图偶对做了4个指数的联合计算：

·x平方（x2）指数；

·克拉默（Cramers）指数；

·意外事故指数；

·共同信息不确定性得分。

这里，第一个指数被确定为：

图2　用于预测的原因因素主题图

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式中

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而 T＝象素的总数，Ti＝地图1中 i类象素的数量，Tj＝地图2中 j类象素的数量。指数 n和m分别是在地图1和地图2中的种类数目。

克拉默指数（V）和意外事故指数（C）确定如下：

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相同符号的含义相应同前，同时 M取（m-1,n-1）的最小值，而 n和m分别是两幅图中每一幅中的数据种类的数目。

图幅偶对 A和B的共同信息不确定性得分取决于：

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其中

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n、m分别是在地图A和地图B里种类的数量，而Pij则是在地图A和B的交会线上i和j种类的像素数量分别对像素总量的比率。Pj是地图A中种类j的像素总数量，而 Pi表示种类i在地图B中的总像素。

上述指标可判断一个地图偶对之间的协调性尺度。x平方指数给出协调性（无上边界的）绝对尺度，而对其本身没用；V和C表示区域内预防标准的尺度[0,1]，它们越是接近1，则两张地图之间的联系越强。这3个指标结合使用，可提供关于联系性的一个综合尺度标准，并允许我们超越一套地图从不同角度去比较像对的联系性。通常，可能注意到3个指标呈现如所期望那样非常相似的反应。不确定性共同信息记录也可用于确定由前面的指标测定的联系性模型，并假定在0（完全独立的地图）和1（完全联系的地图）之间改变。表1展示了如上所述的地图计算的指标。

表1　数据层之间的联系性指标

尽管未使用计算的指标，在严格条件下，对于确定贝叶斯条件（比非联系性质更强）的独立性，这些由全部数据层推断而得出的联系性指标，可能应当是独立的。

正如分析所指出的，必须被注意到，滑坡显示出与岩石学的某种联系（只有一个滑坡，岩石学主题由于共同信息的不确定性，具有非相关性），并与海拔高程/雨量以及地表覆盖存在空间联系趋势。

应当指出，若从因果关系以外的因素看来，岩石学与海拔高程/雨量和土地覆盖是相关的，而与坡度之间的联系较弱，与其他主题的联系则极少或无联系。提供给研究项目的不甚适用的DTM似乎是造成这一现象的首要原因。除在坡度和降雨量/海拔高程之间的微弱的联系外，其他联系可能均未予考虑。

根据当地地质调查所的分析似乎也得出同样的结论，岩性的因素仅仅用于编制滑坡灾害图以及拟定作为滑坡灾害指标的每个岩性单位的滑坡频率。

在每次运算期间，只有已知滑坡（通过随意抽样选择）的一半用来生成预测地图，然而剩下的东西，应当视为同样有效的数据群。作为滑坡灾害预测尝试，最先使用潜在原因因素，而在第2次试验过程中，只使用了3个最为相关的因素，这将在后面的章节中予以解释。

4　结果讨论

支持性函数的计算如以下将予以描述的那样，是在不同的模拟假定前提下进行的。每一幅由计算生成的良好地图的预测能力，用曲线的预测比率进行测试。这种曲线，是通过研究地区的累积百分率标定分类，以支持性评定数值的递减量（遵循上面提到的各种法则）作为横坐标，以滑坡地区的累积百分率作为纵坐标而做成的。据说，当预测的滑坡百分比与区域最大值的20%相一致时，便是对模型预测能力的良好评估。更广泛的观念是，曲线越是有规则的接近纵轴，则预测越加吻合。相反，若更多的曲线靠近45°直线，则说明组合因素造成预测靠近支持性数值的随机分布范围，这种预测的有用价值极小。在因果因素中，已经认识到水文网络所起的作用较小，这是因为为其所拟定的细节，要比其他因素的精密度高得多。乍看起来河流切割“遍布”各地，因而不便于将滑坡分布与它和水文网络的距离加以联系。因此，在因果因素中没有包括河流水系。

在图3中对已考虑的6个因果因素的预测比率，逐个予以显示。本项目中，预测者估计的条件频率ppaI,I=1，…n（发生滑坡事件的条件概率，给定的种类 i）适于每个主题内的每一个种类。

图3　原因因素预测的比率——使用整个滑坡封闭折线和条件频率

第一步计算用作证据的数据，来自图解滑坡活动的全部封闭折线。滑坡被分解成两个随机取样组，其中一个用于标定，而另一个用于证实。计算作业使用了3个最相关的主题（岩性、土地覆盖以及海拔高程/雨量），遵照先前描述的指标。预测比率曲线用图4显示。

进一步使用所有的6个指标进行了计算，其预测比率用图5显示。

我们注意到，由于整个滑坡体均被绘制，因而这可能会含有一些精确性的偏差；由于因果因素的集合，致使滑坡触发点和滑坡前缘不相同。因此，在每个滑坡封闭折线内预测，只使用最高点；若从物质运动的运动学原理考虑，触发点应当在最高位置。6个因果指标在此假定前提下计算的预测比率，如图6所示。

图4　7位预测者预测的比率——使用3个因果指标

（岩石学、降雨量和土地覆盖）和整个滑坡封闭折线

图5　7位预测者预测的比率——使用所有6个相关的原因指标和整个滑坡封闭折线

7位预测者使用3个和6个因果指标的预测比率，分别用图7和图8显示。

就输入数据的相关性而论，表明使用坡度、坡向和雨量分布（即更准确的DTM和雨量——由更区域化的降雨计量器获得的数据）具有更好的代表性，将使结果得到改进。一旦得到新数据，分析者们便可重新评价其对预测的潜在影响。

从预测比率的比较中可以确定：

·当使用6种因果指标代替3种与滑坡关联性更好的指标（岩石学、土地覆盖以及雨量）时，似乎没有明显的改进；在两种情况下的预测表现得非常近似，这恰似对种类群用了修整清除器，然而更多的指标是被应用了的。

·更进一步的清除效果可由只用触发点，而无需考虑滑坡整体来作为证据。这不至于带来地图总体预测能力的恶化；但同时也须顾及到，过量的清除有可能会导致绘图的可靠程度降低乃至消失。

图6　只使用触发点因果指标预测的比率

图7　7个预测者只使用3个因果指标（岩石学、土地覆盖和降雨量）和触发点预测的比率

图8　7个预测者使用6个相关因果指标和滑坡触发点预测的比率

·岩石学在原因指标的预测比率图解中，无论如何显然具有更高的预测能力（如此则可理解，为何当地地质调查所单独选择了将这个主题层用于灾害制图），当然还包括土地覆盖和降雨。然而并非其他全部主题都与预测相关。

·在本案例研究过程中，除贝叶斯可能性的情况外，7位预测者所用的预测表现得极其近似。然而数据的有效分布性是非常敏感的，当整个滑坡体被用作证据，并处于模糊“或”、“与”的某些场合时，则预测均近乎为随机性的。通常，似乎确定性系数是预测者在这一具体案例的研究中最有用的手段，虽然在每种情况下，一些预测者以预测比率曲线和预测地图所作出的预测实际上相同。

图9显示了在本案例中，进一步显示了将3个因素与作为主题证据的触发点共同配合使用时的7种预测。这是本案例研究过程中探讨的情况之一，它具有更好的预测比率，并且可能对滑坡灾害成带性作出最佳的基础性思考，显现了当前的认识状态。

图9　根据7种预测做出的预测地图

5　结论

本文讨论的方法是使用数字模型（较少需要专家的主观判断），依据滑坡灾害来划分土地等级。这似乎表明，当客观预测可从空间数据库中提炼出来时，则可以说明其主题有一些“系统”增加的价值，即全部数据都共同使用比仅只使用某些主题的效果更好。

必须强调，这种方法从现有数据库的开发入手，且保留对每个主题认识的开放、完善。在最好的预测者们各种各样的测试（确定性系数、贝叶斯可能性、模糊的 *** 作和其他可能的技术）中，仅能根据各种测试技术的预测能力做出选择，最后则慎重地使用了预测比率曲线进行预测。

这些分析已经引发了现有的数据库尚属不健全的认识，当然，仅指为了生成预测模拟使用目的的地形数据不甚适当而言。这寄希望于未来投入进一步的调查研究并捕获数据，以确定一种更佳的数字化地形模型。只要改进的原因因素地图一旦产生，或者一个新的原因因素被确认与现象相关，便可能重新进行计算，从而可能产生新的预测图。预测比率使用的有效性可按实际和有效改进进行检查，也可用来对数据收集和岩土工程监测的进一步努力指明方向。例如，在本案例研究中，岩性、土地覆盖以及降雨（如上所述，按高程描述）显然是滑坡的最相关的因素，因而到目前为止，分析主要致力于这些因素的调查和编图。更进一步说，准备并使用具有合适解读能力的DTM显得很有必要，其目的是为了更详细地检查地形数据的影响。分析也很重视其他主题条件，例如水体高程，对用于危险绘图时，它可能就变得相当重要。

专业的大数据分析工具

2、各种Python数据可视化第三方库

3、其它语言的数据可视化框架

一、专业的大数据分析工具

1、FineReport

FineReport是一款纯Java编写的、集数据展示(报表)和数据录入(表单)功能于一身的企业级web报表工具，只需要简单的拖拽 *** 作便可以设计复杂的中国式报表，搭建数据决策分析系统。

2、FineBI

FineBI是新一代自助大数据分析的商业智能产品，提供了从数据准备、自助数据处理、数据分析与挖掘、数据可视化于一体的完整解决方案，也是我比较推崇的可视化工具之一。

FineBI的使用感同Tableau类似，都主张可视化的探索性分析，有点像加强版的数据透视表。上手简单，可视化库丰富。可以充当数据报表的门户，也可以充当各业务分析的平台。

二、Python的数据可视化第三方库

Python正慢慢地成为数据分析、数据挖掘领域的主流语言之一。在Python的生态里，很多开发者们提供了非常丰富的、用于各种场景的数据可视化第三方库。这些第三方库可以让我们结合Python语言绘制出漂亮的图表。

1、pyecharts

Echarts(下面会提到)是一个开源免费的javascript数据可视化库，它让我们可以轻松地绘制专业的商业数据图表。当Python遇上了Echarts，pyecharts便诞生了，它是由chenjiandongx等一群开发者维护的Echarts Python接口，让我们可以通过Python语言绘制出各种Echarts图表。

2、Bokeh

Bokeh是一款基于Python的交互式数据可视化工具，它提供了优雅简洁的方法来绘制各种各样的图形，可以高性能地可视化大型数据集以及流数据，帮助我们制作交互式图表、可视化仪表板等。

三、其他数据可视化工具

1、Echarts

前面说过了，Echarts是一个开源免费的javascript数据可视化库，它让我们可以轻松地绘制专业的商业数据图表。

大家都知道去年春节以及近期央视大规划报道的百度大数据产品，如百度迁徙、百度司南、百度大数据预测等等，这些产品的数据可视化均是通过ECharts来实现的。

2、D3

D3（Data Driven Documents）是支持SVG渲染的另一种JavaScript库。但是D3能够提供大量线性图和条形图之外的复杂图表样式，例如Voronoi图、树形图、圆形集群和单词云等。

回答于 2021-08-19

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一般用哪些工具做大数据分析？

大数据工具：数据建模工具SPSS：主要用于数据建模工作，功能稳定且强大，能够满足中小企业在业务模型建立过程中的需求。 大数据工具：数据可视化分析工具亿信华辰一站式数据分析平台ABI，提供ETL数据处理、数据建模以及一系列的数据分析服务，提供的数据分析工具丰富：除了中国式复杂报表、dashboard、大屏报表外，ABI还支持自助式分析，包括拖拽式多维分析、看板和看板集，业务用户通过简单拖拽即可随心所欲的进行探索式自助分析。同时，类word即席报告、幻灯片报告，让汇报展示更加出彩。

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全部

系的处理系统，而是帮助采编部、网络部、流通阅览部以及读者的日常工作的信息系统

图2-2-1-1（3）功能分析业务功能表：序号使用者业务功能1采编部注册新书进数据库(自动显示在网站的“新书通报”中)，注销旧书，图书的分类管理

2网络部在图书馆网站上:更新维护网站，发布公告，网上读者留言解答

3流通阅览部以管理员身份登入后台，注册、删除用户，记录借出、归还图书信息，图书过期、丢失索赔 *** 作

4读者借还书

以用户名登录，在线提问，查询已借图书信息，图书查询，查看新书通报，修改个人资料，财金查询

四、实验收获和建议1

对开发一个比较完备的系统知道了它的一些具体的步筹有了一个比较清晰的认识，并不是我们想象的那么简单，他需要许多方面的准备＆调节

2从中我们可以深切的体会到开发一个项目要先确定很多其他的因素和人员的协调；

案例：大庆市市辖区农用地产能核算

（一）案例概况

大庆市位于黑龙江省西部，地理位置为北纬 45°23′～ 47°29′，东经 123°45′～ 125°48′，海拔在 126 ～ 165 米之间，地处北温带由半干旱向半湿润过渡的松嫩平原偏西地区，属大陆性季风气候。无霜期 124 ～ 135 天，年均降水量 437 毫米左右，年平均≥ 10℃活动积温为2680℃～ 3100℃，位于第一及第二积温带上限，年平均日照时数为 27879 小时，年平均风速38 米 / 秒，土壤类型主要为黑钙土、碳酸盐草甸、盐碱化草甸土、风沙土和盐碱土等。东南距哈尔滨市 159 千米，西北距齐齐哈尔市 139 千米。大庆市辖萨尔图、龙凤、让胡路、红岗、大同 5 个区，总面积 5107 平方千米。

（二）核算方案设计

采用基于农用地分等成果的方法，即在农用地分等成果基础上，首先对农用地分等资料进行整理，并补充调查所需资料后，建立农用地产能核算数据库，采用一定的数理分析方法，分别核算农用地不同层次（理论产能、可实现产能和实际产能）和不同区域（乡镇域、县域、省域）的产能。

为保持成果精度和现势性，黑龙江省将农用地产能核算基期年统一为 2006 年。

（三）农用地等别分析

根据国家《农用地分等定级规程》（国土资源大调查专用）选定农用地自然质量等指数计算模型，计算出大庆市农用地自然质量等指数为 1217 ～ 1749，根据全省农用地分等指数间距为250 的统一规定，全市农用地共分为 5，6，7 三个等别，总面积 1220885 公顷。其中，5 等地2033351公顷，占总面积的1665%；6等地6829740 公顷，占总面积的5594%；7等地3345759公顷，占总面积的 2741%。具体情况详见表 5-1。

表 5-1 2002 年大庆市农用地自然质量等别结果面积统计表单位：公顷

根据计算结果，大庆市农用地利用等指数为 1166 ～ 1749，根据全省农用地分等指数间距为250 的统一规定，全市农用地共分为 5，6，7 三个等别，总面积 1220885 公顷。其中，5 等地2406470公顷，占总面积的1971%；6等地7029967公顷，占总面积的5758%；7等地2772413公顷，占总面积的 2271%。具体情况详见表 5-2。

表 5-2 2002 年大庆市农用地利用等别结果面积统计表单位：公顷

（四）外业调查与数据处理

1外业调查内容

1）理论产能样本值

全市共抽样布置 50 个理论产能调查样点，占全市分等单元总数的 26%。自然质量等别为 5等的样点有 8 个，占抽样总数的 16%；自然质量等别为 6 等的有 21 个，占抽样总数的 42%；自然质量等别为 7 等的有 21 个，占抽样总数的 42%。v在合理布置调查样点的基础上，邀请大庆市农业生产的专家组成专家组，填写指定作物品种区试产量（理论产量）专家咨询调查表，并对调查结果进行统计分析，如专家意见分歧较大、各样点产量数据偏差较大，则需开展多轮调查，直至专家意见趋于接近。

2）可实现产能样本值

全市共抽样布置 306 个可实现产能调查样点，占全市分等单元总数的 1625%。

表 5-3 大庆市区可实现产能调查样点统计表

3）实际产能调查

根据黑龙江省农用地产能核算外业调查工作要求，调查2006年各乡（镇）指定作物平均产量。

4）2006 年土地利用现状变更调查

经统计，2006 年参与大庆市农用地产能核算的大庆市 5 个区总面积为 12915150 公顷，其中，包括11个乡镇总面积8858606 公顷、5个牧场总面积1567754 公顷，油田以及其他用地总面积 2488788 公顷。

2 数据整理

1）调整分等单元耕地面积

根据技术规范要求，将分等单元图与土地利用现状图叠加，在土地利用现状图上找到项目区位置，对于项目区范围涉及的每一个分等单元，如该分等单元内大部分耕地已被占用，则在图上初步量算该单元内剩余耕地面积，并在分等单元表及信息系统中修改更新该单元耕地面积；如果已经全部转为建设用地，应做详细说明，相关分等单元农用地面积修正为 0。在修正分等单元详查面积的基础上，以各乡镇 2006 年土地利用现状耕地数据为基准，平差各乡（镇）水田、水浇地和旱地。具体平差公式如下：

中国耕地质量等级调查与评定（黑龙江卷）

式中：

Sij——第j镇第i个分等单元平差后面积；

Sij′——第j镇第i个分等单元平差面积；

Sj——第j镇水田、水浇地或旱地面积；

Sj′——第j镇水田、水浇地或旱地平差前面积。

2）明确分等单元的隶属关系

大庆市农用地分等成果完成于2002年，目前，由于行政区调整导致分等单元的隶属关系发生变化，为了保证产能核算工作成果的运用，必须结合行政区划调整情况，调整各分等单元的行政隶属关系。

3）数据整理

整理出全部农用地分等单元的自然质量等指数、利用等指数以及相关的数据、图件。

4）更新部分地区农用地等别

大庆市农用地分等工作是2002年完成的，在全市共划分了1883个农用地分等单元。至今，

随着城市的不断发展，部分地区土地利用现状发生了改变，相应的土地等别急需进行更新调整。但是，由于部分规模较小（几十亩至几百亩）的土地开发整理项目对某一分等单元等别的影响微乎其微，在整理农用地分等资料时，只考虑已竣工验收的大型土地开发整理项目对分等单元的影响，并进行了部分地区的等别更新。

5）编绘产能核算工作底图

以大庆市农用地分等成果图为基础，收集土地利用现状图和行政区划图，进行叠加和对比，对原分等成果图进行更新，更新村级以上行政区划界线、重要的线状地物或明显地物点，保持原指标区、等别和分等单元界线不变，编制本次产能核算工作底图。

（五）农用地产能核算

1农用地理论产能核算

遵照《农用地产能核算技术规范》，根据农用地标准粮理论单产和相应的农用地自然质量等指数的函数关系，将各三级指标区内所有农用地分等单元的农用地自然质量等指数代入函数方程，可以获取各分等单元的年均标准粮理论单产。将各分等单元理论单产乘以分等单元耕地面积，可以获得农用地分等单元理论产能。

1）农用地分等单元理论单产的计算

中国耕地质量等级调查与评定（黑龙江卷）

式中：

Yi——第i个分等单元理论单产；

X——每个分等单元的自然质量等指数；

A，B——通过对实际标准粮产量与自然质量分等指数进行回归分析，得到A＝12276，B＝-55123。

2）农用地分等单元理论产能的计算

中国耕地质量等级调查与评定（黑龙江卷）

式中：

Wi——第i个分等单元理论产能；

Yi——第i个分等单元理论单产；

Si——第i个分等单元耕地面积。

3）农用地乡（镇）域理论产能的计算在核算分等单元理论产能后，将乡（镇）域内各分等图斑的理论总产加和为乡（镇）域理论总产，乡（镇）域理论总产除以乡（镇）域耕地面积为乡（镇）域理论单产，计算结果详见表5-4。

表5-4 大庆市各乡（镇）农用地理论产能结果表

续表

2农用地可实现产能的核算

根据农用地标准粮可实现单产和相应的农用地利用等指数的函数关系，将各三级指标区内所有农用地分等单元的农用地利用等指数代入函数方程，可以获取各分等单元的年均标准粮可实现单产。将各分等单元可实现单产乘以分等单元耕地面积，可以获得农用地分等单元可实现产能。

1）农用地可实现单产的计算

中国耕地质量等级调查与评定（黑龙江卷）

式中：

Yi——第i个分等单元可实现产能（单产）；

X——每个分等单元的利用等指数；

A，B——通过对抽样单元的可实现单产和相应的农用地利用等指数进行回归分析，得到A＝84631，B＝-23095。

2）农用地可实现产能的计算

中国耕地质量等级调查与评定（黑龙江卷）

式中：

Wi——第i个分等单元可实现产能；

Yi——第i个分等单元可实现单产；

Si——第i个分等单元耕地面积。

3）农用地乡（镇）域可实现产能的计算

在核算分等单元可实现产能后，将乡（镇）域内各分等图斑的可实现总产加和为乡（镇）域可实现总产，乡（镇）域可实现总产除以乡（镇）域耕地面积为乡（镇）域可实现单产，计算结果详见表5-5。

表5-5 大庆市各乡（镇）农用地可实现产能结果表

3农用地实际产能核算

实际产能是指大庆市市辖区现有全部耕地作物换算成标准粮以后的实际生产能力。它包括两个主要因素：一是以全部耕地作为计算对象，二是将指定作物换算成标准粮以后进行计算。只要耕地数量不变，指定作物不变，则其实际产能是一个较为稳定的数值。

实际产量则是指2006年各指标区指定作物（玉米）产量的总和。实际产量仅仅考虑当年种植了指定作物的耕地上的产量，并且是各指定作物产量相加，不考虑标准粮转换问题。不同年份播种面积不同，实际产量的数值是不一样的。

实际产能是基于实际生产情况计算出来的，两者具有一定的联系，但是完全不同的概念。

本次实际产能核算是以国家确定的指定作物统计单产为基准，根据标准粮换算系数，把指定作物统计单产换算为标准粮实际单产；根据标准耕作制度核算乡（镇）域实际单产（Y0）；实际单产乘以基期年乡（镇）耕地面积得到乡（镇）域实际产能（W0）；各乡（镇）域实际产能相加得到县域实际产能。

1）农用地实际单产计算

中国耕地质量等级调查与评定（黑龙江卷）

式中：

Y0——标准耕作制度核算乡（镇）域实际单产；

Y——基准作物统计单产；

K——标准粮换算系数（大庆市玉米的标准粮换算系数为11）。

2）实际产能的计算

中国耕地质量等级调查与评定（黑龙江卷）

式中：

W0——乡（镇）域实际产能；

Y0——标准耕作制度核算乡（镇）域实际单产；

S——2006年乡（镇）域耕地面积。

将各乡镇实际单产和标准粮换算系数代入公式（5-11），计算结果详见表5-6。

表5-6 大庆市各乡（镇）农用地实际产能计算表

(六)产能核算结果分析

1产能核算结果汇总

大庆市农用地产能核算分乡（镇）、分指标区、分土地等别进行了成果汇总，详见表5-7。

表5-7 大庆市农用地产能核算成果汇总表

从表5-7中数据可以看出，无论采用哪种汇总方法，按全市耕地总面积进行综合，所得理论产能单产和总产、可实现产能单产和总产及实际产能单产和总产都是一致的，呈现南高北低的规律，表明核算结果准确，各种汇总成果可针对性地提供应用。其中，产能较高的地区有太阳升镇、八井子乡、大同镇、高台子镇、东风农场、星火牧场，产能一般的地区有双榆树乡、老山头乡、祝三乡、萨尔图区（含春雷牧场），产能较低的地区有龙凤区（含龙凤镇）、红岗区（含杏树岗镇）、林源镇、银浪牧场、让胡路区（含喇嘛甸镇）、红骥牧场。

2农用地产能核算结果分析

1）三种产能核算结果对比分析

图5-4 理论单产、可实现单产、实际单产对比分析图

图5-5 理论产能、可实现产能、实际产能对比分析图

从图5-4，图5-5中可以看出，各乡镇的理论产能、可实现产能和实际产能结果存在如下变化规律：

（1）各乡镇（农牧场）的理论单产>可实现单产>实际单产，而同时，理论产能>可实现产能>实际产能，这与3种产能的定义逻辑上相符。

（2）各乡镇（农牧场）3个层次单产变化趋势大致相同，但其变化幅度却不一致，其变化幅度实际单产>可实现单产>理论单产，且从线型来看，波动幅度实际单产>可实现单产>理论单产。说明实际单产所受到的制约最多，可实现单产次之，理论单产受到制约最少。

（3）各乡镇（农牧场）3个层次单产受到土地质量影响明显，其变化趋势反映了各乡镇（农牧场）土地质量的差异，在空间分布上大体呈现出南高北低的态势，与全市农用地质量分布规律相一致。全市各乡镇（农牧场）理论单产集中分布于低等区、高等区，中等区域较少。

（4）由于受经济发展水平、产业结构分布、种植模式等多种因素的影响，个别镇（农牧场）理论单产、可实现单产、实际单产在全市分序列上出现不一致现象。

2）三种产能与统计产量的对比分析

表5-8 理论单产、可实现单产、标准粮实际单产与统计单产的对比分析表单位：千克/公顷

图5-6 理论单产、可实现单产、标准粮实际单产与统计单产对比分析图

根据表5-8和图5-6可以看出，理论单产为1187242千克/公顷，可实现单产为943971千克 / 公顷，标准粮实际单产为 779092 千克 / 公顷，大庆统计年鉴中 2006 年统计单产为 686000千克 / 公顷。理论单产与统计单产差值为 500242 千克 / 公顷，可实现单产与统计单产差值为257971 千克 / 公顷，标准粮实际单产与统计单产的差值为 93092 千克 / 公顷。从以上数据中可以看出，理论单产与统计单产的差值和可实现单产与统计单产的差值较大，说明大庆市现有的农用地产能具有很大的提升空间。

3）与农用地分等结果的对比分析

分别从自然质量等别－理论产能、利用等别－可实现产能分析农用地产能与农用地质量之间的关系，计算结果见表 5-9。

表 5-9 大庆市农用地产能与农用地分等结果对比分析表单位：公顷，千克/公顷

图5-7 大庆市农用地产能与农用地分等结果对比分析图

农用地自然质量等指数是按照标准耕作制度所确定的各指定作物，在农用地自然质量条件下所能获得的按产量比系数折算的基准作物产量指数。这个产量指数也可以解释为是在最优土地利用水平和最有利经济条件下，该分等评价单元内的农用地所能实现的最大可能产量水平，即理论产能。

农用地利用等指数是按照标准耕作制度所确定的各指定作物，在农用地自然质量条件和农用地所在土地利用分区的平均利用条件下，所能获得的按产量比系数折算的基准作物产量指数。这个产量指数也可以解释为是在当地最有利经济条件下，该分等单元内的农用地所实现的最大可能产量水平，即可实现产能。

农用地经济等指数是按照标准耕作制度所确定的各指定作物，在农用地自然质量条件、农用地所在土地利用分区的平均利用条件和农用地所在土地经济分区的平均经济条件下，所能获得的按产量比系数折算的基准作物产量指数。这个产量指数也可以解释为是在当前的农业技术经济条件下，该分等单元内的农用地所能实现的最大经济产量水平，即实际产能。所以，它们的关系为理论产能＞可实现产能＞实际产能，自然质量等指数＞利用等指数＞经济等指数。从表 5-9 和图 5-7 中可以看出，农用地产能与农用地分等成果之间的关系与上述结论一致，因此，大庆市农用地产能测算结果是客观、合理的。

46

世界桥梁

2009年第3期

2000～2008年美国桥梁倒塌案例分析与启示

孙

莉，刘钊

（东南大学土木工程学院，江苏南京210096）

摘

要：给出2000～2008年美周发生的16起桥梁倒塌事故的相关数据，并对其中的典型案例进行具体介绍。

在16起事故中，10例是偶然事件或超载等外部原因引发的；3例是桥梁运行了约四、五十年后因损伤累积、耐久性低下而发生坍塌；另外3例是设计或施工过程中的失误导致的。从这些事故中。得到关于桥梁设计、施工和管养工

作的几点启示。

关键词：美国桥梁；倒塌；钢桥；耐久性；案例分析中图分类号：U447

文献标志码：A

文章编号：1671—7767（2009）03－－0046—04

1前言

根据美国联邦公路管理局（FHwA）全国桥梁数据库提供的统计数据，截止2007年底，美国已建

桥梁总数为599177座，缺陷桥梁总数为151813

调查报告 、期刊杂志、新闻报道以及相关的桥梁网站，每座桥的信息都至少有2个来源。

2000～2008年美国发生的桥梁倒塌事故主要

有16起L1’“51，如表1所示。

座，缺陷桥梁约占25．4％1］。除缺陷桥梁外，还有一些桥梁因为功能退化或遭遇偶然事件而发生倒塌，危害出行者的生命安全，这类事故一发生，在社会上总是引起强烈反响。文献E2］统计了1951～1988年在美国发生的114起桥梁倒塌事故；文献［3］对1989～2000年的桥梁倒塌情况做了统计，由于这期间发生过几次大地震和洪水，倒塌桥梁达到了503座。2000年以后，美国的桥梁倒塌事故仍不断发生，而且事故的原因各不相同。因此，旧桥的现状引起了美国桥梁界的普遍担忧，认为服役桥梁亟待进行检测、维修与加固。

本文对2000～2008年美国倒塌的16座桥梁进行了数据统计和分析，以期给我国桥梁工程的建设带来一些启示。

文献［3］把引发桥梁倒塌的原因分为6大类，分别为设计失误、构造尺寸不当、施工失误、材料质量低下、养护不足和外部诱因。根据这些原因，把2000～2008年美国发生的16起桥梁倒塌事故进行分类（见表2）。从表2可以看出，引发桥梁倒塌的原因涵盖了设计与施工失误、养护不足和外部诱因。其中外部诱因（10例，占62．5％）是导致桥梁倒塌的主要原因。这一统计结果与文献［2］给出的1989～2000年美国桥梁倒塌原因总结的规律较为接近，在其统计结果中，约83％的倒塌事故都是由外因诱

发的。

3典型桥梁倒塌案例分析

3．1利罗伊赛尔蒙桥

利罗伊赛尔蒙桥位于佛罗里达州坦帕市的一个穿越城区的快速路上，桥梁上部结构箱梁采用预制节段拼装施工，原计划于2005年夏天完工。2004年4月13日，位于第50号大道出口附近的2跨梁突然坍塌，倒塌示意如图1所示。事发时，其中一跨梁还在施工中，用于支撑箱梁节段的下行式桁架还

未拆除［6j。

2

2000＂－－2008年美国倒塌的16座桥梁数据统计

1967年，美国西弗吉尼亚州的锡尔弗（Silver）桥在交通高峰时段突然倒塌，夺走了46人的生命。这一事故促使FHWA建立了全国桥梁数据库，记录全美桥梁的基本信息，但该数据库并没有提供以往发生的桥梁倒塌事故的详细信息。目前，美国还没有一个对桥梁倒塌事故进行详细记录的数据库。本文的数据来自于FHWA的网站、各州运输部的网站、美国国家交通安全委员会的通告、事故的官方

起初分析认为，局部地基土不稳定和额外的桁架重量导致桥墩下沉了约4．6m，进而引发上部梁体坍塌。但调查发现，引发事故的真正原因是设计

收稿日期：2009一Ol－－05

作者简介：孙莉（1985一），女，2006年毕业于河海大学交通工程々业．工学学士。2009年毕业于东南大学桥梁与隧道专业。工学硕士（E—

mail：sunli8586＠gmail．corn）。

2000～2008年美国桥梁倒塌案例分析与启示孙莉，刘钊47

失误。设计单位设计的桩长普遍不够，在地基土条件原本就很差的情况下，桥墩不能承受上部结构传递下来的荷载。

表2

2000～2008年美国16起桥梁倒塌原因

围1利罗伊蚕尔蒙桥倒塌示意

在事故发生时，全线的桥墩已基本施工完毕。在这种情况下，再更改设计方案已经不可能，只能开展桥墩加固工作。整个工程因此推迟了1年才竣工，这给业主造成了巨大的经济损失。3．2跨越州际公路I一70的SRl014桥

跨越州际公路I一70的SRl014桥位于宾夕法尼亚州的华盛顿县，建于1960年，是一座跨线简支斜交桥，斜交角51。。该桥跨径布置为（17＋27＋27＋

48

13）m，主梁由8片小箱梁组成。

2005年12月27日傍晚，在没有任何征兆的情

况下，第3跨的边梁突然倒塌Ⅲ，倒塌现场如图2所

示。随后的调查发现：①由于灌浆不密实，预应力筋的腐蚀情况严重；②桥面漏水严重；③各片主梁之间的横向联系失效，已不能共同受力；④除冰盐等造成了混凝土的腐蚀。可见，在倒塌之前，桥梁的功能已严重退化。

图2跨越州际公路I－70的SRl014桥倒塌现场

3．3明尼苏达州I一35W桥

1－35W桥连接明尼阿波利斯和圣保罗2座城市，建成于1967年。全桥共14跨，总长581m。主桥为三跨连续钢桁架桥，跨越密西西比河，跨径分布为（93＋139＋93）m。桥面宽32m，双向8车道，但横向只采用了2片主桁，主桥立面布置及截面尺寸

如图3所示。

．．7×1159＝8

113．

12×1

159＝13908

．7×1159＝－8

113．．

1

230．2

一

l

23d．2

卜—』！塑：L—I

（a）立面

卜一—j堕型．＿——叫

（c）支点处截面

单位：cm

图3主桥立面布置及截面尺寸

2007年8月1El晚6时05分左右，在没有任

何征兆的情况下桥梁突然垮塌，导致13人死亡、145人受伤，事故引起了世界范围内的广泛关注［1］。据录像显示，垮塌最先发生在主桥的中跨，随后边跨向河岸方向倾倒。

事故后的调查认为，垮塌是从中跨10号上节点板［如图3（a）中圆圈所示位置］断裂开始。资料显示，本桥在1977年和1998年经历了2次大修，混凝土面板平均厚度增加了5cm，桥面护栏的尺寸也有所增加。多个节点板的尺寸在当初设计制造中有严

世界桥梁

2009年第3期

重的误差，厚度只有设计要求的一半左右，大大降低了其承载能力。经过多年运营，杆件的腐蚀情况较严重。事故发生时，桥梁正处于一次维修状态，大型施工机械设备都已就位，而下班高峰期的拥挤车辆将剩余的车道排满，造成严重偏载。综合以上的多种因素，最终导致悲剧的发生。3．4麦克阿瑟梅兹立交

麦克阿瑟梅兹立交是加利福尼亚州奥克兰一个非常大的立交桥群，连接奥克兰、伯克利和旧金山的5条高速公路在这里交汇，是当地重要的交通节点。其中南向的1－880州际公路从东向的I一580下

穿行。

2007年4月29日凌晨4时左右，一辆行驶在1－880上的汽油运输车在变道时翻车，汽油外漏并引

发大火，而事故地点就在I一880与1－580相交处。大火导致I一580高架桥的钢盖梁受高温软化并垮塌（见图4），进一步导致上部结构2跨倒塌¨］。

图4大火后的桥梁倒塌状况

1－880修建于1998年，主梁为预应力混凝土箱梁；I一580建于1955年，主梁为钢一混叠合梁，桥墩盖梁也采用了钢结构。事故后的调查表明，I一880虽然是事故发生地，并且经历上部梁体坍落时的冲击，

却损坏不严重。通过进行一些简单的修复和在梁底

加支撑（见图5），约8d后即恢复了交通。2004年3

月25日，在康涅狄格州布里奇波特也发生了一起因油罐车起火而引发桥梁倒塌的事故。在该事故中，桥面板下的钢主梁在高温下软化，导致桥梁严重下挠。从这2个案例的对比可看出，混凝土梁的耐火

性较钢梁好。

4结语

从上述美国桥梁倒塌事故中，可以得到以下几点启示：

（1）对意外事故的防范。根据本文、文献［1］和

文献Ez］的统计，因外部诱因（如船撞、火灾、飓风、地

2000～2008年美国桥梁倒塌案例分析与启示孙莉，刘钊49

因此，桥梁运营时间越长，发生倒塌的可能性也越大。对数以万计的在役桥梁，如何从管理和技术的角度进行有效的检测和评估，对于防范桥梁倒塌事

故极为重要。

参考文献：

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一、实验目的

理解物流管理信息系统的组成和结构，物流管理信息系统的分类，物流管理信息系统的功能，物流管理信息系统的应用。

二、实验内容

能通过因特网查询物流管理信息系统的应用介绍文档；查询物流管理信息系统在某企业或组织应用的案例。

（1）分析物流管理信息系统应用文档的组成；

（2）分析所调查的物流管理信息系统案例的功能特点；

（3）能对所调查的物流管理信息系统案例的应用进行分类；

（4）分析所调查的物流管理信息系统案例所采用的技术；

（5）总结并阐述你对物流管理信息系统的理解；

（6）结合自己的生活学习实际，拟定一个物流管理信息系统应用项目。

三、 *** 作步骤

我调查了“我的图书馆——ILAS 网 上 图 书 馆”这个“图书馆图书管理信息系统”在我校——《武汉科技学院》里的应用案例。

(1)通过因特网查询以及学习，知道管理信息系统的应用介绍文档如下：

在分析阶段有《系统分析报告》；

在系统设计阶段有《系统设计报告》，它包括以下八份文档材料《系统总体结构图》，《系统设备配置图》，《系统分类编码方案》，《数据库结构图》，《I/O设计方案》，《层次化模式块结构图说明书》，《系统的安全设计方案》，《系统详细设计方案说明书》；

(2) 该系统的功能特点是：

学生通过该系统可以借还书，注册登录，在线提问，查询已借图书信息，图书查询，查看新书通报，修改个人资料，财金查询等；

学校通过该系统可以注册新书进数据库(自动显示在网站的“新书通报”中)，注销旧书，图书的分类管理；在图书馆网站上:更新维护网站，发布公告，网上读者留言解答；以管理员身份登入后台，注册、删除用户，记录借出、归还图书信息，图书过期、丢失索赔 *** 作等。

(3) 该系统应用分类为:

①学校——注册新书进数据库；注销旧书；图书的分类管理；在图书馆网站上:更新维护网站，发布公告，网上读者留言解答；以管理员身份登入后台，注册、删除用户，记录借出、归还图书信息，图书过期、丢失索赔 *** 作等;

②学生——借还书，注册登录，在线提问，查询已借图书信息，图书查询，查看新书通报，修改个人资料，财金查询等;

(4)该系统 所采用的技术是以 ASPNET 技术开发B\S结构的管理信息系统

(5) 我对管理信息系统的理解:

管理信息系统能将组织中的数据和信息集中起来，进行快速处理，统一使用，能够支持决策。

(6) 通过对管理信息系统的学习，我想通过参与做一个了解的系统来加深对知识的学习，充分体会它在实际中的应用，所以拟定一个这样的项目——图书馆图书管理信息系统

四、实验收获和建议

通过本次实验，不仅对书本上的知识有了更加深刻的理解，还了解了管理信息系统在实际生活中的应用

大数据人脸分析案例

大数据人脸分析案例，随着社会科技的不断发展，人工技能，人脸识别技术也不断普及到各个领域。人脸识别技术可以在大数据的环境下，极大发挥其强大的作用。下文分享有关大数据人脸分析的内容。

大数据人脸分析案例1

基于特征的方法和基于图像的方法

1、基于特征的方法

技术：基于特征的方法试图找到人脸的不变特征进行检测。其基本思想是基于人类视觉可以毫不费力地检测不同姿势和光照条件下的人脸的观察，因此必须有尽管存在这些变化的属性或特征是一致的。当前已经提出了广泛的方法来检测面部特征，然后推断面部的存在。

示例：边缘检测器通常会提取人脸特征，例如眼睛、鼻子、嘴巴、眉毛、肤色和发际线。基于提取的特征，建立统计模型来描述它们之间的关系并验证人脸在图像中的存在。

优点：易于实施，传统方法

缺点：基于特征的算法的一个主要问题是图像特征可能会由于光照、噪声和遮挡而严重损坏。此外，人脸的特征边界会被弱化，阴影会导致强边缘，这使得感知分组算法无用。

2、基于图像的方法

技术：基于图像的方法尝试从图像中的示例中学习模板。因此，基于外观的方法依靠机器学习和统计分析技术来找到“人脸”和“非人脸”图像的相关特征。学习的特征是以分布模型或判别函数的形式应用于人脸检测任务。

示例：基于图像的方法包括神经网络 （CNN）、支持向量机 （SVMi） 或 Adaboost。

优点：性能好，效率更高

缺点：难以实施。 为了计算效率和检测效率，通常需要降维。这意味着通过获得一组主要特征来考虑降低特征空间的维数，保留原始数据的有意义的属性。

人脸检测方法

已经引入了多种人脸检测技术。

1、开始阶段：人脸检测自 90 年代出现以来一直是一个具有挑战性的研究领域。

2000 年之前，尽管有很多研究，但直到 Viola 和 Jones 提出里程碑式的工作，人脸识别的实际性能还远不能令人满意。 从 Viola—Jones 的开创性工作（Viola and Jones 2004）开始，人脸检测取得了长足的进步。

Viola and Jones 开创性地使用 Haar 特征和 AdaBoost 来训练一个有希望的准确度和效率的人脸检测器（Viola and Jones 2004），这启发了之后有几种不同的方法。 然而，它有几个严重的缺点。首先，它的特征尺寸比较大。另外，它不能有效地处理非正面人脸和框外人脸。

2、早期阶段——机器学习：早期的方法主要集中在与计算机视觉领域的专家一起提取不同类型的手工特征，并训练有效的分类器以使用传统的机器学习算法进行检测。

这些方法的局限性在于它们通常需要计算机视觉专家来制作有效的特征，并且每个单独的组件都单独优化，使得整个检测流程往往不是最佳的。

为了解决第一个问题，人们付出了很多努力来提出更复杂的特征，如 HOG（定向梯度直方图）、SIFT（尺度不变特征变换）、sURF（加速鲁棒特征）和 ACF（聚合通道特征）。检测的鲁棒性，已经开发了针对不同视图或姿势分别训练的多个检测器的组合。然而，此类模型的训练和测试通常更耗时，并且检测性能的提升相对有限。3

3、最新技术 — 深度学习：近年来，使用深度学习方法，尤其是深度卷积神经网络 （CNN） 的人脸识别取得了显着进展，在各种计算机视觉任务中取得了显显著的成功。

与传统的计算机视觉方法相比，深度学习方法避免了手工设计的不足，并主导了许多著名的基准评估，例如 lmageNet大规模视觉识别挑战 （ILSVRC）。

最近，研究人员应用了 Faster R—CNN，这是最先进的通用对象检测器之一，并取得了可喜的成果。此外，CNN 级联、区域提议网络（RPN）和 Faster R—CNN 联合训练实现了端到端的优化，以及人脸检测基准，如 FDDB（人脸数据库）等。

主要挑战

人脸检测面临的困难是降低人脸识别准确率和检测率的原因。

这些挑战是复杂的背景、图像中的人脸过多、奇怪的表情、光照、分辨率较低、人脸遮挡、肤色、距离和方向等。

不寻常的面部表情：图像中的人脸可能会显示出意外或奇怪的面部表情。

照明度：某些图像部分可能具有非常高或非常低的照明度或阴影。

皮肤类型：检测不同人脸颜色的人脸检测具有挑战性，需要更广泛的训练图像多样性。

距离：如果到相机的距离太远，物体尺寸（人脸尺寸）可能太小。

朝向：人脸方向和相机的角度会影响人脸检测率。

复杂的背景： 场景中的大量对象会降低检测的准确性和速度。

一张图像中有很多人脸：一张包含大量人脸的图像对于准确检测率来说非常具有挑战性。

人脸遮挡：人脸可能会被眼镜、围巾、手、头发、帽子等物体部分遮挡，影响检测率。

低分辨率：低分辨率图像或图像噪声会对检测率产生负面影响。

人脸检测应用场景

人群监控：人脸检测用于检测经常光顾的公共或私人区域的人群。

人机交互： 多个基于人机交互的系统使用面部识别来检测人类的存在。

摄影：最近的一些数码相机使用面部检测进行自动对焦等等。

面部特征提取：可以从图像中提取鼻子、眼睛、嘴巴、肤色等面部特征。 、

性别分类： 通过人脸检测方法检测性别信息。

人脸识别：从数字图像或视频帧中识别和验证一个人。

营销：人脸检测对于营销、分析客户行为或定向广告变得越来越重要。

出勤：面部识别用于检测人类的出勤情况， 它通常与生物识别检测结合用于访问管理，如智能门禁。

大数据人脸分析案例2

2014年前后，随着大数据和深度学习的发展，神经网络备受瞩目，深度学习的出现使人脸识别技术取得了突破性进展。深度学习是机器学习的一种，其概念源于人工神经网络的研究，通过组合低层特征形成更加抽象的高层表示属性类别或特征，以发现数据的分布式特征表示。

区别于传统的浅层学习，深度学习的不同在于一方面通常有5层以上的'多层隐层节点，模型结构深度大；另一方面利用大数据来学习特征，明确了特征学习的重要性。

随着深度卷积神经网络和大规模数据集的最新发展，深度人脸识别取得了显著进展，基于深度学习的人脸识别技术可以通过网络自动学习人脸面部特征，从而提高人脸检测效率。

从人脸表达模型来看，可细分为2D人脸识别和3D人脸识别。基于2D的人脸识别通过2D摄像头拍摄平面成像，研究时间相对较长，在多个领域都有使用，但由于2D信息存在深度数据丢失的局限性，收集的信息有限，安全级别不够高，在实际应用中存在不足。

早在2019年，就有小学生手举照片“攻破”了快递柜的人脸识别系统。基于3D的人脸识别系统通过3D摄像头立体成像，由两个摄像头、一个红外线补光探头和一个可见光探头相互配合形成3D图像，能够准确分辨出照片、视频、面具等逼真的攻击手段。

根据使用摄像头成像原理，目前3D人脸识别主要有三种主流方案，分别是3D结构光方案（Structured Light）、时差测距技术3D方案（Time Of Flight，TOF）和双目立体成像方案（Stereo System）。基于3D结构光的人脸识别已在一些智能手机上实际应用，比如HUAWEI Mate 20 Pro、iPhone X。

2009年微软推出的Kinect（Xbox 360体感周边外设）则采用了TOF方式获取3D数据，颠覆了游戏的单一 *** 作，为人机体感交互提供了有益探索。双目立体成像方案基于视差原理，通过多幅图像恢复物体的三维信息，由于对相机焦距、两个摄像头平面位置等要求较高，应用范围相对于3D结构光和TOF方案较窄。

除了能够准确识人，精准判断捕捉到的人脸是真实的也至关重要。活体检测技术能够在系统摄像头正确识别人脸的同时，验证用户是本人而不是照片、视频等常见攻击手段。目前活体检测分为三种，分别是配合式活体检测、静默活体检测和双目活体防伪检测。

其中，配合式活体检测最为常见，比如在银行“刷脸”办理业务、在手机端完成身份认证等应用场景，通常需要根据文字提示完成左看右看、点头、眨眨眼等动作，通过人脸关键点定位和人脸追踪等技术，验证用户是否为真实活体本人。

人脸与人体的其他生物特征（如指纹、虹膜等）一样与生俱来，它的唯一性和不易被复制的良好特性为身份鉴别提供了必要的前提。随着大数据和深度学习的不断发展，人脸识别效率显著提升，为远程办理业务的身份认证环节提供了可靠保障。

但与此同时，人脸信息保护、隐私安全等问题也应引起重视。随着《个人信息保护法》《数据安全法》及相关司法解释的出台，国家相关部门以及各种机构对个人信息安全问题的重视，有利于引导人脸识别技术的发展方向，为促进行业高质量发展、创造高品质数字生活提供有力支撑。

大数据人脸分析案例3

人脸识别的应用场景在大范围扩展：

金融领域：远程银行开户、身份核验、保险理赔和刷脸支付等。人脸识别技术的接入，能有效提高资金交易安全的保障，也提高了金融业务中的便捷性。

智慧安防领域则是为了视频结构化、人物检索、人脸布控、人群统计等软硬件一体形态产品提供基础支撑，重点应用于犯罪人员的识别追踪、失踪儿童寻找、反恐行动助力等场景。实现重点人员的识别及跟踪，在公安应用场景中达到事前预警、事中跟踪、事后快速处置的目的。

交通领域主要包括1：1人脸验证和1：N人脸辨识，目前利用人脸核验验证技术的刷脸安检已进入普遍应用阶段，在高铁站、普通火车站和机场皆已大面积推广。

而应用1：N人脸比对技术的刷脸支付主要落地在地铁公交等市内交通，这种技术能够极大提高通勤人员的出行效率，释放大量的人力资源，提升出行体验。同时，人脸识别可以对交通站点进行人流监测，根据人员出行规律预测人流高峰，提前做好疏导预案。

民生政务方面，人脸识别在政务系统的落地，提升了民众的办事效率，公民可以不用窗口排队，实现自助办事，节省了因人工效率低下产生的耗时。部分政务还可以通过在线人脸识别验证，在移动端线上办理，减轻了“办事来回跑、办事地点远、办事点分散”的困扰。

智能家居方面，主要应用在安全解锁和个性化家居服务两个场景。

在线教育领域则是通过人脸识别查验学员身份，避免一账号多个人使用，给网校造成损失，另一用途是帮助在线课堂老师了解学生学习状态，弥补网络授课相较于传统授课在师生交流环节上的不足。

商业领域，利用人脸识别功能实现各种极具创意的互动营销活动。

凡事都有两面。即便拥有以上优势，因人脸暴露度较高，相比对其他生物特征数据更容易实现被动采集，这也意味着人脸信息的数据更容易被窃取，不仅可能侵犯个人隐私，还会带来财产损失。大规模的数据库泄露还会对一个族群或国家带来安全风险。

在南方都市报个人信息保护研究中心发布的《人脸识别应用公众调研报告（2020）》中，其对两万份调研报告进行统计，问卷中就“便捷性”与“安全性”设置了量表题，请受访者分别依据前述10大类场景中的使用感受进行打分。

1分为最低分，5分为最高分。结果显示，在安全性感受方面，受访者给出的分数则明显偏低，体现出他们对安全风险的忧虑态度。

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