基于遥感影像的大当量爆炸建筑物毁伤评估模型

李珩 马国锐 刘宇迪 张海明

李珩, 马国锐, 刘宇迪, 张海明. 基于遥感影像的大当量爆炸建筑物毁伤评估模型[J]. 爆炸与冲击, 2024, 44(3): 031407. doi: 10.11883/bzycj-2023-0331
引用本文: 李珩, 马国锐, 刘宇迪, 张海明. 基于遥感影像的大当量爆炸建筑物毁伤评估模型[J]. 爆炸与冲击, 2024, 44(3): 031407. doi: 10.11883/bzycj-2023-0331
LI Heng, MA Guorui, LIU Yudi, ZHANG Haiming. A remote sensing imagery-based model for assessment of building damage induced by large-equivalent explosions[J]. Explosion And Shock Waves, 2024, 44(3): 031407. doi: 10.11883/bzycj-2023-0331
Citation: LI Heng, MA Guorui, LIU Yudi, ZHANG Haiming. A remote sensing imagery-based model for assessment of building damage induced by large-equivalent explosions[J]. Explosion And Shock Waves, 2024, 44(3): 031407. doi: 10.11883/bzycj-2023-0331

基于遥感影像的大当量爆炸建筑物毁伤评估模型

doi: 10.11883/bzycj-2023-0331
详细信息
    作者简介:

    李 珩(1999- ),女,硕士研究生,li_heng@whu.edu.cn

    通讯作者:

    马国锐(1979- ),男,博士,研究员,mgr@whu.edu.cn

  • 中图分类号: O383.2

A remote sensing imagery-based model for assessment of building damage induced by large-equivalent explosions

  • 摘要: 为了研究大当量爆炸建筑物毁伤评估问题,基于遥感影像解译和大数据分析构建了大当量爆炸建筑物毁伤评估模型。首先,基于大当量爆炸的具体历史案例构建了毁伤数据集,具体指基于遥感影像提取建筑物毁伤信息,辅助大数据信息补充毁伤细节,利用地理信息系统空间分析数字化毁伤信息,构成毁伤数据集。然后,基于毁伤数据集中的训练样本修正经验模型参数,构建了适用于大当量爆炸的针对不同类型建筑物的毁伤评估模型,并基于毁伤数据集中的验证样本测试了模型性能。实验证明:所构建模型拟合优度高于96%,检验样本准确度高于84%,整体误差在可接受范围内。所构建模型在一定精度要求下可为大当量爆炸事故评估提供参考。
  • 图  1  流程图

    Figure  1.  Flow chart

    图  2  砖混结构建筑物1

    Figure  2.  Brick and concrete structure building 1

    图  3  砖混结构建筑物2

    Figure  3.  Brick and concrete structure building 2

    图  4  砖混结构建筑物3

    Figure  4.  Brick and concrete structure building 3

    图  5  砖混结构建筑物4

    Figure  5.  Brick and concrete structure building 4

    图  6  连云港化工园爆炸图像

    Figure  6.  Images of the explosion at Lianyungang Chemical Industry Park

    图  7  砖混结构建筑物中度和重度毁伤评估模型拟合曲线

    Figure  7.  Model fitting curves of moderate and severe damage predictions for brick and concrete structure

    图  8  工业厂房中度和重度毁伤评估模型拟合曲线

    Figure  8.  Model fitting curves of moderate and severe damage predictions for industrial building

    表  1  建筑物目视解译毁伤等级标准

    Table  1.   Standard for visual interpretation of damage grade of buildings

    建筑物类型
    与毁伤等级
    毁伤前影像 毁伤后影像 标准细则
    砖混结构
    中度毁伤
    (1)屋顶和楼板出现明显破损或塌陷,
    形成明显洞口或凹陷;
    (2)墙体出现明显裂缝;
    (3)结构柱明显变形,墙体倾斜
    砖混结构
    重度毁伤
    (1)屋顶或楼板出现严重破损,楼层部分
    或全部垮塌;
    (2)墙体部分或全部崩塌;
    (3)结构柱断裂或严重变形,墙体严重倾斜
    或移位
    工业厂房
    中度毁伤
    (1)屋顶破损但整体结构未受到影响;
    (2)钢结构轻微变形或扭曲,但并未断裂
    或明显变形;
    (3)主体结构轻微倾斜或不平衡
    工业厂房
    重度毁伤
    (1)屋顶严重破损;
    (2)钢结构出现明显脱离、断裂
    或腐蚀等情况;
    (3)主体结构受到严重破坏,部分
    或整体倒塌
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    表  2  样本详情

    Table  2.   Sample details

    样本 事故详情 发生时间 经纬度 TNT当量/t 爆炸前成像时间 爆炸后成像时间
    训练样本1河北省张家口市盛华化工有限公司爆炸2018.11.2840.75°N 115.00°E0.52018.112018.12
    训练样本2山东省青岛市中石化东黄输油管道爆炸2013.11.2236.05°N 120.21°E32013.032014.02
    训练样本3美国德克萨斯州韦斯特镇的韦斯特化工厂爆炸2013.04.1731.81°N 97.09°W102012.102013.04
    训练样本4河南省三门峡市义马气化厂爆炸2019.07.1934.74°N 111.84°E302019.032020.04
    训练样本5江苏省盐城市陈家港镇工业园区爆炸2019.08.0434.32°N 119.79°E2602018.032019.04
    训练样本6黎巴嫩贝鲁特港口爆炸2020.08.0433.90°N 35.52°E6202020.072020.08
    检验样本1江苏省连云港市堆沟港镇化工园爆炸2017.12.0934.42°N 119.78°E102017.092018.03
    检验样本2天津市滨海新区天津港爆炸2015.08.1239.04°N 117.74°E4502015.052015.08
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    表  3  训练样本数据

    Table  3.   Training sample data

    样本 TNT当量/t 砖混结构中度毁伤 砖混结构重度毁伤 工业厂房中度毁伤 工业厂房重度毁伤
    y/m ŷ/m p/% y/m ŷ/m p/% y/m ŷ/m p/% y/m ŷ/m p/%
    1 0.5 45 38 84.44 30 28 93.33
    2 3 141 70 49.65 50 45 90.00
    3 10 192 129 67.19 105 82 78.10 263 171 65.02 154 124 80.52
    4 30 252 223 88.49 180 142 78.89 343 296 86.30 195 214 90.26
    5 260 733 655 89.36 468 417 89.10 980 872 88.98 735 631 85.85
    6 770 1065 1128 94.08 677 717 94.09 1417 1500 94.12 1025 1085 94.15
    R2/% 96.97 97.80 97.74 97.86
     注:y为原始值,ŷ为预测值;p为准确度,p=1−|相对误差|;
    拟合优度由R2度量,R2=1−残差平方和/总平方和=1−Σ(原始值−预测值)2/Σ(原始值−原始值均值)2
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    表  4  检验样本数据

    Table  4.   Test sample data

    样本 TNT当量/t 砖混结构中度毁伤 砖混结构重度毁伤 工业厂房中度毁伤 工业厂房重度毁伤
    y/m ŷ/m p/% y/m ŷ/m p/% y/m ŷ/m p/% y/m ŷ/m p/%
    1 10 130 129 99.23 96 82 85.42 157 171 91.08 107 124 86.29
    2 450 895 862 96.31 473 548 84.14 988 1147 83.91 716 830 86.27
    pmean/% 97.77 84.78 87.49 86.28
     注:pmean为平均准确度。
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出版历程
  • 收稿日期:  2023-09-15
  • 修回日期:  2024-02-01
  • 网络出版日期:  2024-02-04
  • 刊出日期:  2024-03-14

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