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運用降雨量評估山區公路的坍塌率標準 - 以阿里山 18 號公路為例

運用降雨量評估山區公路的坍塌率標準 - 以阿里山 18 號公路為例. Shun-Kung Chang , Der-Her Lee , Jian-Hong Wu , C Hsein Juang 7100042026 翁秉瑞. 1. Introduction 2. Characteristics of slopes along Alishan highway 3. Analysis methods 4. Slope failure simulation — a case study 5. Concluding remarks. 1. Introduction.

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運用降雨量評估山區公路的坍塌率標準 - 以阿里山 18 號公路為例

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  1. 運用降雨量評估山區公路的坍塌率標準-以阿里山18號公路為例運用降雨量評估山區公路的坍塌率標準-以阿里山18號公路為例 Shun-Kung Chang , Der-Her Lee , Jian-Hong Wu , C Hsein Juang 7100042026 翁秉瑞

  2. 1. Introduction 2. Characteristics of slopes along Alishan highway 3. Analysis methods 4. Slope failure simulation — a case study 5. Concluding remarks

  3. 1. Introduction • 造成18號公路崩塌的原因大部分因降雨而起，加上旅客，車輛來往頻繁，因而運用簡單的方法來做早期的預警系統 • 本文運用ANN(類神經網路)分析降雨和阿里山公路崩塌率的關係

  4. 建立模型 • 103個道路坍方例子 • 首先運用ANN和GA混合演算法→產生進化型類神經網路(AENN)

  5. 2. Characteristics of slopes along Alishan highway

  6. 邊坡穩定性的影響因素 • 地形：坡度，坡向，高度，坡形 • 地質：地質構造，基岩岩性，崩積層厚度 • 水文：每日降雨，有效降雨

  7. 雨量記錄分別由三測站分段測得 • 雨量站1（觸口雨量站）提供的降水數據沿公路20公里和45公里之間 • 雨量站2（奮起湖雨量站）提供的降水數據沿45公里和65公里之間 • 雨量站3（阿里山雨量站）提供降水資料65公里和75公里之間。

  8. 地形因素：由航照及計算匯出地形圖 • 地質因素：地質圖由地理信息系統（GIS）庫存獲得。 • 103種各有不同的9種因素存在影響，所以人為製造103種穩定邊坡，使模型能被訓練得更完善

  9. 3. Analysis methods • 類神經網路（ANN）已被用於評估土石災害，如山崩，邊坡破壞和土石流動是一種有效的方法評估失效概率的實證模型 • 反向傳播演算法(局部最優) • 正向傳播：輸入值輸入層隱藏層輸出層輸出值 • 反向傳播：誤差訊號輸出層隱藏層輸入層 • 遺傳演算法（全局最優）→ANN-GA

  10. Genetic algorithm • 又稱為基因演算法 • 1975年由John Holland(1975)所提出 • 主要目的在於利用達爾文進化演論”物競天擇，適者生存”的方式 • 為一種有效的最佳化搜尋方法 • 近來被廣泛的應用於搜尋各類問題的最佳解 • 藉由生物物種的基本運算子，在每代間進行演化，終而尋得適當問題的最佳解 • 本文採用2進位編碼

  11. ANN-GA計算過程 1.生成特定框架的ANN與神經元 Ni→輸入層，Nh→隱藏層，No→輸出層，Pc→交配機率，Pm→突變機率 2.訓練和測試數據 3.隨機生成初始2種染色體的種群 4.使用類神經網路的輸出來計算個別適合度函數

  12. 5.留下最佳適合度的個體 6.評估與測試最佳適應度的數據 7.從配對池中擇一和0-1的範圍隨機產生一組數據做交配 8.交配和變異後產生新的族群，4-7是一個不斷演化的過程，不斷演化到和預先的設定值相同，此時的最佳適應度為最好的解決方案

  13. 4. Slope failure simulation — a case study • 邊坡破壞率和降雨關係 • 維持7個敏感因素，只改變降雨觸發因素 • 日降雨從0-892內，以每45mm遞增 • 有效降雨從0-1963內，以每98mm遞增 • 共產生441種降雨型態給真實的103種邊坡做測試破壞 • “slump rate”→由這441種降雨型式對103種實際案例做變化

  14. 對崩塌機率(S)和日降雨(Rd)有效降雨(Re)做迴歸分析對崩塌機率(S)和日降雨(Rd)有效降雨(Re)做迴歸分析

  15. 獲取崩塌臨界點→將(14)式重新排列 • a=5−0.025Rd b=0.00875

  16. 以Rd=50為例 • Rd=50mm Re=280mm 最低曲率變化點P

  17. 臨界點公式

  18. 5. Concluding remarks • 本方法的適應地點和改進 • ANN-GA的探討 • 從生成到產製結果的問題 • 此研究方法的效益

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