KR102145250B1 - Method and apparatus for landslide susceptibility mapping using machine-learning architecture - Google Patents

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Abstract

본 발명의 산사태 취약성 지도 작성 방법에서, 산사태 취약성 지도를 작성해야 할 대상 지역에 대한 사전 조사 결과 데이터를 입력받는 단계, 산사태 취약성을 산출하는데 필요한 환경 요인을 선정하는 단계 및 상기 사전 조사 결과 데이터와 상기 환경 요인을 고려하여, 머신 러닝 알고리즘을 이용하여 산사태 취약성 모델을 수립하고, 이를 기반으로 대상 지역의 산사태 취약성 지도를 작성하는 단계를 포함한다.
본 발명에 의하면, 산사태 취약성 지도를 작성하는데 있어서 다양한 머신 러닝 기법을 적용함으로써, 정확도와 예측 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
In the method of creating a landslide vulnerability map of the present invention, receiving data from a preliminary survey result for a target area for creating a landslide vulnerability map, selecting an environmental factor necessary to calculate the landslide vulnerability, and the preliminary survey result data and the above Considering environmental factors, establishing a landslide vulnerability model using a machine learning algorithm, and creating a landslide vulnerability map of the target area based on this.
According to the present invention, it is possible to improve accuracy and prediction performance by applying various machine learning techniques in creating a landslide vulnerability map.

Description

머신 러닝 기법을 이용한 산사태 취약성 지도 작성 방법 및 장치 {Method and apparatus for landslide susceptibility mapping using machine-learning architecture}A method and apparatus for creating a landslide vulnerability mapping using machine learning techniques {Method and apparatus for landslide susceptibility mapping using machine-learning architecture}

본 발명은 산사태 관련 지도 작성 기술에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 머신 러닝 기술을 이용한 산사태 취약성 지도 작성 기술에 관한 것이다. The present invention relates to a landslide-related mapping technology, and more particularly, to a landslide vulnerability mapping technology using machine learning technology.

산사태는 매우 복잡한 자연 현상으로 인명, 재산 및 운송 네트워크에 상당한 피해를 준다. 산사태는 일반적으로 가파른 경사로 인해 산간 지역에서 발생하는데, 한국은 전체 면적의 약 70 %를 차지하는 큰 산악 지대를 가지고 있다. 특히, 화강암이나 편마암으로 구성된 산지는 가파른 경사로 되어 있고 산사태에 가장 취약하다. Landslides are very complex natural phenomena that cause significant damage to people, property and transportation networks. Landslides generally occur in mountainous areas due to steep slopes. Korea has a large mountainous area that accounts for about 70% of the total area. In particular, mountainous areas composed of granite or gneiss have a steep slope and are most vulnerable to landslides.

한국은 장마철에 월 평균 강우량이 7 월에 300mm, 8 월에 280mm로 기록되는데, 이러한 조건은 풍화 및 불안정한 경사로 인한 낮은 토양 강도뿐만 아니라 우기의 높은 강우량은 경사 안정성과 산사태에 대한 취약성에 큰 영향을 미친다. 이에 대해 많은 정부 기관들이 산사태의 심각한 영향에 대해 사람들에게 교육하고 적절한 계획 및 의사 결정 도구를 개발함으로써, 산사태의 재앙 적 결과를 완화하기위한 해결책을 찾으려 하였다. 이 과정은 일반적으로 지역의 지리적, 환경적 요소에 근거하여 주어진 지역에서 산사태가 발생할 확률의 공간 분포를 평가하는 산사태 취약성 평가에 기초하여 산사태가 발생할 수 있는 지역을 확인하고 매핑(mapping)하는 작업을 포함한다.In Korea, average monthly rainfall during the rainy season is recorded as 300 mm in July and 280 mm in August. These conditions not only have low soil strength due to weathering and unstable slopes, but also high rainfall during the rainy season has a significant impact on slope stability and susceptibility to landslides. Crazy. In response, many government agencies have sought solutions to mitigate the disastrous consequences of landslides by educating people about the serious impacts of landslides and by developing appropriate planning and decision-making tools. This process generally involves identifying and mapping areas where a landslide may occur based on a landslide vulnerability assessment that evaluates the spatial distribution of the probability of a landslide occurring in a given area based on regional geographic and environmental factors. Include.

산사태 취약성 분석은 산사태를 직접적으로 유발하는 강우, 지진 등을 고려하고, 산사태 발생과 관련이 있는 인자들의 공간적 분포에 대한 분석을 통해 산사태 발생 가능성을 예측하는 방법이다.Landslide vulnerability analysis is a method of predicting the possibility of landslides by considering rainfall and earthquakes that directly cause landslides, and analyzing the spatial distribution of factors related to the occurrence of landslides.

산사태 취약성 분석 방법에는 통계적 분석방법과 지질공학적 분석방법이 있다. 통계적 분석방법은 광역적인 지역의 다양한 산사태 유발 인자 자료와 산사태 발생위치의 통계적 상관성을 고려하여 취약성을 분석하는 방법이다. 통계적 분석방법의 경우에는 과거 산사태가 발생한 지역에 한하여 제한적으로 적용이 가능하고, 사면 물질의 공학적 특성에 대한 고려가 부족하다는 단점을 가지고 있다.Landslide vulnerability analysis methods include statistical analysis methods and geotechnical analysis methods. The statistical analysis method is a method of analyzing vulnerability by considering the statistical correlation between the data of various landslide triggers in a wide area and the location of the landslide. In the case of statistical analysis, it is limitedly applicable to the area where landslides occurred in the past, and has the disadvantage of insufficient consideration of the engineering properties of slope materials.

반면 지질공학적 분석방법은 산사태 발생 여부에 상관없이 산사태 모델을 가정하고 사면의 기하학적 특성과 사면 물질의 지질공학적 특성을 고려하여 사면의 안정성을 분석하는 방법으로, 산사태의 발생메커니즘과 과정을 고려할 수 있는 효과적인 취약성 분석의 하나이다.On the other hand, the geotechnical analysis method assumes a landslide model regardless of the occurrence of a landslide, and analyzes the stability of the slope by considering the geometric characteristics of the slope and the geotechnical characteristics of the slope material, which can take into account the mechanism and process of the landslide. It is one of the effective vulnerability analysis.

지질공학적 분석방법의 경우, 물리적 사면모델을 고려하기 위해서 산사태 파괴면의 형태가 유사하고 다른 모델에 비해 해석이 용이한 무한사면모델(Infinite slope model)이 가장 범용적으로 사용되고 있다. 특히 최근 들어서는 무한사면모델과 지리정보시스템(GIS: Geographic Information System)을 결합하여 광역적인 지역에 대한 취약성 분석을 수행하는 연구가 활발하게 진행되고 있다.In the case of the geotechnical analysis method, the Infinite slope model is most commonly used in order to consider the physical slope model, the shape of the landslide fracture surface is similar and easier to analyze than other models. In particular, recently, researches have been actively conducted to perform vulnerability analysis on a wide area by combining an infinite slope model and a geographic information system (GIS).

그러나, 무한사면모델을 활용한 기존의 산사태 취약성 분석 방법은 광역적인 연구지역의 수리학적 특성을 고려하는데 한계를 보인다. 즉, 기존의 기술에서는 지반의 수리적 특성이나 강우의 영향에 대한 고려 없이 사면 내의 지하수위를 임의의 값으로 가정하여 분석에 사용하였다. 이 경우 강우강도나 강우량 같은 강우의 특성에 관련된 정보가 전혀 고려되지 않으며, 강우 시 연구지역의 수리지질학적 특성에 따라 지하수위가 유동적으로 포화되는 것을 고려할 수 없다.However, the existing landslide vulnerability analysis method using the infinite slope model has limitations in considering the hydraulic characteristics of a wide area research area. In other words, in the existing technology, the groundwater level in the slope was assumed to be an arbitrary value and used for analysis without considering the hydraulic characteristics of the ground or the effect of rainfall. In this case, information related to rainfall characteristics such as rainfall intensity and rainfall is not considered at all, and it cannot be considered that the groundwater level is fluidly saturated according to the hydrogeological characteristics of the study area during rainfall.

대한민국 공개특허 10-2015-0131801Republic of Korea Patent Publication 10-2015-0131801

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 산사태 위험을 사전에 예측하여 예방할 수 있도록, 머신 러닝 기법을 이용한 산사태 취약성 지도 작성 방법을 제공하는데 그 목적이 있다. The present invention has been conceived to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a method for creating a map of a landslide vulnerability using a machine learning technique in order to predict and prevent a landslide risk in advance.

본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The object of the present invention is not limited to the above-mentioned object, and other objects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 산사태 취약성 지도 작성 방법에서, 산사태 취약성 지도를 작성해야 할 대상 지역에 대한 사전 조사 결과 데이터를 입력받는 단계, 산사태 취약성을 산출하는데 필요한 환경 요인을 선정하는 단계 및 상기 사전 조사 결과 데이터와 상기 환경 요인을 고려하여, 머신 러닝 알고리즘을 이용하여 산사태 취약성 모델을 수립하고, 이를 기반으로 대상 지역의 산사태 취약성 지도를 작성하는 단계를 포함한다. In the method of creating a landslide vulnerability map according to the present invention for achieving the above object, the step of receiving data from a preliminary survey result for a target area to be prepared for the landslide vulnerability map, selecting an environmental factor necessary to calculate the landslide vulnerability, and And establishing a landslide vulnerability model using a machine learning algorithm in consideration of the preliminary survey result data and the environmental factors, and creating a landslide vulnerability map of the target area based on this.

상기 환경 요인을 선정하는 단계에서, 대상 지역의 기울기, 측면, 최대 곡률, 프로파일 곡률, 볼록도, 텍스처, 중간 경사 위치(mid-slope position, MSP), 지형 위치 지수(topographic position index, TPI), TRI(Terrain ruggedness index), 흐름 누적, SPI(stream power index), 지형 습윤 지수(topographic wetness index, TWI), 지표 표지, 토양 산림의 종류, 산림 연령, 산림 밀도, 산림 지름, 지질(geology), 단층으로부터의 거리를 포함하는 환경 요인을 선정하고, 각 환경 요인에 대한 공간 데이터베이스를 구축할 수 있다. In the step of selecting the environmental factor, the slope, side, maximum curvature, profile curvature, convexity, texture, mid-slope position (MSP), topographic position index (TPI) of the target area, Terrain ruggedness index (TRI), flow accumulation, stream power index (SPI), topographic wetness index (TWI), surface marker, soil forest type, forest age, forest density, forest diameter, geology, Environmental factors including the distance from the fault can be selected, and a spatial database for each environmental factor can be constructed.

본 발명의 일 실시예에서 상기 산사태 취약성 지도를 작성하는 단계에서, AdaBoost 알고리즘을 이용하여 산사태 취약성 모델을 수립하고, 이를 기반으로 대상 지역의 산사태 취약성 지도를 작성할 수 있다. In the step of creating the landslide vulnerability map in an embodiment of the present invention, a landslide vulnerability model may be established using the AdaBoost algorithm, and a map of the landslide vulnerability may be created based on this.

본 발명의 일 실시예에서 상기 산사태 취약성 지도를 작성하는 단계에서, LogitBoost 알고리즘을 이용하여 산사태 취약성 모델을 수립하고, 이를 기반으로 대상 지역의 산사태 취약성 지도를 작성할 수 있다. In the step of creating the landslide vulnerability map in an embodiment of the present invention, a landslide vulnerability model may be established using the LogitBoost algorithm, and a map of the landslide vulnerability in a target area may be created based on this.

본 발명의 일 실시예에서 상기 산사태 취약성 지도를 작성하는 단계에서, Multiclass Classifier 알고리즘을 이용하여 산사태 취약성 모델을 수립하고, 이를 기반으로 대상 지역의 산사태 취약성 지도를 작성할 수 있다. In the step of creating the landslide vulnerability map in an embodiment of the present invention, a landslide vulnerability model may be established using a multiclass classifier algorithm, and a map of the landslide vulnerability in a target area may be created based on this.

본 발명의 일 실시예에서 상기 산사태 취약성 지도를 작성하는 단계에서, Bagging 알고리즘을 이용하여 산사태 취약성 모델을 수립하고, 이를 기반으로 대상 지역의 산사태 취약성 지도를 작성할 수 있다. In an embodiment of the present invention, in the step of creating the landslide vulnerability map, a landslide vulnerability model may be established using a Bagging algorithm, and a map of the landslide vulnerability in a target area may be created based on this.

본 발명의 일 실시예에서 상기 산사태 취약성 지도를 작성하는 단계에서, ANN(Artificial Neural Network) 알고리즘을 이용하여 산사태 취약성 모델을 수립하고, 이를 기반으로 대상 지역의 산사태 취약성 지도를 작성할 수 있다. In the step of creating the landslide vulnerability map in an embodiment of the present invention, a landslide vulnerability model may be established using an artificial neural network (ANN) algorithm, and a map of the landslide vulnerability in a target area may be created based on this.

본 발명의 일 실시예에서 상기 산사태 취약성 지도를 작성하는 단계에서, SVM(Support Vector Machine) 알고리즘을 이용하여 산사태 취약성 모델을 수립하고, 이를 기반으로 대상 지역의 산사태 취약성 지도를 작성할 수 있다. In the step of creating the landslide vulnerability map in an embodiment of the present invention, a landslide vulnerability model may be established using a Support Vector Machine (SVM) algorithm, and a map of the landslide vulnerability in a target area may be created based on this.

본 발명의 산사태 취약성 지도 작성 장치는 산사태 취약성 지도를 작성해야 할 대상 지역에 대한 사전 조사 결과 데이터를 입력받기 위한 인터페이스를 제공하기 위한 데이터 입력부, 산사태 취약성을 산출하는데 필요한 환경 요인을 선정하기 위한 환경요인 결정부 및 상기 사전 조사 결과 데이터와 상기 환경 요인을 고려하여, 머신 러닝 알고리즘을 이용하여 산사태 취약성 모델을 수립하고, 이를 기반으로 대상 지역의 산사태 취약성 지도를 작성하는 지도 작성부를 포함한다. The apparatus for creating a landslide vulnerability map according to the present invention includes a data input unit for providing an interface for receiving data from a preliminary survey result on a target area for creating a landslide vulnerability map, and an environmental factor for selecting environmental factors necessary to calculate the landslide vulnerability. And a map preparation unit that establishes a landslide vulnerability model using a machine learning algorithm, taking into account the determination unit and the preliminary survey result data and the environmental factors, and creates a landslide vulnerability map of a target area based on this.

상기 환경요인 결정부는 대상 지역의 기울기, 측면, 최대 곡률, 프로파일 곡률, 볼록도, 텍스처, 중간 경사 위치(mid-slope position, MSP), 지형 위치 지수(topographic position index, TPI), TRI(Terrain ruggedness index), 흐름 누적, SPI(stream power index), 지형 습윤 지수(topographic wetness index, TWI), 지표 표지, 토양 산림의 종류, 산림 연령, 산림 밀도, 산림 지름, 지질(geology), 단층으로부터의 거리를 포함하는 환경 요인을 선정하고, 각 환경 요인에 대한 공간 데이터베이스를 구축할 수 있다. The environmental factor determination unit includes the slope, side, maximum curvature, profile curvature, convexity, texture, mid-slope position (MSP), topographic position index (TPI), and terrain ruggedness (TRI) of the target area. index), flow accumulation, stream power index (SPI), topographic wetness index (TWI), surface marker, soil forest type, forest age, forest density, forest diameter, geology, distance from fault It is possible to select environmental factors including, and build a spatial database for each environmental factor.

상기 지도 작성부는 AdaBoost 알고리즘을 이용하여 산사태 취약성 모델을 수립하고, 이를 기반으로 대상 지역의 산사태 취약성 지도를 작성할 수 있다. The map maker may establish a landslide vulnerability model using the AdaBoost algorithm, and create a landslide vulnerability map of a target area based on this.

상기 지도 작성부는 LogitBoost 알고리즘을 이용하여 산사태 취약성 모델을 수립하고, 이를 기반으로 대상 지역의 산사태 취약성 지도를 작성할 수 있다. The map preparation unit may establish a landslide vulnerability model using the LogitBoost algorithm, and create a landslide vulnerability map of a target area based on this.

상기 지도 작성부는 Multiclass Classifier 알고리즘을 이용하여 산사태 취약성 모델을 수립하고, 이를 기반으로 대상 지역의 산사태 취약성 지도를 작성할 수 있다. The map preparation unit may establish a landslide vulnerability model using a multiclass classifier algorithm, and create a landslide vulnerability map of a target area based on this.

상기 지도 작성부는 Bagging 알고리즘을 이용하여 산사태 취약성 모델을 수립하고, 이를 기반으로 대상 지역의 산사태 취약성 지도를 작성할 수 있다. The map preparation unit may establish a landslide vulnerability model using the Bagging algorithm, and create a landslide vulnerability map of a target area based on this.

상기 지도 작성부는 ANN(Artificial Neural Network) 알고리즘을 이용하여 산사태 취약성 모델을 수립하고, 이를 기반으로 대상 지역의 산사태 취약성 지도를 작성할 수 있다. The map preparation unit may establish a landslide vulnerability model using an artificial neural network (ANN) algorithm, and create a map of the landslide vulnerability in a target region based on this.

상기 지도 작성부는 SVM(Support Vector Machine) 알고리즘을 이용하여 산사태 취약성 모델을 수립하고, 이를 기반으로 대상 지역의 산사태 취약성 지도를 작성할 수 있다. The map preparation unit may establish a landslide vulnerability model using a Support Vector Machine (SVM) algorithm, and create a landslide vulnerability map of a target area based on this.

본 발명에 의하면, 산사태 취약성 지도를 작성하는데 있어서 다양한 머신 러닝 기법을 적용함으로써, 정확도와 예측 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다. 따라서, 본 발명의 산사태 취약성 지도를 통해 산사태를 미리 예측하고 예방할 수 있으며, 국가적 재난을 사전에 방지할 수 있는 효과가 있다. According to the present invention, it is possible to improve accuracy and prediction performance by applying various machine learning techniques in creating a landslide vulnerability map. Therefore, it is possible to predict and prevent landslides in advance through the landslide vulnerability map of the present invention, and there is an effect of preventing national disasters in advance.

그리고, 본 발명의 산사태 취약성 지도 작성 기술은 산사태가 발생하기 쉬운 지역에서 매우 유용하게 사용될 것으로 기대된다. In addition, it is expected that the technique of creating a map of a landslide vulnerability of the present invention will be very useful in an area prone to a landslide.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 머신 러닝 기법을 이용한 산사태 취약성 지도 작성 장치의 구성을 개념적으로 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 머신 러닝 기법을 이용한 산사태 취약성 지도 작성 방법을 보여주는 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연구 지역의 위치를 구글 지도에 표시한 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 연구에서 산사태 발생 전후의 위성 영상이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 연구 지역에서의 디지털 고도 모델 및 산사태 발생을 표시한 것이다.
도 6 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 연구에서 산사태 원인에 따른 공간 데이터베이스를 표시한 것이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 각 머신 러닝 기법에 따른 연구 지역의 산사태 취약성 지도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 연구에서 네 개의 머신 러닝 모델로 구성된 산사태 취약성 지도에서 취약성 등급 분포를 나타낸 그래프이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 연구에서 네 개의 머신 러닝 모델의 AUC(Area Under the curve)를 나타낸 도표이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 연구에서 메타 분류기의 네 가지 알고리즘을 이용하여 산사태 취약성 지도의 ROC(Receiver operating characteristic) 곡선을 나타낸 그래프이다.
도 13은 종래 알고리즘 및 AUC 테스트 결과 변수를 사용하여 생성된 산사태 취약성 지도의 ROC(Receiver operating characteristic) 곡선을 나타낸 그래프이다.
1 is a block diagram conceptually showing the configuration of an apparatus for creating a landslide vulnerability map using a machine learning technique according to an embodiment of the present invention.
2 is a flowchart illustrating a method of creating a landslide vulnerability map using a machine learning technique according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram showing the location of a study area according to an embodiment of the present invention on a Google map.
4 is a satellite image before and after a landslide occurs in a study according to an embodiment of the present invention.
5 shows a digital altitude model and a landslide occurrence in a study area according to an embodiment of the present invention.
6 to 8 show spatial databases according to the cause of landslides in a study according to an embodiment of the present invention.
9 is a map of a landslide vulnerability in a study area according to each machine learning technique according to an embodiment of the present invention.
10 is a graph showing the distribution of vulnerability ratings in a landslide vulnerability map composed of four machine learning models in a study according to an embodiment of the present invention.
11 is a diagram showing the area under the curve (AUC) of four machine learning models in a study according to an embodiment of the present invention.
12 is a graph showing a receiver operating characteristic (ROC) curve of a landslide vulnerability map using four algorithms of a meta classifier in a study according to an embodiment of the present invention.
13 is a graph showing a receiver operating characteristic (ROC) curve of a landslide vulnerability map generated using a conventional algorithm and an AUC test result variable.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.In the present invention, various modifications may be made and various embodiments may be provided, and specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail. However, this is not intended to limit the present invention to a specific embodiment, it is to be understood as including all changes, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in the present application are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In the present application, terms such as "comprise" or "have" are intended to designate the presence of features, numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof described in the specification, and one or more other features It is to be understood that the presence or addition of elements or numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof does not preclude in advance.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 갖는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by a person of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. Terms as defined in a commonly used dictionary should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related technology, and should not be interpreted as an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in this application. Does not.

또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조 부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.In addition, in the description with reference to the accompanying drawings, the same reference numerals are assigned to the same components regardless of the reference numerals, and redundant descriptions thereof will be omitted. In describing the present invention, when it is determined that a detailed description of a related known technology may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, a detailed description thereof will be omitted.

앙상블(Ensemble) 기법은 예측 모델이 다양한 기본 분류 자의 조합으로 형성되는 머신 러닝(Machine learning) 기술이다. 지금까지 스태킹(stacking), random subspace, random forests, rotation forests, Bagging, AdaBoost, MultiBoost와 같은 다양한 앙상블 프레임워크(framework)가 제안되었다. The ensemble technique is a machine learning technique in which a predictive model is formed by a combination of various basic classifiers. Up to now, various ensemble frameworks such as stacking, random subspace, random forests, rotation forests, Bagging, AdaBoost, and MultiBoost have been proposed.

본 발명은 예측 모델의 성능을 향상시키기 위하여, 앙상블 기반 머신 러닝 기법을 포함하는, 머신 러닝을 이용한 산사태 취약성 예측 방법 및 장치를 제안한다. The present invention proposes a method and apparatus for predicting landslide vulnerability using machine learning, including an ensemble-based machine learning technique, in order to improve the performance of a predictive model.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 머신 러닝을 이용한 산사태 취약성 지도 작성 장치의 구성을 개념적으로 도시한 블록도이다. 1 is a block diagram conceptually showing the configuration of an apparatus for creating a landslide vulnerability map using machine learning according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 머신 러닝을 이용한 산사태 취약성 지도 작성 장치는 데이터 입력부(110), 환경요인 결정부(120), 지도 작성부(130)를 포함한다. Referring to FIG. 1, an apparatus for mapping a landslide vulnerability using machine learning according to an embodiment of the present invention includes a data input unit 110, an environmental factor determination unit 120, and a map preparation unit 130.

데이터 입력부(110)는 산사태 조사 결과 데이터를 입력받는데 필요한 인터페이스를 제공한다. The data input unit 110 provides an interface necessary for receiving data from a landslide survey result.

환경요인 결정부(120)는 산사태 취약성을 결정하는데 필요한 환경 요인(Environmental factor)을 결정한다. The environmental factor determination unit 120 determines an environmental factor required to determine the vulnerability of a landslide.

지도 작성부(130)는 산사태 조사 결과 데이터와 환경 요인을 고려하여, 머신 러닝 알고리즘을 이용하여 산사태 취약성 모델을 수립하고, 이를 기반으로 산사태 취약성 지도를 작성한다. The map preparation unit 130 establishes a landslide vulnerability model using a machine learning algorithm in consideration of the landslide survey result data and environmental factors, and creates a landslide vulnerability map based on this.

본 발명의 일 실시예에서 환경요인 결정부(120)는, 대상 지역의 기울기, 측면, 최대 곡률, 프로파일 곡률, 볼록도, 텍스처, 중간 경사 위치(mid-slope position, MSP), 지형 위치 지수(topographic position index, TPI), TRI(Terrain ruggedness index), 흐름 누적, SPI(stream power index), 지형 습윤 지수(topographic wetness index, TWI), 지표 표지, 토양 산림의 종류, 산림 연령, 산림 밀도, 산림 지름, 지질(geology), 단층으로부터의 거리를 포함하는 환경 요인을 선정하고, 각 환경 요인에 대한 공간 데이터베이스를 구축할 수 있다. In an embodiment of the present invention, the environmental factor determination unit 120 includes a slope, a side surface, a maximum curvature, a profile curvature, a convexity, a texture, a mid-slope position (MSP), and a terrain position index ( topographic position index, TPI), terrain ruggedness index (TRI), flow accumulation, stream power index (SPI), topographic wetness index (TWI), surface marker, soil forest type, forest age, forest density, forest Environmental factors including diameter, geology, and distance from faults can be selected, and a spatial database for each environmental factor can be constructed.

본 발명의 일 실시예에서 지도 작성부(130)는, AdaBoost 알고리즘, LogitBoost 알고리즘, Multiclass Classifier 알고리즘, Bagging 알고리즘, ANN(Artificial Neural Network) 알고리즘, SVM(Support Vector Machine) 알고리즘 등의 다양한 머신 러닝(Machine-learning) 알고리즘을 이용하여 산사태 취약성 모델을 수립하고, 이를 기반으로 대상 지역의 산사태 취약성 지도를 작성할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the map creation unit 130 includes various machine learning such as AdaBoost algorithm, LogitBoost algorithm, Multiclass Classifier algorithm, Bagging algorithm, Artificial Neural Network (ANN) algorithm, and Support Vector Machine (SVM) algorithm. -learning) algorithm is used to establish a landslide vulnerability model, and based on this, a landslide vulnerability map can be created.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 머신 러닝 기법을 이용한 산사태 취약성 지도 작성 방법을 보여주는 흐름도이다. 2 is a flowchart illustrating a method of creating a landslide vulnerability map using a machine learning technique according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 먼저 조사자는 산사태 취약성 지도를 작성할 지역을 선정하고, 선정된 지역에 대해 산사태에 관해 조사를 실시한다. Referring to FIG. 2, first, an investigator selects an area to create a landslide vulnerability map, and conducts an investigation on a landslide in the selected area.

그리고, 산사태 취약성 지도 작성 장치는 산사태 사전 조사 결과 데이터를 입력받는다(S210). In addition, the landslide vulnerability map preparation device receives the pre-investigation result data of the landslide (S210).

그리고, 산사태 취약성 지도 작성 장치는 산사태 취약성을 결정하는데 필요한 환경 요인(Environmental factor)을 결정한다(S220). Then, the landslide vulnerability mapping apparatus determines an environmental factor necessary to determine the landslide vulnerability (S220).

그리고, 산사태 취약성 지도 작성 장치는 산사태 조사 결과 데이터와 환경 요인을 고려하여, 머신 러닝 알고리즘을 이용하여 산사태 취약성 모델을 수립하고, 이를 기반으로 산사태 취약성 지도를 작성한다(S230).In addition, the landslide vulnerability mapping apparatus establishes a landslide vulnerability model using a machine learning algorithm, taking into account the landslide survey result data and environmental factors, and creates a landslide vulnerability map based on this (S230).

본 발명의 일 실시예에서 S220 단계에서, 대상 지역의 기울기, 측면, 최대 곡률, 프로파일 곡률, 볼록도, 텍스처, 중간 경사 위치(mid-slope position, MSP), 지형 위치 지수(topographic position index, TPI), TRI(Terrain ruggedness index), 흐름 누적, SPI(stream power index), 지형 습윤 지수(topographic wetness index, TWI), 지표 표지, 토양 산림의 종류, 산림 연령, 산림 밀도, 산림 지름, 지질(geology), 단층으로부터의 거리를 포함하는 환경 요인을 선정하고, 각 환경 요인에 대한 공간 데이터베이스를 구축할 수 있다. In an embodiment of the present invention, in step S220, the slope, side, maximum curvature, profile curvature, convexity, texture, mid-slope position (MSP), topographic position index (TPI) of the target area ), TRI (Terrain ruggedness index), flow accumulation, SPI (stream power index), topographic wetness index (TWI), surface marker, soil forest type, forest age, forest density, forest diameter, geology ), environmental factors including distance from faults can be selected, and a spatial database for each environmental factor can be constructed.

본 발명의 일 실시예에서 S230 단계에서, AdaBoost 알고리즘, LogitBoost 알고리즘, Multiclass Classifier 알고리즘, Bagging 알고리즘, ANN(Artificial Neural Network) 알고리즘, SVM(Support Vector Machine) 알고리즘 등의 다양한 머신 러닝(Machine-learning) 알고리즘을 이용하여 산사태 취약성 모델을 수립하고, 이를 기반으로 대상 지역의 산사태 취약성 지도를 작성할 수 있다. In an embodiment of the present invention, in step S230, various machine-learning algorithms such as AdaBoost algorithm, LogitBoost algorithm, Multiclass Classifier algorithm, Bagging algorithm, Artificial Neural Network (ANN) algorithm, and Support Vector Machine (SVM) algorithm Using this, a landslide vulnerability model can be established, and a map of the landslide vulnerability in the target area can be created based on this.

ANN 알고리즘은 널리 사용되는 분류기중 하나로서, 하나의 입력 레이어, 적어도 하나의 입력 레이어 숨겨진 레이어 및 하나의 출력 레이어로 구성되는 특징이 있다. 그리고, 각 레이어는 비선형 처리 단위이고, 뉴런 및 연결 연속적인 레이어에서 뉴런 사이의 가중치가 부여되며, 전달 연결만 허용된다. The ANN algorithm is one of the widely used classifiers, and has a characteristic consisting of one input layer, at least one input layer hidden layer, and one output layer. In addition, each layer is a nonlinear processing unit, neurons and connections In a continuous layer, weights are assigned between neurons, and only transfer connections are allowed.

ANN 알고리즘은 그 자신의 처리 유닛, 또는 선택된 트레이닝 룰 또는 러닝 룰의 특성에 따라 고유하게 지정되지는 않는다. 그리고, 네트워크 토폴로지(즉, 숨겨진 계층 및 유닛의 수 및 이들의 상호 접속) 또한 분류자 *?*성능에 영향을 미친다. The ANN algorithm is not uniquely specified according to its own processing unit, or the characteristics of a selected training rule or running rule. And, the network topology (i.e., the number of hidden layers and units and their interconnections) also affects the classifier *?* performance.

그리고, SVM은 최첨단 기계 학습 알고리즘으로서, 통계적 학습 이론에 기초하고, Vapnik에 의해 개발되었다. And, SVM is a state-of-the-art machine learning algorithm, based on statistical learning theory, and was developed by Vapnik.

SVM 알고리즘은 하이퍼 스펙트럴 이미지의 분류에 처음 사용되었지만, 나중에는 멀티 스펙트럼 이미지를 분류하는데 사용되었다. The SVM algorithm was first used to classify hyperspectral images, but later it was used to classify multispectral images.

SVM은 클래스 간의 차이를 최대화하는 결정 표면을 사용하여 클래스를 분리한다. 선형 케이스에 대한 이러한 표면은 두 개의 클래스 간의 최대 차이를 허용하는 최적의 초평면이라고 하며, 표면에 가장 가까운 데이터 포인트를 지원 벡터(Support vectors, SVs)라고 한다. 이러한 벡터는 교육 세트의 핵심 요소이다. SVM을 구현할 때는 적절한 커널을 선택하는 것이 중요한데, SVM 분류자는 선형, 다항식, 방사 기반 기능(radial basis function, RBF) 및 시그모이드(sigmoid) 커널의 네 가지 유형의 공통 커널을 제공한다. SVM separates the classes using a crystal surface that maximizes the difference between the classes. For a linear case, these surfaces are called optimal hyperplanes that allow the maximum difference between the two classes, and the data points closest to the surface are called Support vectors (SVs). These vectors are a key element of the educational set. When implementing SVM, it is important to choose the appropriate kernel. The SVM classifier provides four types of common kernel: linear, polynomial, radial basis function (RBF) and sigmoid kernel.

RBF 커널은 대부분의 경우 잘 작동하여 우수한 비선형 분류를 수행하므로, 본 발명의 실시예에서는 이 커널을 사용하는 것이 바람직하다. Since the RBF kernel works well in most cases and performs excellent nonlinear classification, it is preferable to use this kernel in the embodiment of the present invention.

본 발명은 어느 지역을 선정하여, 해당 지역에 대해 산사태 관련 조사를 수행하고, 이를 토대로 산사태 취약성 지도를 작성한다. 이제 이러한 본 발명의 산사태 취약성 지도 작성에 있어서, 실제 지역을 대상으로 연구를 진행한 과정을 설명하면 다음과 같다. In the present invention, a certain area is selected, a landslide-related survey is performed on the area, and a landslide vulnerability map is created based on this. Now, in the preparation of the landslide vulnerability map of the present invention, a process of conducting research on an actual area will be described as follows.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연구 지역의 위치를 구글 지도에 표시한 것이다. 3 is a diagram showing the location of a study area according to an embodiment of the present invention on a Google map.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 연구 지역은 강원도 강릉시 사천면(37 ° 47'50 "N, 128 ° 48'08"E)에 위치하고 있다. 강릉은 태풍 및 강우 발생시 빈번한 산사태 경험이 있으며, 태풍 루사는 2002년 8월 30일, 31일에 폭풍우와 폭우로 강릉을 강타한 바 있다. 강릉 지역의 일일 강우량은 609 mm로 기록되었고, 시간별 강우량은 80 mm였다. 그리고, 태풍과 폭우로 인한 태풍과 자연 재해로 약 266 명이 사망하고 재산 피해가 약 80 억에 달했는데, 이 희생자들 중 81 명이 산사태와 깎아지른 듯한 경사의 붕괴로 사망했다. 그 중에서도 강릉 지역에서 사천면은 가장 큰 산사태가 발생한 지역 중 하나였다. 3, a study area according to an embodiment of the present invention is located in Sacheon-myeon, Gangneung-si, Gangwon-do (37° 47'50 "N, 128° 48'08"E). Gangneung has frequent landslides during typhoons and rainfall, and typhoon Rusa hit Gangneung due to storms and heavy rains on August 30 and 31, 2002. The daily rainfall in the Gangneung area was recorded as 609 mm, and the hourly rainfall was 80 mm. In addition, typhoons and natural disasters caused by typhoons and heavy rains resulted in 266 deaths and property damage of about 8 billion, of which 81 were killed in landslides and the collapse of sheer slopes. Among them, in the Gangneung area, Sacheon-myeon was one of the largest landslides.

이번 연구에서는 사천면 지역의 산사태를 웹 기반 항공 사진을 이용하여 해석하였다. 모든 산사태 취약성 평가의 첫 번째 단계는 관심 영역 내의 기존 정보 및 데이터 수집으로 구성된다. 수집된 자료의 신뢰성과 정확성이 적용된 방법의 성공에 영향을 미치기 때문에, 이 단계는 산사태 위험 완화 연구의 가장 중요한 부분으로 받아 들여진다. 그러므로, 산사태 발생과 사용 된 조절 매개 변수 사이의 관계는 산사태 민감성 매핑(mapping)에 중요하다.In this study, landslides in Sacheon-myeon were analyzed using web-based aerial photography. The first step in any landslide vulnerability assessment consists of collecting existing information and data within the area of interest. Since the reliability and accuracy of the collected data affects the success of the applied method, this step is accepted as the most important part of landslide risk mitigation studies. Therefore, the relationship between landslide occurrence and the control parameters used is important for landslide sensitivity mapping.

산사태 조사 계획의 준비는 산사태 감수성 평가의 주요 단계로 간주된다. Preparation of a landslide survey plan is considered a major step in the assessment of landslide susceptibility.

이 연구에서, 산사태 조사 지도는 지면 통제점(Ground control points, GCPs)이 없는 이미지를 사용하여 공중 사진에서 확인 된 762 건의 산사태 위치를 기반으로 작성되었고, 산사태 사건 이후 촬영 된 이미지는 각 지역에서 선정되었으며 ArcMap ver을 사용하여 디지털 지형지물 특성에 적용된다.In this study, a landslide survey map was created based on the locations of 762 landslides identified in aerial photographs using images without ground control points (GCPs), and images taken after the landslide event were selected from each region. And it is applied to the characteristics of digital features using ArcMap ver.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 연구에서 산사태 발생 전후의 위성 영상이다. 4 is a satellite image before and after a landslide occurs in a study according to an embodiment of the present invention.

도 4에서, a, c, e, g는 산사태 발생 전의 위성 영상이고, b, d, f, g는 산사태 발생 후의 위성 영상이다. In FIG. 4, a, c, e, and g are satellite images before a landslide occurs, and b, d, f, and g are satellite images after a landslide occurs.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 연구 지역에서의 디지털 고도 모델 및 산사태 발생을 표시한 것이다. 5 shows a digital altitude model and a landslide occurrence in a study area according to an embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 산사태의 공간 분포는 원격 감지 및 지리 정보 시스템(geographic information system, GIS)의 공간 분석 방법을 사용하여 결정되었다. 탐지된 산사태 지점이 항공 사진에 표시되었으며, 산사태 지점은 공간 처리를 위한 디지털 고도 모델(digital elevation model, DEM) 데이터에 입력되었다.Referring to FIG. 5, the spatial distribution of landslides was determined using a remote sensing and spatial analysis method of a geographic information system (GIS). The detected landslide sites were displayed on aerial photographs, and the landslide sites were entered into digital elevation model (DEM) data for spatial processing.

[표 1][Table 1]

Figure 112018104660910-pat00001
Figure 112018104660910-pat00001

산사태의 취약성을 결정할 때 환경 요인이 중요하다. Environmental factors are important when determining the vulnerability of a landslide.

표 1을 참조하면, 본 발명의 연구에서는 20가지 조건부 산사태를 고려하였다. 이러한 요인은 중요한 통제이지만 실제로는 공간 분포를 결정하기가 어렵다. 산사태와 환경 요인의 위치는 30-m × 30-m 픽셀로 표시하였으며, SAGA GIS 모듈의 지형 분석을 사용하여 DEM 데이터로부터 지형 및 수문 요소가 구성된다. 한편, 토양, 산림 및 지질 학적 요인은 각각 토양, 산림 및 지질도로부터 추출되었다. Referring to Table 1, in the study of the present invention, 20 conditional landslides were considered. These factors are important controls, but in practice it is difficult to determine the spatial distribution. The locations of landslides and environmental factors are expressed in 30-m × 30-m pixels, and terrain and hydrological elements are constructed from DEM data using the topographic analysis of the SAGA GIS module. Meanwhile, soil, forest and geological factors were extracted from soil, forest and geological maps, respectively.

도 6 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 연구에서 산사태 원인에 따른 공간 데이터베이스를 표시한 것이다. 6 to 8 show spatial databases according to the cause of landslides in a study according to an embodiment of the present invention.

도 6 내지 도 8에서 기울기(a), 측면(b), 최대 곡률(c), 프로파일 곡률(d), 볼록도(e), 텍스처(f), 중간 경사 위치(mid-slope position, MSP)(g), 지형 위치 지수(topographic position index, TPI)(h), TRI(Terrain ruggedness index)(i), 흐름 누적(j), SPI(stream power index)(k), 지형 습윤 지수(topographic wetness index, TWI)(l), 지표 표지(m), 토양(n) 산림의 종류(o), 산림 연령(p), 산림 밀도(q), 산림 지름(r), 지질(geology)(s), 단층으로부터의 거리(t)가 도시되어 있다. In Figures 6 to 8, slope (a), side (b), maximum curvature (c), profile curvature (d), convexity (e), texture (f), mid-slope position (MSP) (g), topographic position index (TPI)(h), TRI(Terrain ruggedness index)(i), flow accumulation(j), SPI(stream power index)(k), topographic wetness index, TWI)(l), surface marker(m), soil(n) type of forest(o), forest age(p), forest density(q), forest diameter(r), geology(s) , The distance t from the fault is shown.

지형(topography)과 수문학(hydrology)은 강우와 함께 사면 안정성에 그라디언트 효과를 통해 파편 유동 개시에 영향을 미친다. 또한 이 요인들은 물질의 농도와 분산 및 경사 안정성과 관련된 기울기의 물질 수지를 결정한다.Topography and hydrology influence the initiation of debris flow through gradient effects on slope stability with rainfall. These factors also determine the concentration of the material and the mass balance of the gradient related to the dispersion and gradient stability.

도 6 내지 도 8의 (a)~(i)에서, 추출된 지형 계수는 기울기, 면, 최대 곡률, 프로파일 곡률, 볼록면, 텍스처, 중간 경사 위치(MSP), 지형 위치 지수(TPI) 및 지형 내구성 지표(TRI)이다. 여기서 기울기는 언덕의 경사를 의미하고, 측면은 가장 가파른 내리막 길을 의미한다. MSP는 기울기와 상관 관계가 있으므로, 중간 경사에서 최고점 값을 나타내고, 계곡 방향까지의 최대 수직 거리는 1 값이 지정된다. 그리고, 최대 곡률 및 프로파일 곡률을 포함하는 곡률함수는 지형의 형태를 나타낸다. 여기서 표면의 일부는 오목하거나 볼록할 수 있으며, 이는 표면을 가로지르는 흐름의 분기 및 수렴에 영향을 미친다. 볼록도(Convexity)는 양의 표면 곡률로 기술되었으며, convex-upward cells의 비율을 나타낸다. 텍스처(texture) 또는 지형 표면 텍스처는 TRI 및 TPI와 상관 관계가 있다. TRI는 오목한 곳과 볼록한 곳을 포함하여 표면과 주변 지역 사이의 고도 차이 양을 표현하는 데 사용되고, TPI는 지형 경사 위치를 측정하는 데 사용되는 알고리즘이다. In FIGS. 6 to 8 (a) to (i), the extracted terrain coefficients are slope, surface, maximum curvature, profile curvature, convex surface, texture, intermediate slope position (MSP), terrain position index (TPI), and terrain. It is a durability index (TRI). Here, the slope means the slope of the hill, and the side means the steepest downhill road. Since the MSP is correlated with the slope, a value of 1 is designated as the maximum vertical distance from the middle slope to the valley direction. And, the curvature function including the maximum curvature and the profile curvature indicates the shape of the terrain. Here, some of the surface may be concave or convex, which affects the divergence and convergence of the flow across the surface. Convexity is described as a positive surface curvature and represents the proportion of convex-upward cells. Texture or terrain surface texture correlates with TRI and TPI. TRI is used to express the amount of elevation difference between the surface and surrounding areas, including concave and convex areas, and TPI is an algorithm used to measure the location of the terrain slope.

도 6 내지 도 8의 (j)~(l)에서 추출된 수문 요소는 흐름 누적, 하천 동력 지수(SPI) 및 지형 습윤 지수(TWI)이다. 흐름(유량) 누적은 계곡을 통한 유량 누적 값을 정의하고, 유동 누적으로부터 유역의 계곡 형상이 얻어진다. SPI는 물 흐름의 침식력을 나타내며, TWI는 수 문학적 공정에 대한 지형 제어를 정량화하기 위해 일반적으로 사용되는 정상 상태 습윤 지수이다.The hydrological elements extracted from (j) to (l) of FIGS. 6 to 8 are flow accumulation, river power index (SPI), and terrain wetness index (TWI). The flow (flow) accumulation defines the flow accumulation value through the valley, and the valley shape of the watershed is obtained from the flow accumulation. SPI refers to the erosion power of water flows, and TWI is a steady state wetting index commonly used to quantify topographic control for hydrological processes.

표 1에서 디지털 토지 표지의 속성 열은 (m)에 도시된 토지 이용으로 나타낼 수 있다. 토지 이용은 저지와 정착, 풀, 농장, 삼림, 논 및 도로로 분류되었다. In Table 1, the attribute column of digital land signs can be represented by the land use shown in (m). Land use was classified as lowland and settlement, grass, farm, forest, rice field and road.

도 6 내지 도 8의 (n)의 토양 지도에서 토양 두께의 등급은 네 가지 등급으로 나누어진다. 즉, 매우 얕은 등급(0-19 cm), 얕은 등급(20-49 cm), 보통 등급(50-99 cm) 및 깊음 등급(> 100 cm)으로 구분된다. 사면의 토양은 잔해물의 공간 분포에 영향을 미친다. 이러한 요소는 중요한 제어 요소이며 디지털 고도 모델(digital elevation model, DEM) 및 토양 맵(map)과 지표 커버 맵에서 공간 분포로 나타낼 수 있다. In the soil map of FIGS. 6 to 8 (n), the grade of soil thickness is divided into four grades. That is, it is divided into very shallow grade (0-19 cm), shallow grade (20-49 cm), medium grade (50-99 cm) and deep grade (> 100 cm). Slope soil affects the spatial distribution of debris. These factors are important control factors and can be represented as spatial distributions in digital elevation models (DEM) and soil maps and surface cover maps.

또한, 식물 뿌리의 강도는 사면 파괴의 발생에 실질적으로 영향을 미친다. 따라서, 도 6 내지 도 8의 (o)~(r)에서 산림 종류, 산림 지름, 산림 밀도 및 산림 연령과 같은 산림 인자는 토질 뿌리 채권의 강도와 밀접한 관계가 있다. 즉, 고밀도 목재는 수압을 유지하고 호우가 심할 때 토양을 가라 앉힐 수 있는 높은 용량을 가지고 있음을 의미한다. 일반적으로 직경이 큰 나무로 구성된 오래된 숲은 사면 안정성에 기여하는 강한 뿌리를 가지는 경향이 있다. 뿌리 강도와 목재 지름은 산림 유형이나 기존 나무 유형에 의해 영향을 받는다.In addition, the strength of plant roots substantially affects the occurrence of slope failure. Accordingly, forest factors such as forest type, forest diameter, forest density, and forest age in FIGS. 6 to 8 (o) to (r) have a close relationship with the strength of soil root bonds. This means that high-density wood maintains water pressure and has a high capacity to sink the soil in heavy rains. Older forests, generally composed of trees with large diameters, tend to have strong roots that contribute to slope stability. Root strength and wood diameter are affected by forest type or existing tree type.

그리고, 다양한 석회학적 단위는 산사태와 같은 능동적인 지형 학적 과정에 대해 다른 감수성을 갖기 때문에, 석회는 산사태 발생에 중요한 역할을 한다. And, since various limestone units have different sensitivity to active topographic processes such as landslides, lime plays an important role in the occurrence of landslides.

그러므로, 도 6 내지 도 8에서 (s)에서 보는 바와 같이, 이 연구에서 석회암은 지질 학적 매개 변수로 간주된다. Therefore, as shown in (s) in FIGS. 6 to 8, limestone in this study is regarded as a geological parameter.

그리고, (t)에서 지층은 지각 활동 지역에서 산사태를 유발하는 중요한 요인으로도 여겨진다. 그래서, 파쇄 및 전단 응력의 강도는 경사 불안정성에 결정적으로 영향을 미치므로 결점까지의 거리가 선형과 산사태 발생 간의 관계를 조사한다. And, in (t), strata is also considered to be an important factor causing landslides in tectonic regions. Therefore, the strength of the fracture and shear stress decisively affects the slope instability, so the relationship between the linearity and the occurrence of a landslide is investigated by the distance to the defect.

본 발명의 연구에서 산사태 모델을 구성하고 그 성능을 평가하기 위해 산사태 재고 목록과 20 개의 조건 인자 지도를 30m의 셀 크기로 ASCII 형식으로 변환했다. 그리고, ArcGIS 버전의 모든 결정된 산사태 위치를 훈련 세트(70 %)와 검증 세트(30 %)로 구분하였다. 그리고, 산사태 픽셀의 수가 조사 영역의 전체 픽셀 수보다 훨씬 적기 때문에 언더 샘플링 방법을 사용하였다. 따라서 산사태가 아닌 산사태 픽셀 수는 자유 산사태 지역에서 무작위로 추출되었다. 여기서 산사태 픽셀은 1의 값이 할당되고, 비 산사태 픽셀은 0의 값이 할당되었다. 마지막으로, 산사태 조건 계수 교육 및 검증 데이터 세트를 작성하기 위해 산사태 조절 인자 값이 추출되었다. In the study of the present invention, in order to construct a landslide model and evaluate its performance, the landslide inventory and 20 condition factor maps were converted into ASCII format with a cell size of 30 m. In addition, all determined landslide locations in the ArcGIS version were divided into a training set (70%) and a verification set (30%). In addition, since the number of landslide pixels is much smaller than the total number of pixels in the irradiated area, the undersampling method was used. Therefore, the number of landslide pixels other than landslide was randomly extracted from the free landslide area. Here, a value of 1 is assigned to a landslide pixel, and a value of 0 is assigned to a non-landslide pixel. Finally, landslide control factor values were extracted to create a landslide condition coefficient training and validation data set.

이 연구에서 오픈 소스 도구로 Weka를 사용하였다. Weka는 학습 알고리즘을 데이터 세트에 손쉽게 적용하는 것을 지원하는 데이터 마이닝 도구이다. Weka는 다양한 데이터 마이닝 응용 프로그램을 위한 다양한 기계 학습 알고리즘으로 구성된다. 따라서 프로그램 코드를 작성하지 않고도 데이터 세트를 사전 처리하여 학습 체계에 배치하고, 생성된 클래스와 성능을 분석할 수 있다. 그리고, 모든 알고리즘은 ARFF 형식의 단일 관계형 테이블을 입력으로 사용하였다. ARFF 형식은 통계 파일에서 수집된 산사태 조절 요인 값에서 파생되었으며 Weka를 사용하여 ARFF 형식으로 변환되었다. 이 연구의 주요 초점은 산사태 취약성 분석을 위한 Meta(즉, 앙상블 학습) 알고리즘의 성능 및 평가이다. 본 발명의 연구에서 ARFF 데이터를 분류하고, 앙상블 알고리즘을 실행하기 위한 테스트 옵션으로 트레이닝 세트를 사용하였다. Weka was used as an open source tool in this study. Weka is a data mining tool that supports easy application of learning algorithms to data sets. Weka consists of a variety of machine learning algorithms for various data mining applications. So, without writing program code, you can pre-process the data set, place it in a learning system, and analyze the generated classes and performance. And, all algorithms used a single relational table in ARFF format as input. The ARFF format was derived from the values of landslide control factors collected from statistical files and converted to ARFF format using Weka. The main focus of this study is the performance and evaluation of the Meta (i.e., ensemble learning) algorithm for landslide vulnerability analysis. In the study of the present invention, a training set was used as a test option for classifying ARFF data and executing an ensemble algorithm.

이 연구에서 AdaBoost, LogitBoost, Multiclass Classifier 및 Bagging과 같은 산사태 감수성의 앙상블 모델을 수립하는 데 사용된 네 가지 앙상블 학습 알고리즘을 간략하게 설명하면 다음과 같다. In this study, the four ensemble learning algorithms used to establish an ensemble model of landslide susceptibility such as AdaBoost, LogitBoost, Multiclass Classifier and Bagging are briefly described as follows.

에이다 부스트(AdaBoost)("adaptive boosting")는 Freund and Schapire (1997)가 제안한 기계 학습 앙상블 알고리즘이다. AdaBoost는 일련의 개별 분류기가 반복적으로 생성되고, 앙상블의 각 분류기가 교육 데이터를 정확하게 분류하려고 하는 가장 널리 사용되는 증폭 알고리즘 중 하나이다. 분류기는 적응 형 재 샘플링 기술을 사용하여 학습 샘플을 선택한다. 예를 들어, 이전 분류 기준에 의해 생성된 잘못 분류된 데이터 세트는 올바르게 분류된 분류보다 더 자주 선택되므로, 새 분류가 새로운 데이터 세트에서 더 잘 수행 될 수 있다. 각 반복은 데이터 세트에 가중치를 할당하므로, 다음 통합은 이전에 잘못 분류 된 재구성된 데이터 세트에 집중된다. 최종 모델은 모든 분류 기준 모델의 가중치 합으로부터 얻어진다. 또한 AdaBoost는 약한 학습자가 선택하는 빈도를 검토하여 변수의 관련성을 평가하는 데 사용할 수 있다. 이 연구에서는 AdaBoost 모델을 처리하기 위해 Weka를 사용하였다. 부스팅에 사용 된 클래스는 AdaBoost 메서드를 사용하는 명목 클래스 분류 자이며 명목 클래스 문제만 고려할 수 있다. 이 방법을 사용하면 성능이 크게 향상되지만 때로는 오버 피팅이 발생하기도 한다. AdaBoost ("adaptive boosting") is a machine learning ensemble algorithm proposed by Freund and Schapire (1997). AdaBoost is one of the most widely used amplification algorithms in which a series of individual classifiers are iteratively generated, and each classifier in an ensemble tries to accurately classify training data. The classifier selects training samples using an adaptive resampling technique. For example, misclassified data sets created by previous classification criteria are selected more often than correctly classified classifications, so new classifications can perform better on new data sets. Each iteration assigns a weight to the data set, so the next integration focuses on the previously misclassified reconstructed data set. The final model is obtained from the sum of the weights of all classification criteria models. AdaBoost can also be used to evaluate the relevance of variables by examining the frequency of choices made by weak learners. In this study, Weka was used to process the AdaBoost model. The class used for boosting is a nominal class classifier using the AdaBoost method, and only nominal class problems can be considered. This method greatly improves performance, but sometimes overfitting.

기계 학습 및 계산 학습 이론 분야에서 LogitBoost는 Friedman, Hastie 및 Tibshirani에 의해 공식화 된 부스팅 알고리즘이다. AdaBoost 모델은 로지스틱 회귀의 비용 기능이 적용된 일반화 된 추가 모델로 간주되었고, 따라서 LogitBoost 알고리즘은 AdaBoost 알고리즘의 확장이며 AdaBoost 알고리즘의 지수 손실을 조건부 베르누이-우도 손실로 변경한다. LogitBoost는 회귀 방안을 기본 학습자로 사용하여 분류를 수행하고 다중 클래스 문제를 처리 할 수 있는 분류에 부가 로지스틱 회귀를 사용한다.In the field of machine learning and computational learning theory, LogitBoost is a boosting algorithm formulated by Friedman, Hastie and Tibshirani. The AdaBoost model was regarded as a generalized additional model to which the cost function of logistic regression was applied, and therefore the LogitBoost algorithm is an extension of the AdaBoost algorithm and changes the exponential loss of the AdaBoost algorithm to a conditional Bernoulli-likelihood loss. LogitBoost performs classification using a regression method as a basic learner, and uses additional logistic regression for classification that can handle multi-class problems.

기계 학습에서 멀티 클래스 또는 다항 분류(Multiclass Classifier)는 인스턴스를 두 클래스 중 하나로 분류하는 바이너리 분류와 달리 인스턴스를 세 개 이상의 클래스 중 하나로 분류하는 문제를 해결한다. 일부 분류 알고리즘은 당연히 두 개 이상의 클래스를 사용할 수 있지만 다른 것들은 본질적으로 바이너리 알고리즘이다. 그러나, 이들은 다양한 전략에 따라 다항 분류 자로 변형될 수 있다. 멀티 클래스 분류는 각 인스턴스에 대해 여러 레이블이 예측되는 다중 레이블 분류와 혼동되어서는 안 되며, 2 클래스 분류자를 가진 다중 클래스 데이터 세트를 처리 할 수 있는 메타 분류 자이다.In machine learning, multiclass or multiclass classifier solves the problem of classifying instances into one of three or more classes, unlike binary classification, which classifies instances into one of two classes. Some classification algorithms can of course use more than one class, while others are essentially binary algorithms. However, they can be transformed into polynomial classifiers according to various strategies. Multi-class classification should not be confused with multi-label classification, in which multiple labels are predicted for each instance, and is a meta classifier capable of handling multi-class data sets with two class classifiers.

Bagging은 통계적 분류 및 회귀에 사용되는 기계 학습 알고리즘의 안정성과 정확성을 개선하기 위해 설계된 앙상블 메타 알고리즘을 학습하는 기계이다. bagging은 부트 스트랩 샘플링 기술을 사용하는 가장 초기의 앙상블 방법 중 하나였다. 부트 스트랩 기법은 무작위 샘플링을 대체와 함께 수행하여 학습 세트를 형성하는 여러 샘플을 생성하는 것을 포함한다. 생성된 각 서브 세트는 결정 트리를 구성하는 데 사용되며 나중에 최종 모델로 집계된다. 이는 분류 에러의 분산을 감소시킴으로써 분류 정확도를 향상시킨다. 이 연구에서 Bagging을 사용하여 훈련 데이터의 작은 변화에 대한 민감도에 대한 산사태 취약성 모델에 유용하다는 것이 입증되어, 보다 견고하고 정확한 산사태 모델을 얻을 수 있었으며, 예측 능력을 향상시킬 수 있었다. Bagging은 분류자를 사용하여 분산을 줄이고 기본 학습자에 따라 분류 및 회귀를 수행 할 수 있다.Bagging is a machine learning ensemble meta-algorithm designed to improve the stability and accuracy of machine learning algorithms used for statistical classification and regression. Bagging was one of the earliest ensemble methods using bootstrap sampling techniques. The bootstrap technique involves performing random sampling with substitution to generate several samples that form a training set. Each generated subset is used to construct the decision tree and later aggregated into the final model. This improves classification accuracy by reducing the variance of classification errors. In this study, the use of Bagging proved to be useful for a landslide vulnerability model for the sensitivity to small changes in training data, resulting in a more robust and accurate landslide model, and improved predictive ability. Bagging can use classifiers to reduce variance and perform classification and regression according to basic learners.

이 연구에서 훈련 데이터 세트를 사용하여 산사태 모델을 구성하였다. 산사태 모델의 성능은 계산 매개 변수의 선택에 크게 의존한다. 따라서 최적의 산사태 모델 성능을 얻은 최적의 매개 변수를 얻기 위해 최적화가 수행되었으며, 다음 표 2는 이 연구에서 산사태 모델에 대한 최적의 매개 변수를 나열한 것이다. In this study, a landslide model was constructed using a training data set. The performance of the landslide model is highly dependent on the choice of computational parameters. Therefore, optimization was carried out to obtain the optimal parameters for obtaining the optimal landslide model performance, and Table 2 below lists the optimal parameters for the landslide model in this study.

[표 2][Table 2]

Figure 112018104660910-pat00002
Figure 112018104660910-pat00002

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 각 머신 러닝 기법에 따른 연구 지역의 산사태 취약성 지도이다. 9 is a map of a landslide vulnerability in a study area according to each machine learning technique according to an embodiment of the present invention.

도 9에서 (a)는 AdaBoost, (b)는 LogitBoost, (c)는 multiclass 분류기, (d)는 Bagging 모델을 기반으로 한 산사태 취약성 지도이다. In FIG. 9, (a) is AdaBoost, (b) is LogitBoost, (c) is a multiclass classifier, and (d) is a map of landslide vulnerability based on the Bagging model.

산사태 취약성 지도는 모델 훈련 과정을 성공적으로 마친 후에 작성되었다. 첫째, 산사태 민감도 지수가 연구 지역의 모든 픽셀에 대해 생성되었으며, 각 픽셀에는 고유한 취약성 지수가 지정되었다. 그 다음에, 상대적으로 큰 차이를 가진 인접한 피처(feature) 쌍을 찾는 것에 기초하여 quantile 방법을 사용하여 취약성 지수를 재 분류하였다. 이러한 산사태 민감도 지수의 재 분류에 기초하여, 산사태 취약성 지도는 매우 낮음(Very low), 낮음(Low), 보통(Moderate), 높음(High) 및 매우 높음(Very high)의 5 가지 취약성 등급을 사용하여 구성되었다. Landslide vulnerability maps were created after successful completion of the model training course. First, a landslide sensitivity index was generated for every pixel in the study area, and each pixel was assigned a unique vulnerability index. Then, the vulnerability index was reclassified using the quantile method based on finding adjacent feature pairs with relatively large differences. Based on this reclassification of the Landslide Sensitivity Index, the Landslide Vulnerability Map uses five vulnerability ratings: Very low, Low, Moderate, High, and Very high. Was constructed.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 연구에서 네 개의 머신 러닝 모델로 구성된 산사태 취약성 지도에서 취약성 등급 분포를 나타낸 그래프이다. 도 10은 산사태 취약성 지도에서 취약성 등급의 분포를 나타낸다. 10 is a graph showing the distribution of vulnerability ratings in a landslide vulnerability map composed of four machine learning models in a study according to an embodiment of the present invention. 10 shows the distribution of vulnerability levels in a landslide vulnerability map.

도 10을 참조하면, AdaBoost 모델을 사용하여 제작 된 산사태 취약성 지도에서 조사 지역의 59.65 %는 산사태에 대한 취약성이 매우 낮았으며, 해당 지역의 26.23 %, 0.33 % 및 13.79 %는 각각 저조도, 보통 및 높은 취약성을 나타냈다. AdaBoost 모델은 4 개의 클래스만 분류 할 수 있다. 그러므로 매우 높은 취약성 등급은 제외되었다. Referring to FIG. 10, in the landslide vulnerability map produced using the AdaBoost model, 59.65% of the surveyed area had very low vulnerability to landslides, and 26.23%, 0.33%, and 13.79% of the area were low light, medium and high, respectively. Showed vulnerability. The AdaBoost model can only classify 4 classes. Therefore, very high vulnerability ratings were excluded.

LogitBoost 모델을 기반으로 한 산사태 취약성 지도에서 대상 지역의 73.43 %는 산사태에 매우 취약한 반면, 15.05 %는 낮은 취약성을 나타내고, 2.01 %는 중간의 취약성을 나타내고, 6.43 %는 높은 취약성을 나타내고 3.08 %는 매우 높은 취약성을 나타낸다. In a landslide vulnerability map based on the LogitBoost model, 73.43% of the target area is very vulnerable to landslides, while 15.05% indicates low vulnerability, 2.01% indicates moderate vulnerability, 6.43% indicates high vulnerability, and 3.08% indicates very high vulnerability. Shows high vulnerability.

Multiclass Classifier 모델을 기반으로 한 산사태 취약성 지도에서 대상 지역의 70.38 %는 산사태에 매우 취약한 반면, 지역의 14.76 %는 낮은 취약성을 나타내고, 7.42 %는 중간의 취약성을 나타내고, 3.46 %는 높은 취약성을 나타내고, 3.98 %는 매우 높은 취약성을 나타낸다. In the landslide vulnerability map based on the Multiclass Classifier model, 70.38% of the target area is very vulnerable to landslides, while 14.76% of the area indicates low vulnerability, 7.42% indicates moderate vulnerability, and 3.46% indicates high vulnerability. 3.98% indicates a very high vulnerability.

마지막으로, Bagging 모델을 기반으로 한 산사태 취약성 지도에서 대상 지역의 77.45 %는 산사태에 매우 취약한 반면, 지역의 11.43 %는 낮은 취약성을 나타내고, 5.91 %는 중간의 취약성을 나타내고, 2.39 %는 높은 취약성을 나타내고, 2.82 %는 매우 높은 취약성을 나타낸다.Finally, in the landslide vulnerability map based on the Bagging model, 77.45% of the target area is very vulnerable to landslides, while 11.43% of the area indicates low vulnerability, 5.91% indicates moderate vulnerability, and 2.39% indicates high vulnerability. And 2.82% indicates a very high vulnerability.

산사태 취약성 지도는 향후 산사태 지역을 효과적으로 예측하고 기존 산사태 위치 데이터와 산사태 위치가 결합될 때 유효성을 검사할 수 있어야 한다. 따라서 산사태 취약성 분석 결과는 유효성 확인 자료를 사용하여 확인할 수 있다. 산사태 취약성 지도를 229 건의 산사태(총 산사태의 30 %)로 구성된 유효성 확인 자료와 비교하여 다양한 메타 분류기 모델에 의해 생성된 산사태 취약성 지도를 검증하였다.Landslide vulnerability maps should be able to effectively predict future landslide areas and validate when existing landslide location data and landslide locations are combined. Therefore, the results of the analysis of landslide vulnerability can be confirmed using the validation data. Landslide vulnerability maps generated by various meta-classifier models were verified by comparing the validation data consisting of 229 landslides (30% of total landslides).

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 연구에서 네 개의 머신 러닝 모델의 AUC(Area Under the curve)를 나타낸 도표이다. 11 is a diagram showing the area under the curve (AUC) of four machine learning models in a study according to an embodiment of the present invention.

도 11을 참조하면, AUC(Area under the curve)는 네 가지 모델에 대한 모델 성능을 정량적으로 비교하는데 사용되고, 비교 결과 가장 높은 AUC를 갖는 모델이 최고의 모델로 간주된다. 그리고, 성공률 곡선은 훈련 데이터와 산사태 취약성 지도를 비교하여 얻어진다. 그 결과, Multiclass Classifier 알고리즘이 가장 높은 AUC(0.859)를 나타냈으며, 그 다음으로 Bagging 알고리즘(0.854), LogitBoost 알고리즘(0.848), AdaBoost 알고리즘(0.840)의 순이었다. 이러한 결과는 다음 도 12의 그래프에 나타나 있다. Referring to FIG. 11, an area under the curve (AUC) is used to quantitatively compare model performance for four models, and a model having the highest AUC as a result of the comparison is considered to be the best model. And, the success rate curve is obtained by comparing the training data and the landslide vulnerability map. As a result, the Multiclass Classifier algorithm showed the highest AUC (0.859), followed by Bagging algorithm (0.854), LogitBoost algorithm (0.848), and AdaBoost algorithm (0.840). These results are shown in the graph of FIG. 12 below.

도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 연구에서 메타 분류기의 네 가지 알고리즘을 이용하여 산사태 취약성 지도의 ROC(Receiver operating characteristic) 곡선을 나타낸 그래프이다. 12 is a graph showing a receiver operating characteristic (ROC) curve of a landslide vulnerability map using four algorithms of a meta classifier in a study according to an embodiment of the present invention.

모든 모델이 연구 지역에서 산사태 위험의 공간 예측에 적용하기에 충분한 성능을 나타냈지만, Multiclass Classifier 알고리즘으로 생성된 산사태 취약성 지도가 가장 우수한 성능을 보였음을 알 수 있다.All models showed sufficient performance to be applied to spatial prediction of landslide risk in the study area, but it can be seen that the landslide vulnerability map generated by the Multiclass Classifier algorithm showed the best performance.

전술한 바와 같이, 본 발명에서 제안한 새로운 머신 러닝 기술은 예측 성능 면에서 효과가 입증되었다. 따라서 본 발명에서는 AdaBoost, LogitBoost, Multiclass Classifier, Bagging 등 4 가지 머신 러닝 앙상블을 산사태 취약성 평가에 적용하는 방법을 제안하였다.As described above, the new machine learning technique proposed in the present invention has proven to be effective in terms of prediction performance. Therefore, in the present invention, a method of applying four machine learning ensembles such as AdaBoost, LogitBoost, Multiclass Classifier, and Bagging to the evaluation of landslide vulnerability is proposed.

본 발명의 연구 결과는 머신 러닝 앙상블을 사용하여 산사태 모델 성능이 향상되었음을 확인할 수 있다. 비교를 위해, AUC가 0.817 인 전통적인 모델 주파수 비율도 고려하였으며, 이에 대한 그래프가 다음 도 13에 도시되어 있다. The research results of the present invention can confirm that the performance of the landslide model is improved using the machine learning ensemble. For comparison, a conventional model frequency ratio with an AUC of 0.817 was also considered, and a graph thereof is shown in FIG. 13 below.

도 13은 종래 알고리즘 및 AUC 테스트 결과 변수를 사용하여 생성된 산사태 취약성 지도의 ROC(Receiver operating characteristic) 곡선을 나타낸 그래프이다. 여기서, 주파수 비 방법의 AUC는 0.817이다. 13 is a graph showing a receiver operating characteristic (ROC) curve of a landslide vulnerability map generated using a conventional algorithm and an AUC test result variable. Here, the AUC of the frequency ratio method is 0.817.

본 발명의 연구에서 앙상블 모델 예측은 AdaBoost가 2.3 %, LogitBoost가 3.1 %, Bagging이 3.7 %, Multiclass Classifier가 4.2 % 향상되었으며, 특히 네 가지 기계 학습 앙상블 중 Multiclass Classifier 모델이 가장 큰 성능 개선을 보여주었다. 이것은 기본 분류자를 학습하는 데 사용되는 학습 집합을 최적화하기 위해 특징 추출을 사용하여 다른 앙상블(AdaBoost, LogitBoost 및 Bagging)과 비교하여 예측 기능을 개선한다는 사실로 설명 할 수 있다.In the study of the present invention, the prediction of the ensemble model improved by 2.3% in AdaBoost, 3.1% in LogitBoost, 3.7% in Bagging, and 4.2% in Multiclass Classifier. In particular, the Multiclass Classifier model showed the greatest performance improvement among the four machine learning ensembles. . This can be explained by the fact that feature extraction is used to optimize the training set used to learn the basic classifier, which improves the predictive function compared to other ensembles (AdaBoost, LogitBoost and Bagging).

네 가지 기계 학습 알고리즘의 가장 큰 장점은 귀중한 정보를 수집하기 위해 여러 데이터베이스를 검사하는 프로세스를 자동화한다는 것이다. 대규모 데이터 세트의 분석 자동화와 함께 계획 결정을 지원하는 데 사용할 수 있는 특정 가정을 제공할 수 있다. The biggest advantage of the four machine learning algorithms is that they automate the process of examining multiple databases to gather valuable information. It can provide specific assumptions that can be used to support planning decisions along with automating the analysis of large data sets.

이상 본 발명을 몇 가지 바람직한 실시예를 사용하여 설명하였으나, 이들 실시예는 예시적인 것이며 한정적인 것이 아니다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 지닌 자라면 본 발명의 사상과 첨부된 특허청구범위에 제시된 권리범위에서 벗어나지 않으면서 다양한 변화와 수정을 가할 수 있음을 이해할 것이다.The present invention has been described above using several preferred embodiments, but these embodiments are illustrative and not limiting. Those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will understand that various changes and modifications can be made without departing from the spirit of the present invention and the scope of the rights set forth in the appended claims.

110 데이터 입력부
120 환경요인 결정부
130 지도 작성부
110 Data input section
120 Environmental factor determination section
130 Map Maker

Claims (16)

산사태 취약성 지도 작성 장치에서의 산사태 취약성 지도 작성 방법에서,
산사태 취약성 지도를 작성해야 할 대상 지역에 대한 사전 조사 결과 데이터를 입력받는 단계;
산사태 취약성을 산출하는데 필요한 환경 요인을 선정하는 단계; 및
상기 사전 조사 결과 데이터와 상기 환경 요인을 고려하여, 머신 러닝 알고리즘을 이용하여 산사태 취약성 모델을 수립하고, 이를 기반으로 대상 지역의 산사태 취약성 지도를 작성하는 단계를 포함하고,
상기 환경 요인을 선정하는 단계에서,
대상 지역의 지형 계수, 수문 요소, 토지 표지의 속성, 토양 두께의 등급, 산림 인자, 지질 정보, 지층 정보를 포함하는 환경 요인을 선정하고, 각 환경 요인에 대한 공간 데이터베이스를 구축하되,
상기 지형 계수는, 대상 지역의 기울기, 측면, 최대 곡률, 프로파일 곡률, 볼록도, 텍스처, 중간 경사 위치(mid-slope position, MSP), 지형 위치 지수(topographic position index, TPI), 및 지형 내구성 지표(Terrain ruggedness index, TRI)이고, 상기 기울기는 언덕의 경사를 의미하고, 상기 측면은 가장 가파른 내리막 길을 의미하고, 상기 중간 경사 위치는 중간 경사에서 최고점 값을 나타내고, 상기 최대 곡률 및 상기 프로파일 곡률은 지형의 형태를 나타내는 곡률함수이고, 상기 볼록도(Convexity)는 양의 표면 곡률로 기술되며 convex-upward cells의 비율을 나타내고, 상기 텍스처(texture)는 TRI 및 TPI와 상관 관계를 가지며, TRI는 오목한 곳과 볼록한 곳을 포함하여 표면과 주변 지역 사이의 고도 차이 양을 나타내고, TPI는 지형 경사 위치를 나타내고,
상기 수문 요소는, 흐름 누적, 하천 동력 지수(stream power index, SPI), 및 지형 습윤 지수(topographic wetness index, TWI)이고, 상기 흐름 누적은 계곡을 통한 유량 누적 값을 나타내고, 상기 하천 동력 지수(SPI)는 물 흐름의 침식력을 나타내며, 지형 습윤 지수(TWI)는 수문학적 공정에 대한 지형 제어를 정량화하기 위해 사용되는 정상 상태 습윤 지수를 나타내고,
상기 토지 표지의 속성은, 정착지, 풀, 농장, 삼림, 논, 도로로 분류되는 토지 이용을 나타내고,
상기 토양 두께의 등급은, 매우 얕은 등급(0-19 cm), 얕은 등급(20-49 cm), 보통 등급(50-99 cm) 및 깊음 등급(> 100 cm)의 4개 등급으로 구분되고,
상기 산림 인자는, 산림 종류, 산림 지름, 산림 밀도 및 산림 연령이고,
상기 지질 정보는, 석회암의 단위 정보이고,
상기 지층 정보는, 단층으로부터의 거리이며,
상기 산사태 취약성 지도를 작성하는 단계에서,
Multiclass Classifier 알고리즘을 이용하여 산사태 취약성 모델을 수립하고, 이를 기반으로 대상 지역의 산사태 취약성 지도를 작성하는 것을 특징으로 하는 산사태 취약성 지도 작성 방법.
In the landslide vulnerability mapping method in the landslide vulnerability mapping device,
Receiving data as a result of a preliminary survey on a target area where a landslide vulnerability map should be created;
Selecting an environmental factor necessary to calculate a landslide vulnerability; And
In consideration of the pre-examination result data and the environmental factors, establishing a landslide vulnerability model using a machine learning algorithm, and creating a landslide vulnerability map of a target region based on this,
In the step of selecting the environmental factor,
Select environmental factors including topographic coefficients, hydrological factors, properties of land signs, soil thickness grades, forest factors, geological information, and strata information of the target area, and establish a spatial database for each environmental factor,
The terrain coefficients include slope, side, maximum curvature, profile curvature, convexity, texture, mid-slope position (MSP), topographic position index (TPI), and terrain durability index of the target area. (Terrain ruggedness index, TRI), the slope means the slope of the hill, the side surface means the steepest downhill road, the intermediate slope position represents the highest point value at the intermediate slope, the maximum curvature and the profile curvature Is a curvature function representing the shape of the topography, the convexity is described as a positive surface curvature and represents the ratio of convex-upward cells, and the texture is correlated with TRI and TPI, and TRI is Represents the amount of elevation difference between the surface and the surrounding area, including concave and convex, TPI represents the terrain slope location,
The hydrological element is a flow accumulation, a stream power index (SPI), and a topographic wetness index (TWI), and the flow accumulation represents a flow accumulation value through a valley, and the river power index ( SPI) represents the erosion power of the water flow, and Terrain Wetness Index (TWI) represents the steady state wetting index used to quantify terrain control for hydrological processes,
The property of the land sign indicates land use classified into settlement, grass, farm, forest, rice field, and road,
The soil thickness grade is divided into four grades: very shallow grade (0-19 cm), shallow grade (20-49 cm), medium grade (50-99 cm) and deep grade (> 100 cm),
The forest factors are forest type, forest diameter, forest density, and forest age,
The geological information is unit information of limestone,
The stratum information is the distance from the fault,
In the step of creating the landslide vulnerability map,
A landslide vulnerability map creation method characterized by establishing a landslide vulnerability model using a multiclass classifier algorithm, and creating a landslide vulnerability map of a target area based on this.
삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 산사태 취약성 지도를 작성하는 단계에서,
Multiclass Classifier 알고리즘 대신에, AdaBoost 알고리즘을 이용하여 산사태 취약성 모델을 수립하고, 이를 기반으로 대상 지역의 산사태 취약성 지도를 작성하는 것을 특징으로 하는 산사태 취약성 지도 작성 방법.
The method according to claim 1,
In the step of creating the landslide vulnerability map,
A method of creating a landslide vulnerability map, characterized by establishing a landslide vulnerability model using the AdaBoost algorithm instead of the Multiclass Classifier algorithm, and creating a landslide vulnerability map of a target area based on this.
청구항 1에 있어서,
상기 산사태 취약성 지도를 작성하는 단계에서,
Multiclass Classifier 알고리즘 대신에, LogitBoost 알고리즘을 이용하여 산사태 취약성 모델을 수립하고, 이를 기반으로 대상 지역의 산사태 취약성 지도를 작성하는 것을 특징으로 하는 산사태 취약성 지도 작성 방법.
The method according to claim 1,
In the step of creating the landslide vulnerability map,
A landslide vulnerability map creation method characterized by establishing a landslide vulnerability model using the LogitBoost algorithm instead of the Multiclass Classifier algorithm, and creating a landslide vulnerability map of a target area based on this.
삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 산사태 취약성 지도를 작성하는 단계에서,
Multiclass Classifier 알고리즘 대신에, Bagging 알고리즘을 이용하여 산사태 취약성 모델을 수립하고, 이를 기반으로 대상 지역의 산사태 취약성 지도를 작성하는 것을 특징으로 하는 산사태 취약성 지도 작성 방법.
The method according to claim 1,
In the step of creating the landslide vulnerability map,
A landslide vulnerability map creation method characterized by establishing a landslide vulnerability model using a Bagging algorithm instead of the Multiclass Classifier algorithm, and creating a landslide vulnerability map of a target area based on this.
청구항 1에 있어서,
상기 산사태 취약성 지도를 작성하는 단계에서,
Multiclass Classifier 알고리즘 대신에, ANN(Artificial Neural Network) 알고리즘을 이용하여 산사태 취약성 모델을 수립하고, 이를 기반으로 대상 지역의 산사태 취약성 지도를 작성하는 것을 특징으로 하는 산사태 취약성 지도 작성 방법.
The method according to claim 1,
In the step of creating the landslide vulnerability map,
A landslide vulnerability map creation method characterized by establishing a landslide vulnerability model using ANN (Artificial Neural Network) algorithm instead of Multiclass Classifier algorithm, and creating a landslide vulnerability map of a target area based on this.
청구항 1에 있어서,
상기 산사태 취약성 지도를 작성하는 단계에서,
Multiclass Classifier 알고리즘 대신에, SVM(Support Vector Machine) 알고리즘을 이용하여 산사태 취약성 모델을 수립하고, 이를 기반으로 대상 지역의 산사태 취약성 지도를 작성하는 것을 특징으로 하는 산사태 취약성 지도 작성 방법.
The method according to claim 1,
In the step of creating the landslide vulnerability map,
A method of creating a landslide vulnerability map, characterized by establishing a landslide vulnerability model using a SVM (Support Vector Machine) algorithm instead of a multiclass classifier algorithm, and creating a landslide vulnerability map of a target area based on this.
산사태 취약성 지도를 작성해야 할 대상 지역에 대한 사전 조사 결과 데이터를 입력받기 위한 인터페이스를 제공하기 위한 데이터 입력부;
산사태 취약성을 산출하는데 필요한 환경 요인을 선정하기 위한 환경요인 결정부; 및
상기 사전 조사 결과 데이터와 상기 환경 요인을 고려하여, 머신 러닝 알고리즘을 이용하여 산사태 취약성 모델을 수립하고, 이를 기반으로 대상 지역의 산사태 취약성 지도를 작성하는 지도 작성부를 포함하고,
상기 환경 요인 결정부는,
대상 지역의 지형 계수, 수문 요소, 토지 표지의 속성, 토양 두께의 등급, 산림 인자, 지질 정보, 지층 정보를 포함하는 환경 요인을 선정하고, 각 환경 요인에 대한 공간 데이터베이스를 구축하되,
상기 지형 계수는, 대상 지역의 기울기, 측면, 최대 곡률, 프로파일 곡률, 볼록도, 텍스처, 중간 경사 위치(mid-slope position, MSP), 지형 위치 지수(topographic position index, TPI), 및 지형 내구성 지표(Terrain ruggedness index, TRI)이고, 상기 기울기는 언덕의 경사를 의미하고, 상기 측면은 가장 가파른 내리막 길을 의미하고, 상기 중간 경사 위치는 중간 경사에서 최고점 값을 나타내고, 상기 최대 곡률 및 상기 프로파일 곡률은 지형의 형태를 나타내는 곡률함수이고, 상기 볼록도(Convexity)는 양의 표면 곡률로 기술되며 convex-upward cells의 비율을 나타내고, 상기 텍스처(texture)는 TRI 및 TPI와 상관 관계를 가지며, TRI는 오목한 곳과 볼록한 곳을 포함하여 표면과 주변 지역 사이의 고도 차이 양을 나타내고, TPI는 지형 경사 위치를 나타내고,
상기 수문 요소는, 흐름 누적, 하천 동력 지수(stream power index, SPI), 및 지형 습윤 지수(topographic wetness index, TWI)이고, 상기 흐름 누적은 계곡을 통한 유량 누적 값을 나타내고, 상기 하천 동력 지수(SPI)는 물 흐름의 침식력을 나타내며, 지형 습윤 지수(TWI)는 수문학적 공정에 대한 지형 제어를 정량화하기 위해 사용되는 정상 상태 습윤 지수를 나타내고,
상기 토지 표지의 속성은, 정착지, 풀, 농장, 삼림, 논, 도로로 분류되는 토지 이용을 나타내고,
상기 토양 두께의 등급은, 매우 얕은 등급(0-19 cm), 얕은 등급(20-49 cm), 보통 등급(50-99 cm) 및 깊음 등급(> 100 cm)의 4개 등급으로 구분되고,
상기 산림 인자는, 산림 종류, 산림 지름, 산림 밀도 및 산림 연령이고,
상기 지질 정보는, 석회암의 단위 정보이고,
상기 지층 정보는, 단층으로부터의 거리이며,
상기 지도 작성부는,
Multiclass Classifier 알고리즘을 이용하여 산사태 취약성 모델을 수립하고, 이를 기반으로 대상 지역의 산사태 취약성 지도를 작성하는 것을 특징으로 하는 산사태 취약성 지도 작성 장치.
A data input unit for providing an interface for receiving pre-investigation result data for a target area to be prepared for a landslide vulnerability map;
Environmental factor determination unit to select environmental factors necessary to calculate landslide vulnerability; And
In consideration of the preliminary survey result data and the environmental factors, including a map creation unit that establishes a landslide vulnerability model using a machine learning algorithm, and creates a landslide vulnerability map of a target area based on this,
The environmental factor determining unit,
Select environmental factors including topographic coefficients, hydrological factors, properties of land signs, soil thickness grades, forest factors, geological information, and strata information of the target area, and establish a spatial database for each environmental factor,
The terrain coefficients include slope, side, maximum curvature, profile curvature, convexity, texture, mid-slope position (MSP), topographic position index (TPI), and terrain durability index of the target area. (Terrain ruggedness index, TRI), the slope means the slope of the hill, the side surface means the steepest downhill road, the intermediate slope position represents the highest point value at the intermediate slope, the maximum curvature and the profile curvature Is a curvature function representing the shape of the topography, the convexity is described as a positive surface curvature and represents the ratio of convex-upward cells, and the texture is correlated with TRI and TPI, and TRI is Represents the amount of elevation difference between the surface and the surrounding area, including concave and convex, TPI represents the terrain slope location,
The hydrological element is a flow accumulation, a stream power index (SPI), and a topographic wetness index (TWI), and the flow accumulation represents a flow accumulation value through a valley, and the river power index ( SPI) represents the erosion power of the water stream, and Terrain Wetness Index (TWI) represents the steady state wetting index used to quantify terrain control for hydrological processes,
The property of the land sign represents land use classified as settlement, grass, farm, forest, rice field, and road,
The soil thickness grade is divided into four grades: very shallow grade (0-19 cm), shallow grade (20-49 cm), medium grade (50-99 cm) and deep grade (> 100 cm),
The forest factors are forest type, forest diameter, forest density, and forest age,
The geological information is unit information of limestone,
The stratum information is the distance from the fault,
The map creation unit,
A landslide vulnerability mapping device, characterized by establishing a landslide vulnerability model using a multiclass classifier algorithm, and creating a landslide vulnerability map of a target area based on this.
삭제delete 청구항 9에 있어서,
상기 지도 작성부는 Multiclass Classifier 알고리즘 대신에 AdaBoost 알고리즘을 이용하여 산사태 취약성 모델을 수립하고, 이를 기반으로 대상 지역의 산사태 취약성 지도를 작성하는 것을 특징으로 하는 산사태 취약성 지도 작성 장치.
The method of claim 9,
The map preparation unit establishes a landslide vulnerability model using an AdaBoost algorithm instead of a Multiclass Classifier algorithm, and creates a landslide vulnerability map of a target area based on this.
청구항 9에 있어서,
상기 지도 작성부는 Multiclass Classifier 알고리즘 대신에 LogitBoost 알고리즘을 이용하여 산사태 취약성 모델을 수립하고, 이를 기반으로 대상 지역의 산사태 취약성 지도를 작성하는 것을 특징으로 하는 산사태 취약성 지도 작성 장치.
The method of claim 9,
The map preparation unit establishes a landslide vulnerability model using a LogitBoost algorithm instead of a Multiclass Classifier algorithm, and creates a landslide vulnerability map of a target area based on this.
삭제delete 청구항 9에 있어서,
상기 지도 작성부는 Multiclass Classifier 알고리즘 대신에 Bagging 알고리즘을 이용하여 산사태 취약성 모델을 수립하고, 이를 기반으로 대상 지역의 산사태 취약성 지도를 작성하는 것을 특징으로 하는 산사태 취약성 지도 작성 장치.
The method of claim 9,
The map preparation unit establishes a landslide vulnerability model using a bagging algorithm instead of a multiclass classifier algorithm, and creates a landslide vulnerability map of a target area based on this.
청구항 9에 있어서,
상기 지도 작성부는 Multiclass Classifier 알고리즘 대신에 ANN(Artificial Neural Network) 알고리즘을 이용하여 산사태 취약성 모델을 수립하고, 이를 기반으로 대상 지역의 산사태 취약성 지도를 작성하는 것을 특징으로 하는 산사태 취약성 지도 작성 장치.
The method of claim 9,
The map creation unit establishes a landslide vulnerability model using an artificial neural network (ANN) algorithm instead of a multiclass classifier algorithm, and creates a landslide vulnerability map of a target area based on this.
청구항 9에 있어서,
상기 지도 작성부는 Multiclass Classifier 알고리즘 대신에 SVM(Support Vector Machine) 알고리즘을 이용하여 산사태 취약성 모델을 수립하고, 이를 기반으로 대상 지역의 산사태 취약성 지도를 작성하는 것을 특징으로 하는 산사태 취약성 지도 작성 장치.
The method of claim 9,
The map preparation unit establishes a landslide vulnerability model using a Support Vector Machine (SVM) algorithm instead of a multiclass classifier algorithm, and creates a landslide vulnerability map of a target area based on this.
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