KR102307898B1 - Groundwater potential mapping using integrated ensemble of three bivariate statistical models with random froest and logistic tree models - Google Patents

Groundwater potential mapping using integrated ensemble of three bivariate statistical models with random froest and logistic tree models Download PDF

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Abstract

랜덤 포레스트 및 로지스틱 트리 모델을 가진 세가지 이변수 통계 모델의 통합 앙상블을 이용한 지하수 가능성 매핑 기술이 개시된다. 지하수 가능성 매핑 방법은, 대상 지역의 지형 파라미터(Topographic Parameters)와 수문학적 파라미터(Hydrological Parameters)를 포함하는 유효 인자를 선택하는 단계; 및 상기 유효 인자를 이용한 이변수 통계 모델(Bivariate Statistical Model)을 통해 지하수 가능성 맵(groundwater potential map)을 생성하는 단계를 포함한다.A groundwater potential mapping technique using an integrated ensemble of three bivariate statistical models with random forest and logistic tree models is disclosed. The groundwater possibility mapping method includes the steps of selecting effective factors including topographic parameters and hydrological parameters of a target area; and generating a groundwater potential map through a bivariate statistical model using the effective factor.

Description

랜덤 포레스트 및 로지스틱 트리 모델을 가진 세가지 이변수 통계 모델의 통합 앙상블을 이용한 지하수 가능성 매핑{GROUNDWATER POTENTIAL MAPPING USING INTEGRATED ENSEMBLE OF THREE BIVARIATE STATISTICAL MODELS WITH RANDOM FROEST AND LOGISTIC TREE MODELS}GROUNDWATER POTENTIAL MAPPING USING INTEGRATED ENSEMBLE OF THREE BIVARIATE STATISTICAL MODELS WITH RANDOM FROEST AND LOGISTIC TREE MODELS

아래의 설명은 지하수 가능성 매핑(GPM, groundwater potential mapping) 기술에 관한 것이다.The description below relates to groundwater potential mapping (GPM) technology.

최근 수십 년 동안 많은 국가에서 인구 증가와 산업화로 인해 지하수가 가장 큰 천연 자원 중 하나로 확인되고 있다. 지하수는 식수에 필요한 물의 약 50%, 산업에 필요한 물의 40%, 농업에 필요한 물의 20%를 제공한다. 지표수에 비한 지하수의 장점 중 하나는 자연적으로 저장되고, 넓은 지역을 차지하지 않으며, 증발로부터 안전하고, 오염과 갑작스런 가뭄에 덜 영향을 받으며, 모든 계절에 사용할 수 있다는 것이다. 다양한 목적을 위한 지하수 사용이 증가하고 있고 대부분의 대수층 및 지하수 저수지가 과도하게 개발되어 있다는 점을 고려할 때 지하수 가능성이 다양한 지역을 식별하는 것이 중요하다. 지하수 저장 가능성은 대수층의 최대 영구 저장량과 관련이 있다. 지하수 가능성 정보는 지역의 의사결정에 중요한 역할을 할 수 있다. 이란과 같은 개발도상국이 수문학적 정보에 접근하는데 많은 제약을 받고 있다는 사실을 고려할 때, 지하수 시스템의 현재 상태를 파악하는 것이 필수적이다.Groundwater has been identified as one of the largest natural resources in many countries in recent decades due to population growth and industrialization. Groundwater provides about 50% of the water needed for drinking water, 40% of the water needed for industry and 20% of the water needed for agriculture. One of the advantages of groundwater over surface water is that it is stored naturally, does not occupy a large area, is safe from evaporation, is less susceptible to pollution and sudden drought, and can be used in all seasons. Given the growing use of groundwater for a variety of purposes and the over-exploitation of most aquifers and groundwater reservoirs, it is important to identify areas of varying potential for groundwater. Groundwater storage potential is related to the maximum permanent storage of aquifers. Groundwater potential information can play an important role in local decision-making. Given the fact that developing countries such as Iran have limited access to hydrological information, it is essential to understand the current state of the groundwater system.

굴착, 지구물리적, 지질학적 방법과 같은 전통적인 지하수 탐사 방법은 높은 비용과 많은 시간, 인력을 필요로 한다. 예컨대, 한국등록특허 제10-1718522호에는 청정 지하 저수지 적합지 선정 시스템 및 그 방법이 개시되어 있다.Conventional groundwater exploration methods such as excavation, geophysical and geological methods require high cost, time, and manpower. For example, Korean Patent Registration No. 10-1718522 discloses a system and method for selecting a suitable site for a clean underground reservoir.

GIS와 RS(원격 감지) 방법은 지하수 가능성 맵(GPM)을 준비하는 데 매우 효과적이며 지하수 연구의 정확성과 속도를 개선할 수 있다. GIS 기반 GPM에는 주파수 비율(FR), 확실성 계수(CF), 증거 신뢰 함수(EBF), 로지스틱 회귀(LR), 증거 가중치(WOE), 엔트로피 등의 다양한 방법이 사용되고 있다. 랜덤 포레스트(RF), 로지스틱 모델 트리(LMT), 결정 트리(DT), 분류 및 회귀 트리(CART), 인공신경망(ANN), 지원 벡터 머신(SVM) 및 메타휴리스틱(metaheuristic) 알고리즘의 앙상블 등 최근 IT 및 빅데이터의 발전으로 데이터 마이닝 알고리즘은 ANFIS(적응적 neuro-fuzzy 추론 시스템)와 함께 GPM에서 광범위하게 사용되고 있다.GIS and RS (remote sensing) methods are very effective in preparing groundwater potential maps (GPMs) and can improve the accuracy and speed of groundwater studies. Various methods such as frequency ratio (FR), certainty factor (CF), evidence confidence function (EBF), logistic regression (LR), weight of evidence (WOE), and entropy are used in GIS-based GPM. Random forest (RF), logistic model tree (LMT), decision tree (DT), classification and regression tree (CART), artificial neural network (ANN), support vector machine (SVM) and ensemble of metaheuristic algorithms. With the advancement of IT and big data, data mining algorithms are being widely used in GPM together with ANFIS (Adaptive Neuro-fuzzy Reasoning System).

지하수 데이터 분석에는 비선형 관계, 상호작용 및 손실 정보를 제어할 수 있는 강력하고 유연한 분석 방법이 필요하다. 또한 이러한 방법으로 결과를 이해하고 제시하는 것은 간단하고 쉽게 해석할 수 있어야 한다. 결정 트리(DT)는 분류와 해석이 쉽지만, 가장 큰 약점은 적합 모형의 분산이 커서 분류를 해석하기 어렵다는 것이다.Groundwater data analysis requires powerful and flexible analytical methods that can control non-linear relationships, interactions, and loss information. Also, understanding and presenting the results in this way should be simple and easily interpretable. Decision tree (DT) is easy to classify and interpret, but its biggest weakness is that the variance of the fitted model is large, making it difficult to interpret classification.

본 발명은 평원에 대한 지하수 가능성 맵(GPM)을 작성하기 위해 FR(주파수 비율), CF(확실성 계수), EBF(증거 신뢰 함수), RF(랜덤 포레스트) 및 LMT(로지스틱 모델 트리)를 포함하는 이변수 통계 모델을 사용한 새로운 앙상블 데이터 마이닝 접근방식을 적용한다.The present invention includes FR (Frequency Ratio), CF (Certainty Factor), EBF (Evidence Confidence Function), RF (Random Forest) and LMT (Logistic Model Tree) to create a Groundwater Probability Map (GPM) for a plain. We apply a novel ensemble data mining approach using a bivariate statistical model.

랜덤 포레스트(RF)와 로지스틱 모델 트리(LMT)는 GPM 분야에서 가장 강력한 방법 중 하나이다. 데이터 마이닝 알고리즘에서 중요한 문제 중 하나는 정확도를 높이기 위해 데이터를 사전 처리하고 준비하고 알고리즘에 가장 적합한 입력 데이터를 선택하는 것이다. GPM을 제공하기 위해 이변수 통계 모델과 데이터 마이닝 알고리즘의 결합을 사용한 연구는 없다. 본 발명은 랜덤 포레스트(RF)와 로지스틱 모델 트리(LMT)가 포함된 세 가지 이변수 통계 모델(FR, EBF 및 CF)을 사용하여 GPM을 준비하고 평원에 가장 적합한 하이브리드 모델을 선택하는 것을 목표로 한다.Random Forest (RF) and Logistic Model Tree (LMT) are among the most powerful methods in the field of GPM. One of the important issues in data mining algorithms is to preprocess and prepare the data to increase accuracy and select the best input data for the algorithm. There are no studies that have used a combination of bivariate statistical models and data mining algorithms to provide a GPM. The present invention aims to prepare GPM using three bivariate statistical models (FR, EBF, and CF) including random forest (RF) and logistic model tree (LMT) and select the most suitable hybrid model for plains. do.

컴퓨터 시스템에서 실행되는 지하수 가능성 매핑 방법에 있어서, 상기 컴퓨터 시스템은 메모리에 포함된 컴퓨터 판독가능한 명령들을 실행하도록 구성된 적어도 하나의 프로세서를 포함하고, 상기 지하수 가능성 매핑 방법은, 상기 적어도 하나의 프로세서에 의해, 대상 지역의 지형 파라미터(Topographic Parameters)와 수문학적 파라미터(Hydrological Parameters)를 포함하는 유효 인자를 선택하는 단계; 및 상기 적어도 하나의 프로세서에 의해, 상기 유효 인자를 이용한 이변수 통계 모델(Bivariate Statistical Model)을 통해 지하수 가능성 맵(groundwater potential map)을 생성하는 단계를 포함하는 지하수 가능성 매핑 방법을 제공한다.A method of groundwater potential mapping executed on a computer system, the computer system comprising at least one processor configured to execute computer readable instructions contained in a memory, the method comprising: , selecting effective factors including topographic parameters and hydrological parameters of the target area; and generating, by the at least one processor, a groundwater potential map through a bivariate statistical model using the effective factor.

일 측면에 따르면, 상기 선택하는 단계는, 고도(altitude), 경사각(slope angle), 경사면(slope aspect), 경사 길이(slope length), 평면 곡률(plan curvature), 종단 곡률(profile curvature) 중 적어도 하나를 포함하는 지형 파라미터를 선택하는 단계; 및 TWI(topographic wetness index), 강과의 거리(distance from river), 배수 밀도(drainage density) 중 적어도 하나를 포함하는 수문학적 파라미터를 선택하는 단계를 포함할 수 있다.According to one aspect, the selecting step includes at least one of an altitude, a slope angle, a slope aspect, a slope length, a plan curvature, and a profile curvature. selecting a terrain parameter comprising one; and selecting a hydrological parameter including at least one of a topographic wetness index (TWI), a distance from a river, and a drainage density.

다른 측면에 따르면, 상기 선택하는 단계는, 암질(lithology), 단층 거리(distance from fault), 단층 밀도(fault density) 중 적어도 하나를 포함하는 지질 파라미터(Geological Parameters), 강우량(rainfall)을 포함하는 기후 파라미터(Climate Parameters), 토지 이용(land use)과 토양(soil) 중 적어도 하나를 포함하는 생태학적 파라미터(Ecological Parameters) 중 적어도 하나를 더 선택하는 단계를 더 포함할 수 있다.According to another aspect, the selecting comprises: Geological parameters including at least one of lithology, distance from fault, and fault density, rainfall. The method may further include selecting at least one of climate parameters, and ecological parameters including at least one of land use and soil.

또 다른 측면에 따르면, 상기 생성하는 단계는, RF(랜덤 포레스트) 모델과 LMT(로지스틱 모델 트리) 모델이 포함된 이변수 통계 모델을 통해 상기 지하수 가능성 맵을 생성할 수 있다.According to another aspect, in the generating, the groundwater likelihood map may be generated through a bivariate statistical model including a random forest (RF) model and a logistic model tree (LMT) model.

또 다른 측면에 따르면, 상기 생성하는 단계는, FR(frequency ratio) 모델, CF(certainty factor) 모델, EBF(evidential belief function) 모델, RF(랜덤 포레스트) 모델, 및 LMT(로지스틱 모델 트리) 중 두 개의 모델이 포함된 이변수 통계 모델을 통해 상기 지하수 가능성 맵을 생성할 수 있다.According to another aspect, the generating includes two of a frequency ratio (FR) model, a certainty factor (CF) model, an evident belief function (EBF) model, a random forest (RF) model, and a logistic model tree (LMT). The groundwater potential map may be generated through a bivariate statistical model including a dog model.

또 다른 측면에 따르면, 상기 지하수 가능성 매핑 방법은, 상기 적어도 하나의 프로세서에 의해, ROC(receiver operating characteristic) 곡선과 AUC(area under curve)를 사용하여 상기 지하수 가능성 맵을 검증하는 단계를 더 포함할 수 있다.According to another aspect, the groundwater likelihood mapping method may further comprise, by the at least one processor, verifying, by the at least one processor, the groundwater likelihood map using a receiver operating characteristic (ROC) curve and an area under curve (AUC). can

컴퓨터 시스템에 있어서, 메모리에 포함된 컴퓨터 판독가능한 명령들을 실행하도록 구성된 적어도 하나의 프로세서를 포함하고, 상기 적어도 하나의 프로세서는, 대상 지역의 지형 파라미터와 수문학적 파라미터를 포함하는 유효 인자를 선택하는 과정; 및 상기 유효 인자를 RF(랜덤 포레스트) 모델과 LMT(로지스틱 모델 트리) 모델이 포함된 이변수 통계 모델의 입력 값으로 하여 지하수 가능성 맵을 생성하는 과정을 처리하는 컴퓨터 시스템을 제공한다.A computer system comprising: at least one processor configured to execute computer readable instructions contained in a memory, wherein the at least one processor is configured to select an effective factor comprising a topographical parameter and a hydrological parameter of a target area ; and using the effective factor as input values of a bivariate statistical model including a random forest (RF) model and a logistic model tree (LMT) model to provide a computer system that processes a process of generating a groundwater potential map.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 지하수 가능성 매핑(GPM) 방법의 예를 도시한 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 있어서 대상 지역의 예시를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 있어서 대상 지역의 암질 특성을 나타낸 것이다.
도 4 내지 도 18은 본 발명의 일실시예에 있어서 지하수 유효 인자들을 설명하기 위한 예시 도면이다.
도 19는 본 발명의 일실시예에 있어서 컴퓨터 시스템의 내부 구성의 일례를 설명하기 위한 블록도이다.
1 is a flowchart illustrating an example of a groundwater potential mapping (GPM) method according to an embodiment of the present invention.
2 shows an example of a target area according to an embodiment of the present invention.
3 shows the characteristics of rock quality of a target area according to an embodiment of the present invention.
4 to 18 are exemplary views for explaining the groundwater effective factors in an embodiment of the present invention.
19 is a block diagram for explaining an example of an internal configuration of a computer system according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 실시예들은 지하수 가능성 매핑(GPM, groundwater potential mapping) 기술에 관한 것이다.Embodiments of the present invention relate to groundwater potential mapping (GPM) technology.

본 명세서에서 구체적으로 개시되는 것들을 포함하는 실시예들은 평원에 대한 지하수 가능성 맵(GPM)을 작성하기 위해 FR(주파수 비율), CF(확실성 계수), EBF(증거 신뢰 함수), RF(랜덤 포레스트) 및 LMT(로지스틱 모델 트리)를 포함하는 이변수 통계 모델을 사용한 새로운 앙상블 데이터 마이닝 접근방식을 제공한다.Embodiments, including those specifically disclosed herein, provide FR (Frequency Ratio), CF (Correctiveness Factor), EBF (Evidence Confidence Function), RF (Random Forest) to create a groundwater likelihood map (GPM) for a plain. and LMT (Logistic Model Tree), a novel ensemble data mining approach using a bivariate statistical model.

랜덤 포레스트(RF)와 로지스틱 모델 트리(LMT)는 GPM 분야에서 가장 강력한 방법 중 하나이다. 데이터 마이닝 알고리즘에서 중요한 문제 중 하나는 정확도를 높이기 위해 데이터를 사전 처리하고 준비하고 알고리즘에 가장 적합한 입력 데이터를 선택하는 것이다. GPM을 제공하기 위해 이변수 통계 모델과 데이터 마이닝 알고리즘의 결합을 사용한 연구는 없다. 본 발명은 랜덤 포레스트(RF)와 로지스틱 모델 트리(LMT)가 포함된 세 가지 이변수 통계 모델(FR, EBF 및 CF)을 사용하여 GPM을 준비하고 평원에 가장 적합한 하이브리드 모델을 선택하는 것을 목표로 한다.Random Forest (RF) and Logistic Model Tree (LMT) are among the most powerful methods in the field of GPM. One of the important issues in data mining algorithms is to preprocess and prepare the data to increase accuracy and select the best input data for the algorithm. There are no studies that have used a combination of bivariate statistical models and data mining algorithms to provide a GPM. The present invention aims to prepare GPM using three bivariate statistical models (FR, EBF, and CF) including random forest (RF) and logistic model tree (LMT) and select the most suitable hybrid model for plains. do.

본 발명에서는 지하수 가능성 맵(GPM)을 제공하기 위해 다섯 단계를 포함할 수 있다. 첫 단계에서는 연구 대상 지역의 특성을 설명하고 기존의 우물을 파악한다. 두 번째 단계에서는 필요한 데이터를 수집하고 효과적인 기준에 대한 공간 데이터베이스를 구축한다. 이때, 잘 분포된 고도, 경사각, 경사면, 평면 곡률, 종단 곡률, 경사길이, 지형 습도 지수(TWI), 강우량, 강과의 거리, 단층 거리, 배수 밀도, 단층 밀도, 암질, 토지 이용 및 토양 등 15개 인자를 선택하여 모델링할 수 있도록 준비한다. 세 번째 단계에서는 기존 우물과 유효 기준 사이의 FR, CF, EBF 모델을 사용하여 공간 관계를 계산한다. 네 번째 단계에서는 세 가지 통계 모델의 가중치를 RF 및 LMT 모델의 입력 값으로 간주하여 GPM을 생성한다. 다섯 번째 단계에서는 ROC와 AUC를 사용하여 GPM을 검증하고 마침내 최고의 모델을 선택한다. 도 1은 본 발명에 따른 지하수 가능성 매핑(GPM) 방법의 예를 도시한 것이다.The present invention may include five steps to provide a groundwater potential map (GPM). The first step is to characterize the area being studied and identify existing wells. In the second stage, the necessary data is collected and a spatial database of effective criteria is established. At this time, well-distributed elevation, slope angle, slope, plane curvature, longitudinal curvature, slope length, terrain humidity index (TWI), rainfall, distance from river, fault distance, drainage density, fault density, rock quality, land use and soil 15 Prepare for modeling by selecting individual factors. In the third step, spatial relationships are calculated using the FR, CF, and EBF models between the existing well and the effective reference. In the fourth step, the weights of the three statistical models are considered as input values of the RF and LMT models to generate the GPM. In the fifth step, the GPM is verified using ROC and AUC and finally the best model is selected. 1 shows an example of a groundwater potential mapping (GPM) method according to the present invention.

대상 지역target area

예를 들어, Booshehr 평원은 51°20‘과 52°10’의 동경과 27°50‘과 28°30’의 북위 사이에서 이란 남동부에 있는 2696㎢의 지역에 있다. Booshehr 평원의 많은 부분이 저고도에 있다. Booshehr 평원의 고도는 해수면 높이 기준 3m에서 1490m 사이이다. 이 지역에서의 연평균 기온은 24°C이며 최고 기온은 여름철 50°C이다. 강우량은 평균 255mm 이하로 낮다. 대부분의 비가 11월과 5월 사이에 내린다. 봄과 가을의 강우는 강하고 짧으며 겨울에 희박하고 불규칙하다. 이 지역의 연평균 습도는 71% 이상이다. 도 2는 지하수 가능성 맵핑(GPM)을 위한 대상 지역의 예시를 나타내고 있고, 도 3은 지역 암질 단위에 대한 파라미터를 나타내고 있다.For example, the Booshehr Plain lies on an area of 2696 km2 in southeastern Iran between 51°20' and 52°10' east longitude and 27°50' and 28°30' north latitude. Much of the Bushehr Plain is at low elevations. The elevation of the Bushehr Plain is between 3 and 1490 m above sea level. The average annual temperature in this area is 24°C and the highest temperature is 50°C in summer. Rainfall is low, with an average of less than 255 mm. Most of the rain falls between November and May. Rainfall in spring and autumn is strong and short, and sparse and irregular in winter. The average annual humidity in this area is over 71%. FIG. 2 shows an example of a target area for groundwater potential mapping (GPM), and FIG. 3 shows parameters for a local rock quality unit.

우물 목록well list

지하수 우물에 대한 정보는 Booshehr Province의 수자원 관리부에서 제공된 것이다. 이전 연구와 수질 관리 보고서에 따르면, 각각 높은 가능성의 지하수 우물(

Figure 112019133351279-pat00001
11m3/h)과 평균 pH, 6.9와 495 μmhos/cm의 전기전도도(EC) 데이터가 사용된다. 우물들을 랜덤으로 두 개의 훈련과 시험 데이터 세트로 나뉜다. 총 장소(238개 우물)의 70%를 훈련으로, 나머지 우물(30%, 101개 우물)을 검증으로 간주한다. 우물 위치는 도 2와 같다.Information on groundwater wells is provided by the Department of Water Resources Management, Bushehr Province. According to previous studies and water quality management reports, each of the high-probability groundwater wells (
Figure 112019133351279-pat00001
11 m 3 /h) and average pH, electrical conductivity (EC) data of 6.9 and 495 μmhos/cm are used. The wells are randomly divided into two training and test data sets. Consider 70% of the total sites (238 wells) as training and the remaining wells (30%, 101 wells) as validation. The well location is shown in FIG. 2 .

조건 인자(Conditioning Factors)Conditioning Factors

(1) 지형 파라미터(Topographic Parameters)(1) Topographic Parameters

디지털 고도 모델 (DEM)은 30m×30m의 공간 해상도로 다운로드된 것이다. 고도, 종단 곡률, 경사 길이, 경사각, 평면 곡률 및 경사면으로 구성된 대상 지역의 지형 파라미터를 DEM에서 얻을 수 있다. 모든 지도의 분류는 그 지역의 특징과 이전의 연구뿐만 아니라 자연적인 단절 기법에 기초한다. 다양한 고도는 서로 다른 기후 조건을 생성하여 다른 유형의 식물과 토양을 생성한다.The digital elevation model (DEM) was downloaded with a spatial resolution of 30 m × 30 m. The topographical parameters of the target area consisting of elevation, longitudinal curvature, slope length, slope angle, planar curvature and slope can be obtained from DEM. The classification of all maps is based on the characteristics of the area and on previous studies as well as on natural cleavage techniques. Different elevations create different climatic conditions, resulting in different types of plants and soils.

고도 지도는 5개 등급(108m 미만, 108-287m, 287-535m, 553-851m, 851m 초과)으로 구분한다(도 4).The elevation map is divided into five grades (less than 108 m, 108-287 m, 287-535 m, 553-851 m, greater than 851 m) (FIG. 4).

경사각은 주로 지하수 공급, 침투 및 유출 과정과 지하수 이동 속도를 제어한다. 경사각은 5개 등급으로 분류되며 0°-6°, 6°-14°, 14°-24°, 24°-39°, 39° 초과(도 5) 등이 있다.The angle of inclination mainly controls the groundwater supply, infiltration and runoff processes and the rate of groundwater movement. The angle of inclination is classified into five classes: 0°-6°, 6°-14°, 14°-24°, 24°-39°, and greater than 39° (Fig. 5).

경사면은 강우량과 지형학 과정에 의해 영향을 받고 강수량과 초목 유형에 영향을 끼친다. 경사면은 9개의 범주로 분류된다(도 6).Slopes are affected by rainfall and topographical processes and affect precipitation and vegetation types. The slopes are classified into nine categories (FIG. 6).

경사 길이는 저수지 면적과 경사 경사도의 함수로서 수학식 1에 의해 측정된다.The slope length is measured by Equation 1 as a function of the reservoir area and the slope slope.

[수학식 1][Equation 1]

Figure 112019133351279-pat00002
Figure 112019133351279-pat00002

여기서, LS는 경사 길이, BS는 저수지 면적(m2),

Figure 112019133351279-pat00003
는 경사각이다. 경사 길이는 5개 등급(0-10m, 10-20m, 20-30m, 30-40m, 40m 초과)으로 분류된다(도 7).where LS is the slope length, B S is the reservoir area (m 2 ),
Figure 112019133351279-pat00003
is the angle of inclination. The slope length is classified into 5 grades (0-10 m, 10-20 m, 20-30 m, 30-40 m, greater than 40 m) (FIG. 7).

평면 곡률은 흐름 수렴과 분산에 영향을 미치며, 종단 곡률은 최대 경사면 방향과 일치하고 주로 지표 흐름 속도에 영향을 미친다. 평면 곡률은 5개 등급(-2.22 100/m 미만, -2.22-0.8 100/m, 0.8-0.4 100/m, 0.4-2.2 100/m, 2.2 100/m 초과)으로 분류되고(도 8), 종단 곡률층은 5개 등급 (3.4 100/m 미만, -3.4-1 100/m, -1-0.4 100/m, -0.4-2.8 100/m, 2.8 100/m 초과)으로 분류된다(도 9).Planar curvature affects flow convergence and dispersion, and longitudinal curvature coincides with the maximum slope direction and mainly affects surface flow velocity. Planar curvature was classified into 5 classes (less than -2.22 100/m, -2.22-0.8 100/m, 0.8-0.4 100/m, 0.4-2.2 100/m, greater than 2.2 100/m) (Fig. 8), The longitudinal curvature layer is classified into five grades (less than 3.4 100/m, -3.4-1 100/m, -1-0.4 100/m, -0.4-2.8 100/m, greater than 2.8 100/m) (Fig. 9) ).

(2) 수문학적 파라미터(Hydrological Parameters)(2) Hydrological Parameters

수문학적 시스템에서는 강까지의 거리, TWI, 배수 밀도와 같은 수문학적 파라미터가 중요한 역할을 한다. 토양 수분에서는 경사 안정도, 지하수 흐름 및 TWI가 중요한 역할을 한다. TWI는 수문학적 과정에 대한 지형적 통제를 나타내며, 수학식 2와 같이 정의될 수 있다.In hydrological systems, hydrological parameters such as distance to river, TWI and drainage density play an important role. In soil moisture, slope stability, groundwater flow and TWI play important roles. TWI represents the topographical control over the hydrological process, and can be defined as Equation (2).

[수학식 2][Equation 2]

Figure 112019133351279-pat00004
Figure 112019133351279-pat00004

여기서, AS는 누적 상승 경사의 면적이고,

Figure 112019133351279-pat00005
는 라디언 경사각이다. TWI는 2.92 미만, 2.92-3.84, 3.84-4.69, 4.69-6.57, 6.57 초과의 5가지 등급으로 분류된다(도 10).where A S is the area of the cumulative ascending slope,
Figure 112019133351279-pat00005
is the angle of inclination in radians. TWI is classified into five grades: less than 2.92, 2.92-3.84, 3.84-4.69, 4.69-6.57, and greater than 6.57 (FIG. 10).

지역의 배수 시스템은 지질 형성, 토양 흡수 능력, 투과성 및 경사에 의존한다. 높은 배수 밀도는 표면 유출을 증가시키고 침투를 감소시킨다. 높은 배수 밀도 지역은 지하수 자원 생산에 적합하지 않다.Local drainage systems depend on geological formation, soil absorption capacity, permeability and slope. High drainage density increases surface runoff and reduces penetration. Areas of high drainage density are not suitable for the production of groundwater resources.

강까지의 거리는 100m 미만, 100-200m, 200-500m, 500-1000m, 1000-1500m, 1500-2000m, 2000m 초과의 7가지 등급으로 구분된다(도 11).The distance to the river is divided into seven grades of less than 100 m, 100-200 m, 200-500 m, 500-1000 m, 1000-1500 m, 1500-2000 m, and more than 2000 m (FIG. 11).

배수 밀도는 0.13km/km2 미만, 0.13-0.27km/km2, 0.27-0.4km/km2, 0.4-0.58km/km2, 0.58km/km2 초과의 5가지 등급으로 분류된다(도 12).Drainage density is 0.13 km/km 2 Less than 0.13-0.27 km/km 2 , 0.27-0.4 km/km 2 , 0.4-0.58 km/km 2 , and more than 0.58 km/km 2 are classified into five grades ( FIG. 12 ).

(3) 지질 파라미터(Geological Parameters)(3) Geological Parameters

암질은 수압 전도성을 통해 지하수 가능성에 영향을 미친다.Rock quality affects groundwater potential through hydraulic conductivity.

예를 들어, Booshehr 평원에서 암질 지도는 Qft2, MuPlaj, Plbk, Mmn, Mgs, Eoas-ja, KEpd-gu, Kbgp, JKkgp, OMr, Pc-ch를 포함한 11가지 종류가 있다(도 13).For example, in the Booshehr Plain, there are 11 types of rock quality maps including Qft2, MuPlaj, Plbk, Mmn, Mgs, Eoas-ja, KEpd-gu, Kbgp, JKkgp, OMr, and Pc-ch (Fig. 13).

단층은 주로 공간 네트워크의 분포와 지하수의 축적을 제어한다. Booshehr 평원의 단층부는 Booshehr 지방의 지질학적 지도에서 1:10만의 축척으로 결정되고, 단층으로부터의 거리가 생성되어 100m 미만, 100-200m, 200-500m, 500-1000m, 1000-2000m, 2000-5000m, 5000m 초과 등 7개 등급으로 분류된다(도 14).Faults primarily control the distribution of spatial networks and the accumulation of groundwater. The faults of the Booshehr Plain are determined on a scale of 1:100,000 on the geological maps of the Booshehr province, and the distances from the faults are created to be less than 100 m, 100-200 m, 200-500 m, 500-1000 m, 1000-2000 m, 2000-5000 m. , are classified into 7 grades, such as over 5000 m (FIG. 14).

단층 밀도는 5가지 등급으로 분류된다(0.03km/km2 미만, 0.03-0.09km/km2, 0.09-0.13km/km2, 0.13-0.19km/km2, 0.19km/km2 초과)(도 15).Fault densities are classified into five classes ( less than 0.03 km/km 2 , 0.03-0.09 km/km 2 , 0.09-0.13 km/km 2 , 0.13-0.19 km/km 2 , 0.19 km/km 2 ). excess) (Fig. 15).

(4) 기후 파라미터(Climate Parameters)(4) Climate Parameters

비는 지하수 재충전에 가장 큰 영향을 미치는 기후변수다. 강우는 분지 지역으로의 물의 흐름을 평가하고 분지의 영양 상태를 이해하는 데 매우 중요하다.Rain is the climatic variable that has the greatest impact on groundwater recharge. Rainfall is very important for evaluating the flow of water into the basin and understanding the trophic state of the basin.

강우량은 247mm 미만, 247-264mm, 264-281mm, 281-297mm, 297mm 초과의 5가지 등급으로 구분된다(도 16).The rainfall is divided into five grades of less than 247 mm, 247-264 mm, 264-281 mm, 281-297 mm, and more than 297 mm (FIG. 16).

(5) 생태학적 파라미터(Ecological Parameters)(5) Ecological Parameters

가장 중요한 생태학적 파라미터는 토지 이용과 토양이다. 토지 이용은 투과성, 유출 및 증발에 직간접적으로 영향을 미친다.The most important ecological parameters are land use and soil. Land use directly or indirectly affects permeability, runoff and evaporation.

토지 이용 지도는 맹그로브 숲, 숲, 도시, 염해지, 매우 낮은 숲, 낮은 범위 땅, 모래언덕, 중간 범위 땅, 조림, 바위 및 물 자체 등 11가지 등급으로 구분된다(도 17).The land use map is divided into 11 classes: mangrove forest, forest, urban, saltland, very low forest, low-range land, sand dune, mid-range land, reforestation, rock and water itself (FIG. 17).

지표 유출물과 지표 아래 유출물의 생성과 축적을 위한 주요 변수 중 하나는 토양 유형이다. 토양 지도는 세 개의 그룹(Entisols/Aridisoils, rock outcrops/Entisols, badlands)으로 분류된다(도 18).One of the key parameters for the generation and accumulation of surface runoff and subsurface runoff is soil type. The soil map is classified into three groups (Entisols/Aridisoils, rock outcrops/Entisols, badlands) (FIG. 18).

모델Model

(1) FR(frequency ratio) 모델(1) FR (frequency ratio) model

FR은 우물과 지하수의 유효 인자 사이의 관계를 보여준다. FR은 우물이 위치한 면적의 비율이다. 각 등급 또는 인자에 대한 FR 값을 계산하기 위해 비발생에 대한 우물 발생 대 비율을 구한다. FR 모델은 수학식 3을 통해 계산한다.FR shows the relationship between the effective factors of wells and groundwater. FR is the ratio of the area where the well is located. Calculate the ratio of well occurrences to nonoccurrences to calculate FR values for each class or factor. The FR model is calculated through Equation 3.

[수학식 3][Equation 3]

Figure 112019133351279-pat00006
Figure 112019133351279-pat00006

여기서,

Figure 112019133351279-pat00007
는 우물 위치와 함께 각 기준의 등급 별로 있는 픽셀의 총 값이고,
Figure 112019133351279-pat00008
는 각 기준 j의 등급 별로 있는 픽셀 수이며, m과 n은 각각 기준당 등급 수와 기준의 총 수이다.here,
Figure 112019133351279-pat00007
is the total number of pixels per class of each criterion, along with the well location,
Figure 112019133351279-pat00008
is the number of pixels per grade of each criterion j, and m and n are the number of grades per criterion and the total number of criteria, respectively.

본 발명에서는 지하수에 영향을 미치는 15개의 파라미터를 사용하고, 이러한 파라미터를 각각 기준이라고 하고, 각 기준을 다른 범주로 구분하여 각각 등급이라고 한다. FR 모델은 단순하고 이해할 수 있는 개념을 사용하지만, 각 인자의 이변수 통계 분석과 분류도 분석할 수 있다.In the present invention, 15 parameters affecting groundwater are used, each of these parameters is referred to as a standard, and each standard is classified into different categories and referred to as a grade. Although the FR model uses simple and understandable concepts, it can also analyze bivariate statistical analysis and classification of each factor.

(2) CF(certainty factor) 모델(2) CF (certainty factor) model

CF 모델은 GIS를 이용한 공간 데이터베이스에 결과를 통합한다. CF모델은 수학식 4를 각 계층의 우물 이벤트 빈도로 계산된다.The CF model integrates the results into a spatial database using GIS. The CF model is calculated using Equation 4 as the well event frequency of each layer.

[수학식 4][Equation 4]

Figure 112019133351279-pat00009
Figure 112019133351279-pat00009

여기서 ppa는 한 등급의 우물 조건부 가능성이고 pps는 해당 지역의 우물 이전 가능성이다. ppa는 한 등급의 우물 픽셀 수와 해당 등급의 총 픽셀의 비율이며, pps는 지도의 총 픽셀에 대한 대상 지역에 우물이 있는 픽셀의 비율이다.where pp a is the conditional probability of a well in a class and pp s is the likelihood of a well transfer in the area. pp a is the ratio of the number of well pixels in a class to the total pixels in that class, and pp s is the ratio of pixels with wells in the target area to the total pixels in the map.

CF 모델은 -1에서 +1까지 다양하며, 확실성의 증가를 나타내는 양의 값과 확실성의 감소를 나타내는 음의 값이 있다.The CF model ranges from -1 to +1, with positive values indicating an increase in certainty and negative values indicating a decrease in certainty.

(3) EBF(evidential belief function) 모델(3) EBF (evidential belief function) model

EBF 모델은 Dempster Shafer 이론에 기초한 통계적 이변수 기법이다. EBF 모델에서 Bel, Unc, Dis 및 Pls 매개변수는 각각 신뢰 순위, 불확실성의 순위, 불신도 및 신뢰성 등급이다. EBF 모델에서 Bel 파라미터는 비관적 모드와 낮은 확률 등을 고려하며, Pls 파라미터는 낙관적 모드와 높은 확률 상태를 고려하므로, Bel 파라미터의 값이 Pls 파라미터보다 작거나 같으며, 이 두 파라미터의 차이를 Unc라고 한다. EBF 모델에서 추출한 데이터는 유효 인자와 우물 발생 사이의 공간적 상관관계를 추정할 뿐만 아니라 각 등급 인자의 공간적 상관관계를 추정한다.The EBF model is a statistical bivariate technique based on the Dempster Shafer theory. In the EBF model, the Bel, Unc, Dis, and Pls parameters are confidence rank, uncertainty rank, distrust, and reliability rank, respectively. In the EBF model, the Bel parameter considers the pessimistic mode and low probability, and the Pls parameter considers the optimistic mode and the high probability state, so the value of the Bel parameter is less than or equal to the Pls parameter, and the difference between these two parameters is called Unc. do. The data extracted from the EBF model not only estimate the spatial correlation between effective factors and well occurrence, but also estimate the spatial correlation of each class factor.

EBF 모델은 수학식 5와 수학식 6을 통해 계산한다.The EBF model is calculated through Equations 5 and 6.

[수학식 5][Equation 5]

Figure 112019133351279-pat00010
Figure 112019133351279-pat00010

[수학식 6][Equation 6]

Figure 112019133351279-pat00011
Figure 112019133351279-pat00011

Cij(인자 별 각 등급)가 없을 때 기존 우물(즉, 지하수 발생)의 확률을 나타내는 조건부 확률은 수학식 6에 나타나 있다. WCijD는 우물이 부족한 대신 우물이 있다는 신뢰를 나타내는 Cij의 가중치다. 이러한 관계에서 m은 모델링에 대해 고려된 기준의 수를 나타내고, i는 기준별 각 등급을 나타내고, j는 각 기준을 나타낸다. 이러한 관계에서 N(T)과 N(D)은 각각 대상 지역의 총 픽셀 수와 대상 지역의 총 우물 픽셀 수를 나타낸다.A conditional probability representing the probability of an existing well (ie, groundwater generation) in the absence of C ij (each grade for each factor) is shown in Equation 6. WC ij D is the weight of C ij representing the confidence that wells exist instead of scarce. In this relationship, m denotes the number of criteria considered for modeling, i denotes each grade for each criterion, and j denotes each criterion. In this relationship, N(T) and N(D) represent the total number of pixels in the target region and the total number of well pixels in the target region, respectively.

(4) RF(random forest) 모델(4) RF (random forest) model

RF 모델은 분류에서 다양한 트리가 사용하는 데이터 마이닝 알고리즘 중 하나이다. RF 모델은 대상에 영향을 미치는 변수를 교체하고 변경함으로써 대량의 의사결정 트리를 생성한다. 그런 다음 예측에서 알고리즘은 모든 트리를 통합한다. 훈련 과정에서는 각 트리의 원래 데이터를 랜덤으로 선택한다. RF에는 3개의 사용자 정의 파라미터가 포함되어 있으며, 여기에는 각 트리의 구성에 사용되는 인자 수, 트리의 수 및 최소 트리 노드 수가 포함된다. 자율 트리의 강도를 높이고 그 사이의 상관관계를 줄임으로써 RF 모델의 예측력이 향상된다. RF 시스템은 트리를 성장시키기 위해 접근 가능한 모든 정보를 사용하지 않고, 부트스트랩(Bootstrap) 정보의 66%를 활용한다. 그런 다음 성장 단계에서 예측 변수가 랜덤으로 구현되고 트리에서 노드를 생성하기 위해 이 변수가 사용된다. 따라서, 의사결정 트리는 최대 크기로 생산된다. 트리 적합도 평가를 위해 나머지 정보도 33%를 활용한다. 이 과정은 여러 번 반복되며, 알고리즘의 최종 예측은 모든 예상 값의 평균으로 사용된다.The RF model is one of the data mining algorithms used by various trees in classification. The RF model creates a massive decision tree by replacing and changing the variables that affect the target. Then, in the prediction, the algorithm merges all the trees. In the training process, the original data of each tree is randomly selected. RF contains three user-defined parameters, which include the number of arguments used to construct each tree, the number of trees, and the minimum number of tree nodes. By increasing the strength of the autonomous tree and reducing the correlation between them, the predictive power of the RF model is improved. The RF system does not use all the accessible information to grow the tree, but utilizes 66% of the bootstrap information. Then, in the growth phase, predictor variables are implemented randomly and these variables are used to generate nodes in the tree. Thus, the decision tree is produced at its maximum size. 33% of the remaining information is also used to evaluate the tree fit. This process is repeated several times, and the final prediction of the algorithm is used as the average of all expected values.

(5) LMT(logistic model tree) 모델(5) LMT (logistic model tree) model

LMT 모델은 정량적 및 정성적 예측 변수의 집합을 기반으로 하는 정량 변수나 분류 변수를 예측하는 비모수적(nonparametric) 방법이다. 실제로 계층적 모델의 의사결정 트리는 독립 변수의 동종 지역으로 분해되어 돌아오는 의사결정 도구로 구성된다. 의사결정 트리는 범주나 가치로 이어지는 일련의 법칙을 정의하는 방법이다. 의사결정 트리의 구성 기법 사이의 차이점 중 하나는 이 거리를 측정하는 방법이다. 이산 변수를 예측하는 데 사용되는 의사결정 트리는 표본을 분류하기 때문에 분류 트리라고 불린다. 의사결정 트리를 회귀 트리라고 하며, 연속 변수를 예측하는 데 사용한다. 의사결정 트리의 목적은 일련의 규칙의 형태로 접근법을 발견하여 입력 인자 집합에서 추출한 예측의 결과를 제시하는 것이다. 분류 트리 모델은 로지스틱 회귀법과 의사결정 트리 학습의 조합이다. 로지스틱 유형 데이터의 증가를 분리하기 위해, LogitBoost 알고리즘을 사용하여 각 트리의 잎에서 LR 모델을 생성하고 CART 알고리즘을 사용하여 트리를 절단한다. 각 등급 C(우물 또는 우물이 없는)에 대해 LogitBoost 알고리즘은 최소 제곱을 가진 가산 인자의 로지스틱 회귀 분석을 수학식 7로 사용한다.The LMT model is a nonparametric method for predicting a quantitative variable or a classification variable based on a set of quantitative and qualitative predictor variables. In fact, the decision tree of the hierarchical model is composed of decision tools that are decomposed into homogeneous regions of independent variables. A decision tree is a way of defining a set of laws leading to a category or value. One of the differences between the construction techniques of decision trees is the method of measuring this distance. Decision trees used to predict discrete variables are called classification trees because they classify samples. Decision trees are called regression trees and are used to predict continuous variables. The purpose of a decision tree is to discover an approach in the form of a set of rules and present the results of predictions extracted from a set of input factors. A classification tree model is a combination of logistic regression and decision tree learning. To isolate the logistic-type data increments, we use the LogitBoost algorithm to create an LR model from the leaves of each tree and use the CART algorithm to truncate the tree. For each class C (well or no wells), the LogitBoost algorithm uses a logistic regression analysis of the addition factor with least squares as Equation (7).

[수학식 7][Equation 7]

Figure 112019133351279-pat00012
Figure 112019133351279-pat00012

[수학식 8][Equation 8]

Figure 112019133351279-pat00013
Figure 112019133351279-pat00013

여기서, c는 등급 번호이다where c is the class number

검증Verification

지하수 가능성 지도의 정확도는 ROC(receiver operating characteristic) 곡선 및 AUC(area under the curve)를 사용하여 파악할 수 있다. CF-RF, EBF-RF, FR-RF, CF-LMT, EBF-LMT, FR-LMT 방법을 사용하여 AUC를 파악함으로써 지하수 가능성 지도의 정확도를 검증할 수 있다.The accuracy of the groundwater potential map can be determined using a receiver operating characteristic (ROC) curve and an area under the curve (AUC). The accuracy of the groundwater potential map can be verified by determining the AUC using the CF-RF, EBF-RF, FR-RF, CF-LMT, EBF-LMT, and FR-LMT methods.

분류 결과를 평가하고 지정된 등급을 식별하는 능력을 평가하는 적절한 방법 중 하나는 ROC 곡선과 AUC를 사용하여 방법의 민감도를 검증하는 것이다. 감도는 분류된 값과 분류되지 않은 값 사이의 관계를 의미한다. ROC 곡선의 특정 등급에 대한 기준선으로부터의 편차가 클수록 분류자가 등급을 식별하는 데 더 효율적이다. 특정 등급의 추세 도표를 고려할 뿐만 아니라, AUC도 계산된다. 대상 지역은 랜덤으로 선택한 값이 올바르게 분류될 확률을 나타낸다. 더 높은 값은 방법의 신뢰성을 보여준다. 평가 지수는 목표 등급에 적절히 할당된 값(True Positive), 잘못된 등급에 할당된 값(False Positive), 정의된 등급에 할당되지 않은 값(True Negative) 및 잘못된 등급에 할당되지 않은 값(False Negative)을 평가한다. 평가 곡선은 수학식 9와 수학식 10으로 계산되는 수평축(X축)과 수직축(Y축)으로 구성된다.One of the appropriate methods for assessing classification results and for assessing the ability to identify assigned classes is to use ROC curves and AUC to validate the sensitivity of the method. Sensitivity refers to the relationship between classified and unclassified values. The greater the deviation from the baseline for a particular class in the ROC curve, the more efficient the classifier is at identifying the class. In addition to taking into account the trend chart of a particular class, the AUC is also calculated. The target area represents the probability that a randomly selected value will be correctly classified. A higher value indicates the reliability of the method. The rating indices are: values properly assigned to target ratings (True Positive), values assigned to incorrect ratings (False Positive), values not assigned to defined ratings (True Negative), and values not assigned to incorrect ratings (False Negative). evaluate The evaluation curve is composed of a horizontal axis (X axis) and a vertical axis (Y axis) calculated by Equations (9) and (10).

[수학식 9][Equation 9]

Figure 112019133351279-pat00014
Figure 112019133351279-pat00014

[수학식 10][Equation 10]

Figure 112019133351279-pat00015
Figure 112019133351279-pat00015

실제 출력이 양이고 예측 값이 양일 때 이 상태를 TP(True positive)이라고 하며, FN(False negative)은 실제 출력이 음이고 예측 값도 음인 상태를 나타낸다. TN(True negative)은 실제 출력이 양이고 예측 값이 음인 상태를 나타내며, FP(False Positive)는 실제 출력이 음이고 예측 값이 양인 상태를 말한다. 이러한 평가 지수는 혼동 매트릭스에서 도출되며 ROC 곡선은 이 기준에 따라 계산된다.When the actual output is positive and the predicted value is positive, this state is called TP (True Positive), and FN (False negative) indicates the state in which the actual output is negative and the predicted value is also negative. TN (True Negative) indicates a state in which the actual output is positive and the predicted value is negative, and FP (False Positive) indicates a state in which the actual output is negative and the predicted value is positive. These evaluation indices are derived from the confusion matrix and the ROC curve is calculated according to this criterion.

도 19는 본 발명의 일실시예에 따른 컴퓨터 시스템의 예를 도시한 블록도이다. 예를 들어, 본 발명의 실시예들에 따른 지하수 가능성 매핑 시스템은 도 19를 통해 도시된 컴퓨터 시스템(1900)에 의해 구현될 수 있다.19 is a block diagram illustrating an example of a computer system according to an embodiment of the present invention. For example, the groundwater potential mapping system according to embodiments of the present invention may be implemented by the computer system 1900 illustrated in FIG. 19 .

도 19에 도시된 바와 같이 컴퓨터 시스템(1900)은 본 발명의 실시예들에 따른 지하수 가능성 매핑 방법을 실행하기 위한 구성요소로서, 메모리(1910), 프로세서(1920), 통신 인터페이스(1930), 그리고 입출력 인터페이스(1940)를 포함할 수 있다.As shown in FIG. 19 , the computer system 1900 is a component for executing the groundwater potential mapping method according to embodiments of the present invention, and includes a memory 1910 , a processor 1920 , a communication interface 1930 , and It may include an input/output interface 1940 .

메모리(1910)는 컴퓨터에서 판독 가능한 기록매체로서, RAM(random access memory), ROM(read only memory) 및 디스크 드라이브와 같은 비소멸성 대용량 기록장치(permanent mass storage device)를 포함할 수 있다. 여기서 ROM과 디스크 드라이브와 같은 비소멸성 대용량 기록장치는 메모리(1910)와는 구분되는 별도의 영구 저장 장치로서 컴퓨터 시스템(1900)에 포함될 수도 있다. 또한, 메모리(1910)에는 운영체제와 적어도 하나의 프로그램 코드가 저장될 수 있다. 이러한 소프트웨어 구성요소들은 메모리(1910)와는 별도의 컴퓨터에서 판독 가능한 기록매체로부터 메모리(1910)로 로딩될 수 있다. 이러한 별도의 컴퓨터에서 판독 가능한 기록매체는 플로피 드라이브, 디스크, 테이프, DVD/CD-ROM 드라이브, 메모리 카드 등의 컴퓨터에서 판독 가능한 기록매체를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서 소프트웨어 구성요소들은 컴퓨터에서 판독 가능한 기록매체가 아닌 통신 인터페이스(1930)를 통해 메모리(1910)에 로딩될 수도 있다. 예를 들어, 소프트웨어 구성요소들은 네트워크(1960)를 통해 수신되는 파일들에 의해 설치되는 컴퓨터 프로그램에 기반하여 컴퓨터 시스템(1900)의 메모리(1910)에 로딩될 수 있다.The memory 1910 is a computer-readable recording medium and may include a random access memory (RAM), a read only memory (ROM), and a permanent mass storage device such as a disk drive. Here, a non-volatile mass storage device such as a ROM and a disk drive may be included in the computer system 1900 as a separate permanent storage device distinct from the memory 1910 . Also, an operating system and at least one program code may be stored in the memory 1910 . These software components may be loaded into the memory 1910 from a computer-readable recording medium separate from the memory 1910 . The separate computer-readable recording medium may include a computer-readable recording medium such as a floppy drive, a disk, a tape, a DVD/CD-ROM drive, and a memory card. In another embodiment, the software components may be loaded into the memory 1910 through the communication interface 1930 instead of a computer-readable recording medium. For example, software components may be loaded into memory 1910 of computer system 1900 based on computer programs installed by files received over network 1960 .

프로세서(1920)는 기본적인 산술, 로직 및 입출력 연산을 수행함으로써, 컴퓨터 프로그램의 명령을 처리하도록 구성될 수 있다. 명령은 메모리(1910) 또는 통신 인터페이스(1930)에 의해 프로세서(1920)로 제공될 수 있다. 예를 들어 프로세서(1920)는 메모리(1910)와 같은 기록 장치에 저장된 프로그램 코드에 따라 수신되는 명령을 실행하도록 구성될 수 있다.The processor 1920 may be configured to process instructions of a computer program by performing basic arithmetic, logic, and input/output operations. Instructions may be provided to processor 1920 by memory 1910 or communication interface 1930 . For example, the processor 1920 may be configured to execute a received instruction according to program code stored in a recording device such as the memory 1910 .

통신 인터페이스(1930)은 네트워크(1960)를 통해 컴퓨터 시스템(1900)이 다른 장치와 서로 통신하기 위한 기능을 제공할 수 있다. 일례로, 컴퓨터 시스템(1900)의 프로세서(1920)가 메모리(1910)와 같은 기록 장치에 저장된 프로그램 코드에 따라 생성한 요청이나 명령, 데이터, 파일 등이 통신 인터페이스(1930)의 제어에 따라 네트워크(1960)를 통해 다른 장치들로 전달될 수 있다. 역으로, 다른 장치로부터의 신호나 명령, 데이터, 파일 등이 네트워크(1960)를 거쳐 컴퓨터 시스템(1900)의 통신 인터페이스(1930)를 통해 컴퓨터 시스템(1900)으로 수신될 수 있다. 통신 인터페이스(1930)를 통해 수신된 신호나 명령, 데이터 등은 프로세서(1920)나 메모리(1910)로 전달될 수 있고, 파일 등은 컴퓨터 시스템(1900)이 더 포함할 수 있는 저장 매체(상술한 영구 저장 장치)로 저장될 수 있다.The communication interface 1930 may provide functions for the computer system 1900 to communicate with each other with other devices over the network 1960 . For example, a request, command, data, file, etc. generated by the processor 1920 of the computer system 1900 according to the program code stored in a recording device such as the memory 1910 is transmitted to the network ( 1960) to other devices. Conversely, signals, commands, data, files, etc. from other devices may be received by the computer system 1900 via the communication interface 1930 of the computer system 1900 via the network 1960 . A signal, command, or data received through the communication interface 1930 may be transferred to the processor 1920 or the memory 1910 , and the file, etc. may be a storage medium (described above) that the computer system 1900 may further include. persistent storage).

통신 방식은 제한되지 않으며, 네트워크(1960)가 포함할 수 있는 통신망(일례로, 이동통신망, 유선 인터넷, 무선 인터넷, 방송망)을 활용하는 통신 방식뿐만 아니라 기기들간의 근거리 유선/무선 통신 역시 포함될 수 있다. 예를 들어, 네트워크(1960)는, PAN(personal area network), LAN(local area network), CAN(campus area network), MAN(metropolitan area network), WAN(wide area network), BBN(broadband network), 인터넷 등의 네트워크 중 하나 이상의 임의의 네트워크를 포함할 수 있다. 또한, 네트워크(1960)는 버스 네트워크, 스타 네트워크, 링 네트워크, 메쉬 네트워크, 스타-버스 네트워크, 트리 또는 계층적(hierarchical) 네트워크 등을 포함하는 네트워크 토폴로지 중 임의의 하나 이상을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.The communication method is not limited, and short-distance wired/wireless communication between devices as well as a communication method using a communication network (eg, mobile communication network, wired Internet, wireless Internet, broadcasting network) that the network 1960 may include may also be included. have. For example, the network 1960 may include a personal area network (PAN), a local area network (LAN), a campus area network (CAN), a metropolitan area network (MAN), a wide area network (WAN), and a broadband network (BBN). , the Internet, and the like. In addition, the network 1960 may include any one or more of a network topology including a bus network, a star network, a ring network, a mesh network, a star-bus network, a tree or a hierarchical network, etc. not limited

입출력 인터페이스(1940)는 입출력 장치(1950)와의 인터페이스를 위한 수단일 수 있다. 예를 들어, 입력 장치는 마이크, 키보드, 카메라 또는 마우스 등의 장치를, 그리고 출력 장치는 디스플레이, 스피커와 같은 장치를 포함할 수 있다. 다른 예로 입출력 인터페이스(1940)는 터치스크린과 같이 입력과 출력을 위한 기능이 하나로 통합된 장치와의 인터페이스를 위한 수단일 수도 있다. 입출력 장치(1950)는 컴퓨터 시스템(1900)과 하나의 장치로 구성될 수도 있다.The input/output interface 1940 may be a means for an interface with the input/output device 1950 . For example, the input device may include a device such as a microphone, keyboard, camera, or mouse, and the output device may include a device such as a display or speaker. As another example, the input/output interface 1940 may be a means for an interface with a device in which functions for input and output are integrated into one, such as a touch screen. The input/output device 1950 may be configured as one device with the computer system 1900 .

이러한 도 19의 실시예는, 컴퓨터 시스템(1900)의 일례일 뿐이고, 컴퓨터 시스템(1900)은 도 19에 도시되지 않은 추가의 컴포넌트를 더 구비하거나, 2개 이상의 컴포넌트를 결합시키는 구성 또는 배치를 가질 수 있다. 컴퓨터 시스템(1900)에 포함 가능한 컴포넌트들은 하나 이상의 신호 처리 또는 어플리케이션에 특화된 집적 회로를 포함하는 하드웨어, 소프트웨어, 또는 하드웨어 및 소프트웨어 양자의 조합으로 구현될 수 있다.This embodiment of FIG. 19 is only an example of the computer system 1900, and the computer system 1900 further includes additional components not shown in FIG. 19, or may have a configuration or arrangement combining two or more components. can The components that may be included in the computer system 1900 may be implemented in hardware, software, or a combination of both hardware and software including one or more signal processing or application-specific integrated circuits.

이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPGA(field programmable gate array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 어플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.The device described above may be implemented as a hardware component, a software component, and/or a combination of the hardware component and the software component. For example, the devices and components described in the embodiments may include a processor, a controller, an arithmetic logic unit (ALU), a digital signal processor, a microcomputer, a field programmable gate array (FPGA), and a programmable logic unit (PLU). It may be implemented using one or more general purpose or special purpose computers, such as a logic unit, microprocessor, or any other device capable of executing and responding to instructions. The processing device may execute an operating system (OS) and one or more software applications running on the operating system. The processing device may also access, store, manipulate, process, and generate data in response to execution of the software. For convenience of understanding, although one processing device is sometimes described as being used, one of ordinary skill in the art will recognize that the processing device includes a plurality of processing elements and/or a plurality of types of processing elements. It can be seen that can include For example, the processing device may include a plurality of processors or one processor and one controller. Other processing configurations are also possible, such as parallel processors.

소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 컴퓨터 저장 매체 또는 장치에 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.The software may comprise a computer program, code, instructions, or a combination of one or more thereof, which configures a processing device to operate as desired or is independently or collectively processed You can command the device. The software and/or data may be embodied in any type of machine, component, physical device, computer storage medium or device for interpretation by or providing instructions or data to the processing device. have. The software may be distributed over networked computer systems, and stored or executed in a distributed manner. Software and data may be stored in one or more computer-readable recording media.

실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 이때, 매체는 컴퓨터로 실행 가능한 프로그램을 계속 저장하거나, 실행 또는 다운로드를 위해 임시 저장하는 것일 수도 있다. 또한, 매체는 단일 또는 수 개의 하드웨어가 결합된 형태의 다양한 기록수단 또는 저장수단일 수 있는데, 어떤 컴퓨터 시스템에 직접 접속되는 매체에 한정되지 않고, 네트워크 상에 분산 존재하는 것일 수도 있다. 매체의 예시로는, 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM 및 DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical medium), 및 ROM, RAM, 플래시 메모리 등을 포함하여 프로그램 명령어가 저장되도록 구성된 것이 있을 수 있다. 또한, 다른 매체의 예시로, 어플리케이션을 유통하는 앱 스토어나 기타 다양한 소프트웨어를 공급 내지 유통하는 사이트, 서버 등에서 관리하는 기록매체 내지 저장매체도 들 수 있다.The method according to the embodiment may be implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer means and recorded in a computer-readable medium. In this case, the medium may be to continuously store the program executable by the computer, or to temporarily store the program for execution or download. In addition, the medium may be a variety of recording means or storage means in the form of a single or several hardware combined, it is not limited to a medium directly connected to any computer system, and may exist distributed on a network. Examples of the medium include a hard disk, a magnetic medium such as a floppy disk and a magnetic tape, an optical recording medium such as CD-ROM and DVD, a magneto-optical medium such as a floppy disk, and those configured to store program instructions, including ROM, RAM, flash memory, and the like. In addition, examples of other media include recording media or storage media managed by an app store that distributes applications, sites that supply or distribute various other software, and servers.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.As described above, although the embodiments have been described with reference to the limited embodiments and drawings, various modifications and variations are possible from the above description by those skilled in the art. For example, the described techniques are performed in a different order than the described method, and/or the described components of the system, structure, apparatus, circuit, etc. are combined or combined in a different form than the described method, or other components Or substituted or substituted by equivalents may achieve an appropriate result.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents to the claims are also within the scope of the following claims.

Claims (7)

컴퓨터 시스템에서 실행되는 지하수 가능성 매핑 방법에 있어서,
상기 컴퓨터 시스템은 메모리에 포함된 컴퓨터 판독가능한 명령들을 실행하도록 구성된 적어도 하나의 프로세서를 포함하고,
상기 지하수 가능성 매핑 방법은,
상기 적어도 하나의 프로세서에 의해, 대상 지역의 지형 파라미터(Topographic Parameters)와 수문학적 파라미터(Hydrological Parameters)를 포함하는 유효 인자를 선택하는 단계; 및
상기 적어도 하나의 프로세서에 의해, 상기 유효 인자를 이용한 이변수 통계 모델(Bivariate Statistical Model)을 통해 지하수 가능성 맵(groundwater potential map)을 생성하는 단계
를 포함하고,
상기 선택하는 단계는,
고도(altitude), 경사각(slope angle), 경사면(slope aspect), 경사 길이(slope length), 평면 곡률(plan curvature), 종단 곡률(profile curvature)을 포함하는 지형 파라미터를 선택하는 단계;
TWI(topographic wetness index), 강과의 거리(distance from river), 배수 밀도(drainage density)를 포함하는 수문학적 파라미터를 선택하는 단계; 및
암질(lithology), 단층 거리(distance from fault), 단층 밀도(fault density)를 포함하는 지질 파라미터(Geological Parameters), 강우량(rainfall)을 포함하는 기후 파라미터(Climate Parameters), 토지 이용(land use)과 토양(soil)을 포함하는 생태학적 파라미터(Ecological Parameters)를 선택하는 단계
를 포함하고,
상기 생성하는 단계는,
RF(랜덤 포레스트) 모델과 LMT(로지스틱 모델 트리) 모델이 포함된 세 가지 이변수 통계 모델인 FR(frequency ratio) 모델과 CF(certainty factor) 모델 및 EBF(evidential belief function) 모델을 통해 상기 지하수 가능성 맵을 생성하는 것으로,
상기 FR 모델과 상기 CF 모델 및 상기 EBF 모델을 통해 상기 유효 인자에 대한 공간 관계를 계산하는 단계; 및
상기 세 가지 이변수 통계 모델의 가중치를 상기 RF 모델과 상기 LMT 모델의 입력 값으로 하여 상기 지하수 가능성 맵을 생성하는 단계
를 포함하는 지하수 가능성 매핑 방법.
A method of groundwater potential mapping executed on a computer system, comprising:
the computer system comprising at least one processor configured to execute computer readable instructions contained in a memory;
The groundwater potential mapping method is,
selecting, by the at least one processor, effective factors including topographic parameters and hydrological parameters of a target area; and
generating, by the at least one processor, a groundwater potential map through a bivariate statistical model using the effective factor;
including,
The selecting step is
selecting a terrain parameter including an altitude, a slope angle, a slope aspect, a slope length, a plan curvature, and a profile curvature;
selecting hydrological parameters including topographic wetness index (TWI), distance from river, and drainage density; and
Geological parameters including lithology, distance from fault, fault density, climate parameters including rainfall, land use and Step of selecting ecological parameters including soil (soil)
including,
The generating step is
Three bivariate statistical models, including a random forest (RF) model and a logistic model tree (LMT) model, the FR (frequency ratio) model, the CF (certainty factor) model, and the EBF (evidential belief function) model By creating a map,
calculating a spatial relationship for the effective factor through the FR model, the CF model, and the EBF model; and
generating the groundwater possibility map by using the weights of the three bivariate statistical models as input values of the RF model and the LMT model
A groundwater potential mapping method comprising a.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 지하수 가능성 매핑 방법은,
상기 적어도 하나의 프로세서에 의해, ROC(receiver operating characteristic) 곡선과 AUC(area under curve)를 사용하여 상기 지하수 가능성 맵을 검증하는 단계
를 더 포함하는 지하수 가능성 매핑 방법.
According to claim 1,
The groundwater potential mapping method is,
verifying, by the at least one processor, the groundwater potential map using a receiver operating characteristic (ROC) curve and an area under curve (AUC);
A groundwater potential mapping method further comprising a.
컴퓨터 시스템에 있어서,
메모리에 포함된 컴퓨터 판독가능한 명령들을 실행하도록 구성된 적어도 하나의 프로세서
를 포함하고,
상기 적어도 하나의 프로세서는,
대상 지역의 지형 파라미터와 수문학적 파라미터를 포함하는 유효 인자를 선택하는 과정; 및
상기 유효 인자를 RF(랜덤 포레스트) 모델과 LMT(로지스틱 모델 트리) 모델이 포함된 이변수 통계 모델의 입력 값으로 하여 지하수 가능성 맵을 생성하는 과정
을 처리하고,
상기 선택하는 과정은,
고도(altitude), 경사각(slope angle), 경사면(slope aspect), 경사 길이(slope length), 평면 곡률(plan curvature), 종단 곡률(profile curvature)을 포함하는 지형 파라미터를 선택하는 과정;
TWI(topographic wetness index), 강과의 거리(distance from river), 배수 밀도(drainage density)를 포함하는 수문학적 파라미터를 선택하는 과정; 및
암질(lithology), 단층 거리(distance from fault), 단층 밀도(fault density)를 포함하는 지질 파라미터(Geological Parameters), 강우량(rainfall)을 포함하는 기후 파라미터(Climate Parameters), 토지 이용(land use)과 토양(soil)을 포함하는 생태학적 파라미터(Ecological Parameters)를 선택하는 과정
을 포함하고,
상기 생성하는 과정은,
RF(랜덤 포레스트) 모델과 LMT(로지스틱 모델 트리) 모델이 포함된 세 가지 이변수 통계 모델인 FR(frequency ratio) 모델과 CF(certainty factor) 모델 및 EBF(evidential belief function) 모델을 통해 상기 지하수 가능성 맵을 생성하는 것으로,
상기 FR 모델과 상기 CF 모델 및 상기 EBF 모델을 통해 상기 유효 인자에 대한 공간 관계를 계산하는 과정; 및
상기 세 가지 이변수 통계 모델의 가중치를 상기 RF 모델과 상기 LMT 모델의 입력 값으로 하여 상기 지하수 가능성 맵을 생성하는 과정
을 포함하는 컴퓨터 시스템.
In a computer system,
at least one processor configured to execute computer readable instructions contained in memory
including,
the at least one processor,
a process of selecting an effective factor including a topographical parameter and a hydrological parameter of the target area; and
The process of generating a groundwater potential map by using the effective factor as an input value of a bivariate statistical model including an RF (random forest) model and an LMT (logistic model tree) model
process the
The selection process is
a process of selecting a terrain parameter including an altitude, a slope angle, a slope aspect, a slope length, a plan curvature, and a profile curvature;
a process of selecting hydrological parameters including topographic wetness index (TWI), distance from river, and drainage density; and
Geological parameters including lithology, distance from fault, fault density, climate parameters including rainfall, land use and The process of selecting ecological parameters including soil
including,
The creation process is
Three bivariate statistical models, including a random forest (RF) model and a logistic model tree (LMT) model, the FR (frequency ratio) model, the CF (certainty factor) model, and the EBF (evidential belief function) model By creating a map,
calculating a spatial relationship for the effective factor through the FR model, the CF model, and the EBF model; and
The process of generating the groundwater possibility map by using the weights of the three bivariate statistical models as input values of the RF model and the LMT model
A computer system comprising a.
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