融合卷积模糊神经网络与SHAP特征优化的地震诱发滑坡易发性评价

2025-04-30 30 2.67M 0

  摘要:地震诱发滑坡是一种破坏性极强、危险性极高的地质灾害,其易发性的准确评估对于震后救灾减灾及灾后重建至关重要。针对卷积神经网络(convolutional neural network, CNN)在处理地震诱发滑坡样本时,易出现过拟合和多源数据不确定性问题,提出了一种基于卷积模糊神经网络(convolutional fuzzy neural network, CFNN)的地震诱发滑坡易发性方法。同时,引入SHAP特征优化策略,通过定量评估特征重要性对模型输入进行筛选和优化,提升模型的预测精度。选取2017年九寨沟7.0级地震、2022年芦山6.1级地震及2022年泸定6.8级地震组成研究区,涵盖5 990个滑坡实例,覆盖总面积72.147平方公里,选取16个滑坡影响因子,构建并优化CFNN模型,完成了研究区地震诱发滑坡易发性评价。结果表明,距河流的距离、地震峰值加速度(peak ground acceleration, PGA)、高程、土壤覆盖类型以及距断层的距离是影响滑坡发育的关键因素。在模型性能对比中,CFNN相较于传统CNN模型展现出更优的预测精度和显著的防过拟合能力。通过引入SHAP特征优化策略进一步优化后,CFNN模型在受试者工作特征曲线下的面积值(area under curve, AUC)达到0.942,表现出极高的预测性能。研究结果验证了CFNN模型在地震滑坡易发性评价中的可靠性,为地震滑坡灾害的预防和监测提供了新的理论依据和技术支持,同时也为深度学习模型在地质灾害领域的应用拓展提供了重要参考。

  文章目录

  1 研究区与数据源

  1.1 研究区概况

  1.1.1 九寨沟

  1.1.2 芦山

  1.1.3 泸定

  1.2 数据源

  1.2.1 地震诱发滑坡清单

  1.2.2 地震诱发滑坡影响因子

  2 研究方法

  2.1 数据预处理

  2.2 模型构建与优化

  2.2.1 模型构建

  2.2.2 SHAP特征优化策略

  2.3 实验设置及模型评估

  2.3.1 实验设置

  2.3.2 模型性能评估方法

  3 结果和讨论

  3.1 结果

  3.1.1 地震诱发滑坡影响因子分析

  3.1.2 SHAP特征摘要分析及地震诱发滑坡影响因子的全局解读

  3.1.3 模型性能对比分析



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