پژوهشهای ژئومورفولوژی کمّی

پژوهشهای ژئومورفولوژی کمّی

ارزیابی و پهنه‌بندی حساسیت زمین لغزش با الگوریتم-های یادگیری ماشین (مطالعه موردی حوضه آبخیز مارگون، زاگرس فارس)

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 دانشیار بخش جغرافیا، دانشکده اقتصاد، مدیریت و علوم اجتماعی، دانشگاه شیراز.
2 دانش آموخته دکتری ژئومورفولوژی، گروه جغرافیای طبیعی، دانشگاه محقق اردبیلی.
3 دانش آموخته کارشناسی ارشد عمران مکانیک خاک و پی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد استهبان.
10.22034/gmpj.2025.474854.1519
چکیده
زمین لغزش یکی از مخاطرات ژئومورفولوژی است که همواره در مناطق کوهستانی وجود داشته و خسارات زیادی را به باغات، سکونتگاهها و تاسیسات انسانی وارد می کند. هدف از این تحقیق ارزیابی و پهنه‌بندی حساسیت زمین‌لغزش در حوضه آبخیز مارگون در شهرستان سپیدان، استان فارس است. سه مدل یادگیری ماشین (ML) (ماشین بردار پشتیبان (SVM)، خطی تعمیم‌یافته (GLM) و جنگل تصادفی (RF)) برای شناسایی عوامل مؤثر در وقوع زمین‌لغزش استفاده شد. عوامل مؤثر (ارتفاع، شیب، فاصله از رودخانه، تراکم زهکشی، پوشش‌گیاهی، کاربری اراضی، سنگ‌شناسی، نوع خاک، متوسط بارندگی سالانه و فاصله از جاده) است و نقشه فهرست زمین‌لغزش (119 نقطه لغزش و 99 نقطه عدم لغزش است که از گوگل ارث، مشاهدات میدانی و نرم‌افزار ArcGIS) به دست آمد. هر مدل با استفاده از 70 درصد داده‌های آموزشی به طور مستقل آموزش داده شد و در مقابل 30 درصد باقی‌مانده اعتبارسنجی شد. فاصله از جاده به‌عنوان تأثیرگذارترین عامل در لغزش زمین در مدل ماشین بردار پشتیبان و مدل جنگل تصادفی و در مدل خطی تعمیم‌یافته شیب به‌عنوان تأثیرگذارترین عامل شناخته شد. برای ارزیابی عملکرد مدل‌ها از سطح زیر منحنی مشخصه عملیاتی گیرنده (AUC) و ضریب Kappa استفاده شد. مدل‌ RF (98/0، 739/0) و SVM (91/0، 638/0) بالاترین سطوح عملکرد را نشان دادند. این تحقیق می‌تواند به اجرای استراتژی‌های مدیریت خطر زمین‌لغزش مؤثر در منطقه کمک کند.
کلیدواژه‌ها

 ابراهیمی، ل.، و ایلانلو، م.، 1404. پهنه­بندی خطر وقوع زمین لغزش با استفاده از تکنیک مدل­سازی الگوریتم یادگیری ماشین (نمونه موردی: شهرستان ایذه). مدیریت مخاطرات محیطی، 12(1): 64-51.
  احمدآبادی، ع.، و رحمتی، م.، 1394. کاربرد شاخص­های کمی ژئومورفومتریک در شناسایی پهنه­های مستعد زمین­لغزش با استفاده از مدل SVM (مطالعه موردی: آزادراه خرم آباد-پل زال). پژوهش­های ژئومورفولوژی کمی، 4(3): 213-197.
 باباربیع، ن.، لرستانی، ق.، و اسماعیلی، ر.، 1404. پهنه­بندی وقوع زمین لغزش با استفاده از مدل­های جنگل تصادفی و ماشین بردار پشتیبان (مطالعه موردی: حوضه آبخیز تالار). پژوهش­های دانش زمین، 16(1): 168-152.
 تیموری، م.، و اسدی نیلوان، ا.، 1398. پهنه­بندی حساسیت و اولویت­بندی عوامل موثر بر وقوع زمین­لغزش با استفاده از مدل حداکثر آنتروپی (مطالعه موردی: استان لرستان). هیدروژئومورفولوژی، 21(6): 179-155.
 دسترنج، ع.، حمزه، ن.، و وکیلی تجره، ف.، 1402. ارزیابی نقشه حساسیت زمین­لغزش با استفاده از الگوریتم یادگیری ماشین و اولویت­بندی عوامل مؤثر بر وقوع زمین­لغزش. علوم و مهندسی آبخیزداری ایران، 17(63): 83-71.
 ذاکری نژاد، ر.، و عموشاهی، ن.، 1401. ارزیابی خطر زمین­لغزش با استفاده از داده­های سنجش‌ازدور و مدل حداکثر آنتروپی (منطقه موردمطالعه: حوضه آبخیز کمه، جنوب استان اصفهان). پژوهش­های ژئومورفولوژی کمی، 11(2): 149-128.
 زارعی، م.، مرادی، ح.، علوی نیا، ح.، و علی­آبادی، ک.، 1402.ارزیابی و پهنه­بندی خطر وقوع زمین­لغزش در حوضه آبخیز بیونیژ، استان کرمانشاه. فصلنامه مطالعات جغرافیایی مناطق کوهستانی، 1(13): 188-169.
 صادقی، ع.، طالبی، ع.، و زارعی، پ.، 1401. تعیین آستانه بارش بحرانی در وقوع زمین­لغزش­های سطحی بر اساس مدل فرآیند محور (مطالعه موردی: منطقه­ی جوانرود، استان کرمانشاه). پژوهش­های ژئومورفولوژی کمی، 10(4)، 177-156.
 صدیقی، ح.، و قاسمی، ا.ر.، 1402. مدل­سازی خطر وقوع زمین­لغزش با استفاده از مدل رگرسیون لجستیک (مطالعه موردی: استان چهارمحال و بختیاری). پژوهش های دانش زمین، 14(4): 60-42.
 عسگری، ش.، قنواتی، ع.، و شادفر، ص.، 1397. تحلیل فضایی شاخص­های تاثیرگذار زمین لغزش­ها بر بار رسوبی حوضه سد ایلام. فضای جغرافیای، 18(63): 318-299.
 علی‌پور، ح.، و ملکیان، آ.، 1394. پهنه­بندی خطر زمین­لغزش در حوزه آبخیز جهان اسفراین خراسان شمالی. نشریه جغرافیا و توسعه، 13(39): 180-165.
 کرنژادی، آ.، و پورقاسمی، ح.م.، 1398. ارزیابی حساسیت زمین­لغزش با استفاده از مدل­های داده­کاوی، مطالعه موردی: حوزه آبخیز چهل­چای. مهندسی و مدیزیت ابخیز.  11(1)، 42-28.
 کریمی­سنگچینی، ا.، دسترنج، ع.، آرامی، ح.، شادفر، ص.، و ویسکرمی، ا.، 1403.کاربرد الگوریتم یادگیری ماشین بیشینه آنتروپی در پهنه­بندی خطر زمین­لغزش حوزه آبخیز کرگانه، استان لرستان. علوم و مهندسی آبخیزداری ایران، 18(64): 63-50.  
 Aghdam, I. N., Pradhan, B., Panahi, M. (2017). Landslide susceptibility assessment using a novel hybrid model of statistical bivariate methods (FR and WOE) and adaptive neuro-fuzzy inference system (ANFIS) at southern Zagros Mountains in Iran. Environmental Earth Sciences, 76(6): 237. DOI:10.1007/s12665-017-6558-0
Arabameri A, Pradhan B, Rezaei K, Lee S, Sohrabi M. (2020). An ensemble model for landslide susceptibility mapping in a forested area. Geocarto Int. 35(15):1680–1705. doi: 10.1080/10106049.2019.1585484.  10.1080/10106049.2019.1585484 
Ashraf Mohammad,O., Kamal Hamaamin, H., Azad, J., Rasooli, S., Li, H. (2025). Spatial prediction of landslide susceptibility using the data-mining algorithm (case study: Kamyaran county). Frontier in Earth Science, https://doi.org/10.3389/feart.2025.1619876
Breiman L. (2001). Random forests. Mach Learn. 45(1):5–32. https://doi.org/10.1023/A:1010933404324
Brenning, A. (2005). Spatial prediction models for landslide hazards: review, comparison and evaluation. Nat Hazard Earth Syst 5:853–862. https://doi.org/10.5194/nhess-5-853-2005
Chang Z., Catani F., Huang F., Liu G., Meena S.R., Huang J., Zhou C. (2023). Landslide susceptibility prediction using slope unit-based machine learning models considering the heterogeneity of conditioning factors. Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering, 15(5): 1127–1143. https://doi.org/10.1016/j.jrmge.2022.07.009
Chen, W., Zhang, S., Li, R., Shahabi, H. (2018). Performance evaluation of the GIS-based data mining techniques of best-first decision tree, random forest, and naïve bayes tree for landslide susceptibility modeling. Sci. Total Environ. 644: 1006-1018. DOI:10.1016/j.scitotenv.2018.06.389
Chowdhury,M. Hafsa,B. (2022). Landslide susceptibility mapping using bivariate statistical models and GIS in chattagram district, Bangladesh, Geotech. Geol. Eng. (40): 3687–3710, https://doi.org/10.1007/s10706-022-02111-y
Dahal R.K., Hasegawa S., Nonomura A., Yamanaka M., Masuda T., Nishino K. (2008). GIS-based weights-ofevidence modelling of rainfall-induced landslides in small catchments for landslide susceptibility mapping. Environmental Geology, 54: 311–324. DOI:10.1007/s00254-007-0818-3
Dou, J., Yunus, A. P., Xu, Y., Zhu, Z., Chen, C. W., Sahana, M., Khosravi, K., Yang, Y., & Pham, B. T. (2019). Torrential rainfall-triggered shallow landslide characteristics and susceptibility assessment using ensemble data-driven models in the Dongjiang Reservoir Watershed, China. Natural Hazards, 97(2), 579–609. doi:10.1007/s11069-019-03659-4. DOI:10.1007/s11069-019-03659-4
Guo, Q., Kelly, M., Graham, C.H. (2005). Support vector machines for predicting distribution of Sudden Oak Death in California. Ecol. Model. 182, 75–90. doi:10.1016/j.ecolmodel.2004.07.012
Hong H, Pradhan B, Bui DT, Xu C, Youssef AM, Chen W. (2017). Comparison of four kernel functions used in support vector machines for landslide susceptibility mapping: a case study at Suichuan area (China). Geomatics Nat Hazards Risk. 8(2):544–569. doi: 10.1080/19475705.2016.1250112
Huang, C., Davis, L.S., Townshend, J.R.G. (2002). An assessment of support vector machines for land cover classification. Int. J. Remote Sens. DOI:10.1080/01431160110040323
Iverson, R. M., & George, D. L. (2016). Modelling landslide liquefaction, mobility bifurcation and the dynamics of the 2014 Oso disaster. Geotechnique, 66(3), 175–187. doi:10.1680/jgeot.15.LM.004.
Jaafari, A., Najafi, A., Pourghasemi, H. R., Rezaeian, J., & Sattarian, A. (2014). GIS-based frequency ratio and index of entropy models for landslide susceptibility assessment in the Caspian forest, northern Iran. International Journal of Environmental Science and Technology, 11(4), 909–926. doi:10.1007/s13762-013-0464-0
Jakkula, V. (2006). Tutorial on Support Vector Machine (svm). 37 School of EECS, Washington State University. https://api.semanticscholar.org/CorpusID:15115403
 
Kang, D., Dan, Sh., Hua, Zh., Jingly, L., Chenlu, W., Zhenguo, W., Shaohua, W.(2025). Study on landslide hazard risk in Wenzhou based on slope units and machine learning approaches.ScienceReports. https://doi.org/10.1038/s41598-025-91669-7
Kim JC, Lee S, Jung HS, Lee S. (2018). Landslide susceptibility mapping using random forest and boosted tree models in Pyeong-Chang, Korea. Geocarto Int. 33(9):1000–1015. doi:10.1080/10106049.2017. 1323964.
Lee S., Min K. (2001). Statistical analysis of landslide susceptibility at Yongin, Korea. Environmental Geology, 40, 1095–1113. https://doi.org/10.1007/s002540100310
Nefeslioglu HA, Duman TY, Durmaz S. (2008). Landslide susceptibility mapping for a part of tectonic Kelkit Valley (Eastern Black Sea region of Turkey). Geomorphology. 94(3–4):401–418. https://doi.org/10.1016/j.geomorph.2006.10.036
Nelder JA, Wedderburn R.W.M. (1972). Generalized linear models. J R Stat Soc A135:370–384. https://www.jstor.org/stable/2344614
Nhu VH, Mohammadi A, Shahabi H, Ahmad BB, Al-Ansari N, Shirzadi A, Clague JJ, Jaafari A, Chen W, Nguyen H. (2020). Landslide susceptibility mapping using machine learning (ML) algorithms and remote sensing data in a tropical environment. Int J Environ Res Public Health. 17(14):1–23. doi: 10.3390/ ijerph17144933. doi:10.3390/ijerph17144933
Niraj K., Singh A., Shukla D.P. (2023). Effect of the normalized difference vegetation index (NDVI) on GIS-enabled bivariate and multivariate statistical models for landslide susceptibility mapping. Journal of the Indian Society of Remote Sensing, 51(8), 1739–1756. https://doi.org/10.1007/s12524-023-01738-5
Park NW. (2015). Using maximum entropy modeling for landslide susceptibility mapping with multiple geoenvironmental data sets. Environ Earth Sci. 73(3):937–949. doi: 10.1007/s12665-014-3442-z.
Polykretis C, Ferentinou M, Chalkias C. (2015). A comparative study of landslide susceptibility mapping using landslide susceptibility index and artificial neural networks in the Krios River and Krathis River catchments (northern Peloponnesus, Greece). Bull Eng Geol Environ. 74(1):27–45. doi: 10.1007/s10064- 014-0607-7
Pourghasemi HR, Pradhan B, Gokceoglu C. (2012). Remote sensing data derived parameters and its use in landslide susceptibility assessment using Shannon’s Entropy and GIS. Appl. Mech. Mater., 225: 486–491. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMM.225.486
Shahabi H, Hashim M. (2015). Landslide susceptibility mapping using GIS-based statistical models and Remote sensing data in tropical environment. Sci Rep. 5(1):1–15. doi: 10.1038/srep09899.
Statnikov, A., Aliferis, C.F., Hardin, D.P., Guyon, I. (2011). A Gentle Introduction to Support Vector Machines in Biomedicine: Volume 1: Theory and Methods. World Scientific Publishing Co Inc. 200. https://doi.org/10.1142/7922
Sun, X., Shan, R., Liu, F. (2020). Spatio-temporal quantification of patterns, trade-offs and synergies among multiple hydrological ecosystem services in different topographic basins. J. Clean. Prod. 268, 122338. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2020.122338
Tyagi A., Tiwari R.K., James N. (2023). Mapping the landslide susceptibility considering future land-use land-cover scenario. Landslides, 20(1), 65–76. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2020.122338
Vakhshoori V., Zare M. (2016). Landslide susceptibility mapping by comparing weight of evidence, fuzzylogic, and frequency ratio methods. Geomatics, Natural Hazards and Risk, 7(5), 1731–1752. https://doi.org/10.1080/19475705.2016.1144655
Xiong, K., Adhikari, B. R., Stamatopoulos, C. A., Zhan, Y., Wu, S., Dong, Z., & Di, B. (2020). Comparison of different machine learning methods for debris flow susceptibility mapping: A case study in the Sichuan Province, China. Remote Sensing, 12(2), 295. doi:10.3390/rs12020295.
Zhang W., He Y., Wang L., Liu S., Meng X. (2023). Landslide Susceptibility mapping using random forest and extreme gradient boosting: A case study of Fengjie, Chongqing. Geological Journal, 58(6), 2372-2387. https://doi.org/10.1002/gj.4683
دوره 14، شماره 2
پاییز 1404
صفحه 42-61