耦合统计与机器学习模型的黄土地震滑坡危险性评价
CSTR:
作者:
作者单位:

1.中国地震局兰州地震研究所, 甘肃 兰州 730000 ; 2.中国地震局黄土地震工程重点实验室, 甘肃 兰州 730000 ;3.中国地震局地球物理勘探中心, 河南 郑州 450000

作者简介:

王雅丽(2000-),女,硕士研究生,主要从事岩土地震工程研究。E-mail:1007731936@qq.com。

通讯作者:

中图分类号:

P694

基金项目:

地震科技星火计划攻关项目(XH23041C);甘肃省青年科技基金(22JR11RA090)


Hazard assessment of seismic loess landslides using coupled statistical and machine learning models
Author:
Affiliation:

1.Lanzhou Institute of Seismology,CEA,Lanzhou 730000 ,Gansu,China ;2.Key Laboratory of Loess Earthquake Engineering of CEA,Lanzhou 730000 ,Gansu,China ;3.Geophysical Exploration Center,CEA,Zhengzhou 450000 ,Henan,China

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    摘要:

    黄土高原新构造活动强烈,地震频发,加之黄土特殊的物理力学性质与粒状架空孔隙结构,易由强震诱发黄土滑坡,造成人员伤亡及经济损失。以黄土高原范围内的天水市为例,耦合统计与机器学习模型对黄土地震滑坡危险性进行评价。选取信息量(IV)和频率比(FR)模型,分别与逻辑回归(LR)、支持向量机(SVM)、多层感知机(MLP)模型耦合,得到6种耦合模型(FR-LR、FR-SVM、FR-MLP、IV-LR、IV-SVM、IV-MLP),并采用受试者工作特征曲线下方面积(AUC)、准确率、精确率、特异性、敏感度、 F 1值评价模型精度。结果显示:(1)作为机器学习模型的一个分支,深度学习模型(MLP)相较于传统机器学习模型(LR、SVM),在研究中展现出更优的评价性能;FR-MLP模型的 AUC 值高于FR-LR、FR-SVM模型,IV-MLP模型的 AUC 值高于IV-LR、IV-SVM模型。(2)IV模型耦合的评价结果优于FR模型耦合结果,6种模型的 AUC 值呈现FR-LR<IV-LR、FR-SVM<IV-SVM、FR-MLP<IV-MLP的规律。(3)IV-MLP模型的 AUC 值(0.93)、准确率、精确率、特异性、敏感度和 F 1值等评价指标均优于其他模型。研究结果丰富了黄土地震滑坡危险性评价方法,可为黄土地震滑坡危险性评价体系优化及黄土地震灾害预防提供参考。

    Abstract:

    The Loess Plateau, characterized by intense neotectonic activity, frequent earthquakes, and the unique physical and mechanical properties of loess (granular overhead pore structures), is prone to seismic-induced landslides, causing substantial casualties and economic losses. This study evaluates seismic landslide hazards in Tianshui City by coupling statistical and machine learning models. Six coupled models were developed: frequency ratio (FR) combined with logistic regression (LR), support vector machine (SVM), multilayer perceptron (MLP), and information value (IV) combined with LR, SVM, and MLP. Model performance was assessed using the area under the receiver operating characteristic curve (AUC), accuracy, precision, specificity, sensitivity, and F 1-score. The results show (1) as a branch of machine learning, the deep learning model (MLP) outperformed traditional machine learning models (LR and SVM), with FR-MLP and IV-MLP achieving higher AUC values than FR-LR/FR-SVM and IV-LR/IV-SVM,respectively. (2) IV-based models demonstrated superior performance over FR-based models, with the following AUC trends: FR-LR <IV-LR, FR-SVM <IV-SVM, FR-MLP <IV-MLP.(3) The IV-MLP model outperformed the other five models in all evaluation metrics, achieving an AUC of 0.93. These findings enrich methodologies for assessing seismic loess landslide hazards and provide critical insights for disaster prevention strategies.

    参考文献
    相似文献
    引证文献
引用本文

王雅丽,王平,王会娟,等.耦合统计与机器学习模型的黄土地震滑坡危险性评价[J].地震工程学报,2025,47(4):864-875. DOI:10.20000/j.1000-0844.20240814001

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  • 收稿日期:2024-08-14
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  • 在线发布日期: 2025-05-30
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