基于集成学习建模的滑坡易发性评价

邬礼扬, 曾韬睿, 刘谢攀, 郭子正, 刘真意, 殷坤龙

地球科学 ›› 2024, Vol. 49 ›› Issue (10) : 3841-3854.

基于集成学习建模的滑坡易发性评价

  • 邬礼扬, 曾韬睿, 刘谢攀, 郭子正, 刘真意, 殷坤龙
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摘要

单一的机器学习模型往往难以满足滑坡易发性制图的需要,为提升滑坡易发性评价精度.提出了一种基于集成策略的机器学习模型组合优化的方法,以重庆市云阳县西部的12个乡镇为例进行滑坡易发性评价.首先,基于366处滑坡数据以及高程、坡度等9个指标因子构建易发性评价指标体系.然后以决策树模型(decision tree mode, DT)、逻辑回归模型(logistic regression, LR)和贝叶斯网络模型(bayesian network, BN)为基础模型,利用集成学习的三大类型,袋装法(bagging)、提升法(boosting)以及堆叠法(stacking)进行模型组合.并对各组合模型分别用粒子群算法(particle swarm optimization, PSO),贝叶斯算法(bayesian optimization, BO)进行超参数优化以及K最邻近算法(K-nearest neighbor, KNN)进行模型链接.最后采用ROC曲线与统计分析的方式来评估各集成学习模型精度.研究结果表明:与基础模型相比,三类集成学习模型精度均有提升,DT-LR-BN模型提升了3.5%~12.8%,RF模型提升了8%;BO-XGBoost模型提升了13.1%;KNN-stacking模型提升了7.4%~17%,BO-XGBoost模型的AUC值最高为0.811.集成学习能有效提升机器学习模型性能,提高滑坡易发性制图的精度,研究为机器学习模型之间的组合优化提供了新的思路与方法 .

关键词

集成学习 / 袋装法 / 提升法 / 堆叠法 / 滑坡灾害 / 易发性评价 / 工程地质学

中图分类号

TP18 / P642.22

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邬礼扬, 曾韬睿, 刘谢攀, 郭子正, 刘真意, 殷坤龙. 基于集成学习建模的滑坡易发性评价. 地球科学. 2024, 49(10): 3841-3854

基金

国家重点研发计划项目(No.2018YFC0809402); 国家自然科学基金项目(No.41877525)

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