تحقیقات کاربردی علوم جغرافیایی

تحقیقات کاربردی علوم جغرافیایی

پهنه‌بندی خطر وقوع بهمن در جاده سرعین به پیست اسکی آلوارس با رویکرد یادگیری عمیق

نوع مقاله : پژوهشی

نویسندگان
1 دانشگاه محقق اردبیلی
2 دانشگاه فردوسی مشهد
چکیده
ریزش بهمن یکی از مهم‌ترین مخاطرات طبیعی در نواحی کوهستانی است که می‌تواند خسارات قابل‌توجهی به زیرساخت‌های حمل‌ونقل، فعالیت‌های گردشگری و جان انسان ها وارد کند، ازاین‌رو شناسایی مناطق مستعد و پیش‌بینی دقیق این پدیده برای مدیریت ریسک و برنامه‌ریزی ایمنی اهمیت زیادی دارد. هدف این پژوهش، پهنه‌بندی خطر ریزش بهمن در جاده ارتباطی سرعین به پیست اسکی آلوارس با استفاده از مدل یادگیری عمیق مبتنی بر مدل شبکه عصبی کانولوشنی عمیق (DCNN) می­باشد. بدین منظور، ده عامل محیطی شامل ارتفاع، شیب، جهت شیب، TPI، TRI، پهنه برفی، سرعت باد، پوشش گیاهی، کاربری اراضی و فاصله از جاده به‌عنوان متغیرهای ورودی انتخاب و پس از پیش‌پردازش به‌صورت لایه‌های اطلاعاتی وارد مدل شدند. داده‌های رخداد بهمن از طریق مطالعات میدانی و برداشت GPS جمع‌آوری گردید و مدل در محیط برنامه‌نویسی Python آموزش داده شد. نتایج نشان داد که مدل در کمتر از هشت Epoch به همگرایی پایدار دست یافته و حداقل Validation Loss برابر با 0191/0 ثبت شده است. دقت مدل از حدود 80 درصد در ابتدای آموزش به 03/98 درصد در مرحله اعتبارسنجی افزایش یافت. همچنین مقادیر Precision در بازه 95/0 تا 99/0 و Recall در محدوده 98/0 تا 0/1 قرار داشت که بیانگر توانایی بالای مدل در شناسایی نواحی پرخطر است. مقدار AUC برابر با 985/0 نیز قدرت تفکیک بسیار بالای مدل میان کلاس‌های خطر را نشان داد. نتایج نهایی نشان می‌دهد که مدل DCNN ابزاری کارآمد برای تحلیل و پیش‌بینی خطر بهمن بوده و می‌تواند در مدیریت بحران و برنامه‌ریزی ایمنی مناطق کوهستانی مورد استفاده قرار گیرد.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Avalanche Hazard Occurrence Zonation on the Sarein to Alvares Ski Resort Road Using a Deep Learning Approach

نویسندگان English

Fariba Esfandyari Darabad 1
Masoud Rahimi 2
Mehrdad Vahabzadeh Zargari 1
1 University of Mohaghegh Ardabili
2 Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad
چکیده English

Avalanche occurrence represents one of the most significant natural hazards in mountainous regions, capable of inflicting substantial damage on transportation infrastructure, tourism activities, and human life. Consequently, the identification of susceptible zones and the accurate prediction of this phenomenon are of paramount importance for risk management and safety planning. The aim of this study is to conduct hazard zonation for avalanche occurrence on the Sarein to Alvares Ski Resort road using a deep learning approach based on a Deep Convolutional Neural Network (DCNN). To this end, ten environmental factors including elevation, slope, aspect, Topographic Position Index (TPI), Terrain Ruggedness Index (TRI), snow cover, wind speed, vegetation cover, land use/land cover (LULC), and distance from the road were selected as input variables. Following preprocessing, these factors were incorporated into the model as informational layers. Avalanche occurrence data were collected through field studies and GPS surveying, and the model was trained in the Python programming environment. The results indicated that the model achieved stable convergence in fewer than eight epochs, with a minimum validation loss recorded as 0.0191. The model accuracy increased from approximately 80% at the beginning of training to 98.03% during the validation phase. Furthermore, the precision values ranged from 0.95 to 0.99, and recall values ranged from 0.98 to 1.00, indicating the model's high capability in identifying high-risk zones. An AUC value of 0.985 further demonstrated the model's very high discriminatory power among hazard classes. The final results indicate that the DCNN model is an efficient tool for avalanche hazard analysis and prediction and can be used in crisis management and safety planning in mountainous regions.

کلیدواژه‌ها English

Avalanche Occurrence
deep learning
DCNN model
hazard zoning

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 19 مرداد 1405