Landslides are notoriously difficult to predict because numerous spatially and temporally varying factors contribute to slope stability. Artificial neural networks (ANN) have been shown to improve prediction accuracy. However, traditional ANNs are uninterpretable, complex black box models. This makes it difficult to extract mechanistic information about landslide controls in the modeled region or trust the outcome in this high-stakes application. Herein we present the first application of an interpretable additive neural network to landslide susceptibility modeling. We introduce a new additive ANN optimization framework, as well as new dataset division and outcome interpretation techniques uniquely suitable for modeling applications with spatially dependent data structures such as landslide susceptibility. We refer to our approach which features full interpretability, high accuracy, high generalizability and low model complexity as superposable neural network (SNN) optimization. We validate our approach by training models to assess landslide susceptibility in three different regions of the easternmost Himalaya that are highly susceptible to landslides. The interpretable neural network models generated by the SNN outperform physically-based stability and statistical models and achieve similar performance to state-of the-art deep neural networks while offering insight regarding the relative importance of landslide control factors. The SNN models found the product of slope and precipitation and hillslope aspect to be important primary contributors to high landslide susceptibility in the studied regions. These identified controls suggest that strong slope-climate couplings, along with microclimates, play dominant roles in landslide occurrences of the easternmost Himalaya.


翻译:山崩之所以难以预测,是因为许多空间和时间上各不相同的因素都有助于坡度稳定。人工神经网络(ANN)被证明特别适合于模拟具有空间依赖性数据结构的应用,如地滑易感性等。我们提到我们的方法,其特点是完全可解释性、高准确性、高一般性和低模型复杂性,作为超可测的神经网络(SNN)优化。我们在这里通过培训模型验证我们的方法,在最东喜马拉雅三个极易受山崩影响的不同地区评估山崩易变性。我们采用了一个新的添加型ANN优化框架,以及新的数据集分解和结果解释技术,这些技术特别适合以具有空间依赖性的数据结构(如地滑易感性)模拟应用。我们提到我们的方法,其特点是完全可解释性、高准确性、高可通性和低模型复杂性。我们通过培训模型验证了我们的方法,用以评估最东喜马拉雅地区三个极易发生山崩泥石流的不同地区的山崩性脆弱性。由SNNNNE生成的最可解释性网络模型,以及新的数据元分和结果解释性解释性解释性解释技术,它们特别适合以空间数据结构结构结构结构结构结构结构结构结构结构结构结构模型,在高山崩分析模型中展示模型中展示中,这些高度模型和低地层模型的精确性能与高地层模型与高地分析性判判判判判判能,同时,在高的山崩测测测测测测测测测测地的山。

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