Exploring the spatial patterns of landslide susceptibility assessment using interpretable Shapley method: Mechanisms of landslide formation in the Sichuan-Tibet region

山崩 可解释性 地质学 支持向量机 特征(语言学) 随机森林 空间分布 地图学 地震学 机器学习 遥感 地理 计算机科学 语言学 哲学
作者
Jichao Lv,Rui Zhang,Age Shama,Ruikai Hong,Xu He,Renzhe Wu,Xin Bao,Guoxiang Liu
出处
期刊:Journal of Environmental Management [Elsevier]
卷期号:366: 121921-121921 被引量:6
标识
DOI:10.1016/j.jenvman.2024.121921
摘要

Machine learning models are often viewed as black boxes in landslide susceptibility assessment, lacking an analysis of how input features predict outcomes. This makes it challenging to understand the mechanisms and key factors behind landslides. To enhance the interpretability of machine learning models in wide-area landslide susceptibility assessments, this study uses the Shapely method to explore the contributions of feature factors from local, global, and spatial perspectives. Landslide susceptibility assessments were conducted using random forest (RF), support vector machine (SVM), and eXtreme Gradient Boosting (XGBoost) models, focusing on the geologically complex Sichuan-Tibet region. Initially, the study revealed the contributions of specific key feature factors to landslides from a local perspective. It then examines the overall impact of interactions among feature factors on landslide occurrence globally. Finally, it unveils the spatial distribution patterns of the contributions of various feature factors to landslide occurrence. The analysis indicates the following: (1) The XGBoost model excels in landslide susceptibility assessment, achieving accuracy, precision, recall, F1-score, and AUC values of 0.7815, 0.7858, 0.7962, 0.7910, and 0.86, respectively; (2) The Shapely method identifies the leading factors for landslides in the Sichuan-Tibet region as Elevation (3000-4000 m), PGA (1-2 g), NDVI (<0.5), and distance to rivers (<3 km); (3) Using the Shapely method, the study explains the contributions, interaction mechanisms, and spatial distribution patterns of landslide susceptibility feature factors across local, global, and spatial perspectives. These findings offer new avenues and methods for the in-depth exploration and scientific prediction of landslide risks.
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