Landslide detection from an open satellite imagery and digital elevation model dataset using attention boosted convolutional neural networks

山崩 数字高程模型 计算机科学 卷积神经网络 人工智能 深度学习 卫星图像 遥感 模式识别(心理学) 地质学 地震学
作者
Shunping Ji,Dawen Yu,Chaoyong Shen,Weile Li,Qiang Xu
出处
期刊:Landslides [Springer Nature]
卷期号:17 (6): 1337-1352 被引量:290
标识
DOI:10.1007/s10346-020-01353-2
摘要

Convolution neural network (CNN) is an effective and popular deep learning method which automatically learns complicated non-linear mapping from original inputs to given labels or ground truth through a series of convolutional layers. This study focuses on detecting landslides from high-resolution optical satellite images using CNN-based methods, providing opportunities for recognizing latent landslides and updating large-scale landslide inventory with high accuracy and time efficiency. Considering the variety of landslides and complicated backgrounds, attention mechanisms originated from the human visual system are developed for boosting the CNN to extract more distinctive feature representations of landslides from backgrounds. As deep learning needs a large number of labeled data to train a learning model, we manually prepared a landslide dataset which is located in the Bijie city, China. In the dataset, 770 landslides, including rock falls, rock slides, and a few debris slides, were interpreted by geologists from the satellite images and digital elevation model (DEM) data and further checked by fieldwork. The landslide data was separated into a training set that trains the attention boosted CNN model and a testing set that evaluates the performance of the model with a ratio of 2:1. The experimental results showed that the best F1-score of landslide detection reached 96.62%. The results also proved that the performance of our spatial-channel attention mechanism was fairly over other recent attention mechanisms. Additionally, the effectiveness of predicting new potential landslides with high efficiency based on our dataset is demonstrated.
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