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  1. NTU Theses and Dissertations Repository
  2. 工學院
  3. 土木工程學系
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DC 欄位值語言
dc.contributor.advisor楊國鑫zh_TW
dc.contributor.advisorKuo-Hsin Yangen
dc.contributor.author陳柏鈞zh_TW
dc.contributor.authorBennett Bo-Chun Chenen
dc.date.accessioned2023-08-09T16:30:47Z-
dc.date.available2023-11-09-
dc.date.copyright2023-08-09-
dc.date.issued2023-
dc.date.submitted2023-07-26-
dc.identifier.citation台灣世曦UAV空拍影片專輯(2022)。檢自:https://www.youtube.com/w atch?v=LDmY4qxdFUI&t=89s。

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dc.identifier.urihttp://tdr.lib.ntu.edu.tw/jspui/handle/123456789/88317-
dc.description.abstract坡地災害是臺灣常見的災害之一,崩塌的發生不僅可能造成財產損失,更可能危及人命。因此,瞭解山坡地發生崩塌的潛勢機率成為大地防災工程中不可或缺的資訊,透過事先獲取各山坡地之崩塌潛勢值,在天災如颱風、豪雨來臨前提供工程師即時資訊,事先於高潛勢坡地進行邊坡穩定工程。本研究旨在研發一套機器學習崩塌潛勢系統模型,透過輸入一系列崩塌潛感因子,將雙北市境內的山坡地給予初步之崩塌潛感值,透過該潛感值,便能事先於高潛感之山坡地進行對應之邊坡穩定工法,藉以降低未來發生崩塌災害之機率。

本研究蒐集15項崩塌潛感因子,包含坡度、坡向、高程、剖面曲率、地形粗糙度、植生指標、建築物面積百分比、水系距、道路距、斷層距、順向坡指標、褶皺指標、地質敏感區指標、InSAR變位指標與雨量指標與其對應之地真資料,以隨機森林以及極限梯度提升兩種機器學習演算法對臺北市以及新北市境內之山坡地進行崩塌潛勢分析,透過蒐集蘇迪勒颱風侵臺期間所造成之上述資料進行機器學習模型之訓練。潛感因子中,依降雨型態之差別將輸入的潛感因子分為兩類型,第一類型為14項潛感因子加累積月雨量,第二類型為14項潛感因子加I3及R24,依此方法總共建立了四種機器學習模型,並以其他未納入訓練之崩塌地和雙北歷史上之著名山崩事件進行模型驗證。

本研究結果顯示,以蘇迪勒颱風崩塌之70%資料所建立起之模型,能有效預測出其餘30%之測試單元崩塌或不崩塌的結果,尤其以XGBoost模型表現更為優異而其AUROC值均超過0.9,顯示該模型確有辨別崩塌與否之能力。並於未納入訓練之22個蘇迪勒颱風崩塌斜坡單元所展現出的預測結果優異,只有1組結果顯示為預測不崩塌,其餘43組結果都能成功預測到崩塌。於臺鐵瑞芳-猴硐路段崩塌之驗證表現良好,平均崩塌機率為59.3%。此外,累積月雨量、I3、R24、地形粗糙度、坡度及高程對模型之成果有高度影響,其因子之重要度為眾多因子中數值偏高者,顯示山崩需要在足夠條件之地形特徵以及雨量促崩下發生。
zh_TW
dc.description.abstractLandslides are one of the common disasters in Taiwan, resulting in not only property loss but also casualties. Therefore, understanding the potential for landslides in mountainous areas is crucial information in Geo-disaster engineering. By obtaining the preliminary landslide susceptibility values for each slope, engineers can be provided with timely information before natural disasters such as typhoons and heavy rains, allowing them to implement slope stabilization measures in high-susceptibility areas in advance. The objective of this study is to develop a machine learning model for landslide susceptibility assessment. By inputting a series of landslide susceptibility factors, the model can provide initial landslide susceptibility values for slopes within Taipei and New Taipei City. Based on these values, corresponding slope stabilization techniques can be applied in high-susceptibility areas, thereby reducing the probability of future landslide disasters.

Two machine learning algorithms, namely Random Forest and Extreme Gradient Boosting, were established using 15 landslide susceptibility factors in this study. These models were trained by inputting failure and non-failure slope units that occurred during the period of Typhoon Soudelor in 2015 and validated using landslide inventories within Taipei city.

The models established in the present study are capable of distinguishing between failure and non-failure slope units. High AUROC values (i.e., AUROC values higher than 0.9) were obtained for the four landslide susceptibility models. Twenty-two slope units from the Typhoon Soudelor event, which were excluded from the training data, were used as validation data, and 21 of them were successfully predicted. The models also performed well in validating the landslide occurrence along the Ruifang-Houtong section of the Taiwan Railways, with an average landslide probability of 59.3%. The landslide susceptibility factors of accumulated monthly rainfall, I3, R24, terrain roughness, slope degree, and elevation have a significant impact on the performance of the models, with the higher factor importance. This indicates that landslides are triggered by not only terrain conditions but also the impact of rainfall.
en
dc.description.provenanceSubmitted by admin ntu (admin@lib.ntu.edu.tw) on 2023-08-09T16:30:47Z
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en
dc.description.provenanceMade available in DSpace on 2023-08-09T16:30:47Z (GMT). No. of bitstreams: 0en
dc.description.tableofcontents摘要 I
ABSTRACT II
目錄 IV
表目錄 VI
圖目錄 VIII
第1章 序論 1
1.1 研究動機與目的 1
1.2 研究方法 1
1.3 研究架構與流程 2
第2章 文獻回顧 5
2.1 崩塌潛勢分析方法 5
2.2 合成孔徑雷達技術 8
2.3 山崩之降雨門檻值界定 11
第3章 崩塌潛勢分析 15
3.1 研究區域概述 15
3.2 分析單元 17
3.3 崩塌潛感因子 20
3.3.1 環境因子 22
3.3.2 地表變位因子 30
3.3.3 驅動因子 34
3.4 機器學習分析 38
3.4.1 隨機森林演算法 38
3.4.2 極限梯度提升演算法 41
第4章 機器學習崩塌潛勢模型分析 43
4.1 地真資料 44
4.2 潛感因子值 47
4.3 機器學習模型 57
4.4 統計方法評估模型 62
4.4.1 混淆矩陣 62
4.4.2 ROC曲線 70
4.4.3 崩塌單元預測結果 73
第5章 崩塌潛勢分析討論 77
5.1 地真資料討論 77
5.2 模型建立討論 77
5.3 預測結果討論 78
5.4 斜坡單元面積討論 82
5.5 InSAR速度梯度指標討論 83
第6章 案例分析與驗證 84
6.1 臺鐵瑞芳-猴硐段 84
6.2 國道一號汐止交流道 89
6.3 陽金公路11K 95
第7章 結論與建議 100
7.1 結論 100
7.2 建議 101
參考文獻 102
表2- 1、臺灣南部地區各級邊坡之紅橙黃綠等級I3-R24門檻值表(單位:毫米) 12
表3- 1、研究區域斜坡單元統計表 18
表3- 2、崩塌潛感因子統整表 21
表3- 3、坡度分級表 24
表3- 4、雨量模型參數表 36
表4- 1、Sentinel-lB降軌衛星影像統整表 43
表4- 2、蘇迪勒引致崩塌面積統整表 44
表4- 3、用作訓練之斜坡單元各潛感因子平均值 58
表4- 4、本研究建立之4種模型 59
表4- 5、各因子重要度表 60
表4- 6、混淆矩陣格式 62
表4- 7、模型I之測試單元混淆矩陣 65
表4- 8、模型Ⅱ之測試單元混淆矩陣 65
表4- 9、模型Ⅲ之測試單元混淆矩陣 66
表4- 10、模型Ⅳ之測試單元混淆矩陣 66
表4- 11、模型Ⅰ之全體預測結果混淆矩陣 67
表4- 12、模型Ⅱ之全體預測結果混淆矩陣 67
表4- 13、模型Ⅲ之全體預測結果混淆矩陣 68
表4- 14、模型Ⅳ之全體預測結果混淆矩陣 68
表4- 15、模型Ⅰ至Ⅳ測試與全體預測結果之AUROC值表 71
表4- 16、104年蘇迪勒-新北烏來-002號崩塌之各潛感因子表 74
表4- 17、模型Ⅰ及Ⅱ之蘇迪勒未納入訓練預測結果表 75
表4- 18、模型Ⅲ及Ⅳ之蘇迪勒未納入訓練預測結果表 76
表6- 1、臺鐵瑞芳-猴硐崩塌各潛感因子值 86
表6- 2、臺鐵瑞芳-猴硐段邊坡崩塌潛勢表 86
表6- 3、國道一號汐止交流道崩塌各潛感因子值 91
表6- 4、國道一號汐止交流道崩塌潛勢值表 91
表6- 5、陽金公路崩塌各潛感因子值 96
表6- 6、陽金公路崩塌潛勢值表 96
圖1- 1、研究流程架構圖 4
圖2- 1、臺鐵瑞芳-猴硐路段崩塌潛感值 7
圖2- 2、2016年2月南臺灣Mw6.3地震同震變形干涉圖 9
圖2- 3、1996年至1999年雲林地區地層下陷之PS點位變位速度 9
圖2- 4、義大利巴倫島火山以不同衛星於不同時間之LOS方向變形速度 10
圖2- 5、義大利Nerano地區PS點在視衛星方向上之位移速度圖 11
圖2- 6、Wei et al.研究範圍及崩塌點位圖 13
圖2- 7、斜坡單元崩塌率與崩塌潛勢值關係圖 13
圖2- 8、歷史山崩事件與I3-R24門檻值關係圖 14
圖3- 1、研究區域圖 16
圖3- 2、斜坡單元示意圖 18
圖3- 3、集水區重疊法示意圖 18
圖3- 4、斜坡單元製作流程圖 19
圖3- 5、研究區域斜坡單元成果圖 20
圖3- 6、3×3窗罩示意圖 23
圖3- 7、坡向方位角示意圖 25
圖3- 8、剖面曲率正負示意圖: (a)凸坡剖面曲率為負;(b)凹坡剖面曲率為正;(c)平坦坡面剖面曲率為零 26
圖3- 9、道路/水系/斷層距示意圖 29
圖3- 10、2016年2月南臺灣Mw6.3地震同震變形相位回復前後示意圖 32
圖3- 11、3×3窗罩示意圖 33
圖3- 12、訓練及測試之雨量站點位置圖 36
圖3- 13、隨機森林演算法示意圖 38
圖3- 14、決策樹範例圖 40
圖3- 15、XGBoost流程示意圖 42
圖4- 1、蘇迪勒颱風崩塌地真資料 45
圖4- 2、2015年2月至2015年8月之視衛星方向速度(vlos)圖 46
圖4- 3、坡度分級圖 47
圖4- 4、坡向圖(單位:方位角) 47
圖4- 5、高程圖(單位:公尺) 48
圖4- 6、剖面曲率圖(單位:1/公尺) 48
圖4- 7、雙北斜坡單元地形粗糙度圖(單位:公尺) 49
圖4- 8、雙北斜坡單元於2015年夏季時之NDVI圖 49
圖4- 9、雙北斜坡單元建築物面積百分比圖 50
圖4- 10、雙北斜坡單元道路距圖(單位:公尺) 50
圖4- 11、雙北斜坡單元水系距圖(單位:公尺) 51
圖4- 12、雙北斜坡單元斷層距圖(單位:公尺) 51
圖4- 13、雙北斜坡單元順向坡指標圖 52
圖4- 14、雙北斜坡單元褶皺指標圖 52
圖4- 15、雙北斜坡單元地質敏感區指標圖 53
圖4- 16、2015年2月至2015年8月視衛星方向速度(vlos)圖 54
圖4- 17、2015年2月至2015年8月速度梯度(velocity gradient)圖 54
圖4- 18、2015年8月10日00:00 三小時平均降雨強度(I3)圖(單位:毫米/小時) 55
圖4- 19、2015年8月9日24小時累積雨量(R24)圖(單位:毫米) 55
圖4- 20、2015年8月累積月雨量圖(單位:毫米) 56
圖4- 21、用作機器學習訓練之斜坡單元圖 59
圖4- 22、模型Ⅰ及Ⅱ各潛感因子重要度圖 61
圖4- 23、模型Ⅲ及Ⅳ各潛感因子重要度圖 61
圖4- 24、ROC曲線示意圖 70
圖4- 25、測試結果之ROC曲線圖 71
圖4- 26、全體預測結果之ROC曲線圖 72
圖4- 27、未納入訓練之22個蘇迪勒颱風引致崩塌斜坡單元 73
圖5- 1、全體斜坡單元與偽陽性斜坡單元潛感因子分布圖: 81
圖5- 2、崩塌與不崩塌斜坡單元面積分布圖 82
圖5- 3、崩塌與不崩塌斜坡單元InSAR速度梯度指標分布圖 83
圖6- 1、臺鐵瑞芳-猴硐段邊坡崩塌位置圖 84
圖6- 2、臺鐵瑞芳-猴硐段崩塌 85
圖6- 3、臺鐵瑞芳-猴硐段模型Ⅰ崩塌潛勢值 87
圖6- 4、臺鐵瑞芳-猴硐段模型Ⅱ崩塌潛勢值 87
圖6- 5、臺鐵瑞芳-猴硐段模型Ⅲ崩塌潛勢值 88
圖6- 6、臺鐵瑞芳-猴硐段模型Ⅳ崩塌潛勢值 88
圖6- 7、國道一號汐止交流道崩塌地點圖 89
圖6- 8、國道一號汐止交流道崩塌 89
圖6- 9、國一汐止交流道模型Ⅰ崩塌潛勢值 92
圖6- 10、國一汐止交流道模型Ⅱ崩塌潛勢值 92
圖6- 11、國一汐止交流道模型Ⅲ崩塌潛勢值 93
圖6- 12、國一汐止交流道模型Ⅳ崩塌潛勢值 93
圖6- 13、國一汐止崩塌前之地錨格梁擋土牆 94
圖6- 14、國一汐止崩塌整體順向坡滑動情形 94
圖6- 15、陽金公路崩塌地點圖 95
圖6- 16、陽金公路崩塌照(臺北市工務局) 95
圖6- 17、陽金公路11K模型Ⅰ崩塌潛勢值 97
圖6- 18、陽金公路11K模型Ⅱ崩塌潛勢值 97
圖6- 19、陽金公路11K模型Ⅲ崩塌潛勢值 98
圖6- 20、陽金公路11K模型Ⅳ崩塌潛勢值 98
-
dc.language.isozh_TW-
dc.subject機器學習zh_TW
dc.subject極限梯度提升演算法zh_TW
dc.subject隨機森林演算法zh_TW
dc.subject崩塌潛勢分析zh_TW
dc.subject合成孔徑雷達干涉技術zh_TW
dc.subjectLandslide susceptibility assessmenten
dc.subjectMachine learningen
dc.subjectXGBoosten
dc.subjectRandom foresten
dc.subjectPSInSARen
dc.title以多個潛感因子進行機器學習演算法之邊坡滑動潛勢分析zh_TW
dc.titleLandslide Susceptibility Assessment using Machine Learning based on Multiple Influential Factorsen
dc.typeThesis-
dc.date.schoolyear111-2-
dc.description.degree碩士-
dc.contributor.oralexamcommittee廖洪鈞;韓仁毓;廖國偉zh_TW
dc.contributor.oralexamcommitteeHung-Jiun Liao;Jen-Yu Han;Kuo-Wei Liaoen
dc.subject.keyword崩塌潛勢分析,機器學習,隨機森林演算法,極限梯度提升演算法,合成孔徑雷達干涉技術,zh_TW
dc.subject.keywordLandslide susceptibility assessment,Machine learning,Random forest,XGBoost,PSInSAR,en
dc.relation.page104-
dc.identifier.doi10.6342/NTU202302147-
dc.rights.note同意授權(限校園內公開)-
dc.date.accepted2023-07-27-
dc.contributor.author-college工學院-
dc.contributor.author-dept土木工程學系-
顯示於系所單位:土木工程學系

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