地震地质 ›› 2024, Vol. 46 ›› Issue (2): 277-296.DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2024.02.003
刘鑫1,2)(), 王诗柔1)(), 石许华1,2),*(), 苏程1),*(), 鲁晨妍1), 钱晓园1), 孙侨阳1,2), 邓洪旦1,2), 杨蓉1,2), 程晓敢1,2)
收稿日期:
2023-09-01
修回日期:
2023-11-08
出版日期:
2024-04-20
发布日期:
2024-05-29
通讯作者:
*石许华, 男, 1982年生, 研究员, 博士生导师, 主要从事构造地貌、 活动构造和地震地质究, E-mail: 作者简介:
刘鑫, 男, 1998年生, 现为浙江大学构造地质学专业在读博士研究生, 主要从事活动构造与地震地质研究, E-mail: xinliu0628@zju.edu.cn。
共同第一作者: 王诗柔, 女, 1999年生, 现为浙江大遥感与地理信息系统专业在读学博士研究生, 主要从事遥感方向深度学习研究, E-mail: wangshirou@zju.edu.cn。
基金资助:
LIU Xin1,2)(), WANG Shi-rou1)(), SHI Xu-hua1,2),*(), SU Cheng1),*(), LU Chen-yan1), QIAN Xiao-yuan1), SUN Qiao-yang1,2), DENG Hong-dan1,2), YANG Rong1,2), CHENG Xiao-gan1,2)
Received:
2023-09-01
Revised:
2023-11-08
Online:
2024-04-20
Published:
2024-05-29
摘要:
活动构造与地貌学主要涉及活动构造的运动学、 地貌的演化过程及其相关动力机制, 该研究方向是近几十年来地球系统科学交叉研究的热点之一。随着大数据与机器学习研究的发展, 活动构造与地貌学的研究和深度学习的结合已成为该领域中受到广泛关注的新兴研究方向, 并产出了大量优秀成果。文中总结并综述了现今深度学习在活动构造与地貌研究中的数据来源, 以及利用深度学习的方法定量化解决活动构造与地貌中的重要科学问题(包括冰川识别、 火山活动与地貌、 水系分析、 滑坡监测和地表形变等)。基于对上述实例的探索, 文中运用深度学习中的卷积神经网络, 对华南东南部福建地区的花岗岩岩石构造裂缝开展了基于高精度无人机航拍影像的深度学习自动识别。所搭建的卷积网络模型在55min的运行时间内自动识别出人工需消耗近一周才可识别的9 000余条裂缝, 并获得了85%的查准率与89%的查全率, 表明该模型在准确识别构造裂缝的同时显著提升了工作效率。文中最后讨论并展望了未来深度学习方法在活动构造与地貌学领域的发展前景。
刘鑫, 王诗柔, 石许华, 苏程, 鲁晨妍, 钱晓园, 孙侨阳, 邓洪旦, 杨蓉, 程晓敢. 深度学习在活动构造与地貌研究中的应用[J]. 地震地质, 2024, 46(2): 277-296.
LIU Xin, WANG Shi-rou, SHI Xu-hua, SU Cheng, LU Chen-yan, QIAN Xiao-yuan, SUN Qiao-yang, DENG Hong-dan, YANG Rong, CHENG Xiao-gan. APPLICATION OF DEEP LEARNING IN ACTIVE TECTONICS AND GEOMORPHOLOGY[J]. SEISMOLOGY AND GEOLOGY, 2024, 46(2): 277-296.
图1 用于深度学习的地质数据来源(改自Ma et al., 2021) a 野外地质调查; b 无人机调查; c 航空影像; d 遥感观测
Fig. 1 Source of geological data for deep learning(modified from Ma et al., 2021).
图2 U-Net模型示意图(改自Ronneberger et al., 2015) 图例中, 第1类向右箭头为通过卷积过程进行特征提取, 第2类向右箭头为拼贴图像过程; 向下箭头为池化过程, 以防出现过拟合; 向上箭头为上采样过程, 对原图像进行放大; 重叠双箭头为输出最终结果
Fig. 2 Schematic diagram of U-Net model(modified from Ronneberger et al., 2015).
图4 训练和试验提取的南极不同地点的海岸线(Baumhoer et al., 2019) 红线和蓝线分别指示人工及CNN自动识别出的海岸线
Fig. 4 Training and testing extracted shorelines at different locations in Antarctica(Baumhoer et al., 2019).
图6 大屿山地区的测试分区结果(Shi et al., 2020) a 滑坡事件前的航空正射像; b 滑坡事件后的航空正射像; c 参考地图; d 数字信号输入; e Shi等(2020)的CNN模型; f CDCNN模型分类后的二进制结果; g 将后期处理叠加在事件后图像上的最终结果; h 滑坡的径迹及源头
Fig. 6 Results of the testing zonation of Lantau district(Shi et al., 2020).
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