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Spatial analysis and statistical modelling of landslide susceptibility

Steger, Stefan (2017) Spatial analysis and statistical modelling of landslide susceptibility.
Dissertation, University of Vienna. Fakultät für Geowissenschaften, Geographie und Astronomie
BetreuerIn: Glade, Thomas
Gesperrt bis: 28 May 2019
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URN: urn:nbn:at:at-ubw:1-25683.38130.460659-7

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Abstract in English

Statistical techniques are regularly applied to generate landslide susceptibility models for large areas. Literature reveals that quantitative performance estimates, such as the predictive performance, are routinely used as the primary criteria to select input data and classification methods, or to deduce the quality and usability of the final landslide susceptibility maps. This thesis systematically explored the assumption that a purely number-oriented approach can lead to erroneous decisions and implausible landslide susceptibility maps, particularly with regard to a frequent unavailability of flawless input data. Analyses were performed for different areas located in eastern Austria (Lower Austria), utilizing also artificially generated data sets. The investigation put a strong emphasis on a systematic examination of the influence of positionally inaccurate and incomplete landslide inventories (slidetype movement). The methodical framework comprised an in-depth comparison of multiple landslide susceptibility models, which were generated with potentially adequate and inadequate input data to gain insights into the models’ quantitative response and associated pitfalls. Numerous sensitivity analyses were conducted with a variety of statistical (fixed effects and mixed effects models) and machine learning techniques, while subsequent quantitative results were continuously evaluated from various perspectives. The findings of this thesis exposed, that a purely number-oriented approach can lead to wrong decisions and geomorphically implausible landslide susceptibility maps. Based on these results, strategies that can be used to (i) detect misleading modelling results and to (ii) counteract the effects of landslide inventory-based errors are proposed.

Schlagwörter in Englisch

Mass movements / landslides / landslide susceptibility modelling / statistical classification / machine learning / validation / geomorphic plausibility / error propagation / Lower Austria / Flysch Zone

Abstract in German

Die Erstellung von räumlichen Gefährdungsmodellen für Rutschungen beruht in großflächigen Untersuchungsgebieten häufig auf statistischen Verfahren. Quantitative Gütemaße werden laut Literatur regelmäßig als primäres Entscheidungskriterium herangezogen, um Eingangsdaten und Klassifikationsmethoden zu selektieren, sowie die Qualität und Verwendbarkeit der finalen Gefahrenhinweiskarten abzuleiten. Die vorliegende Arbeit untersucht die Annahme, dass eine rein quantitativ orientierte methodische Herangehensweise zu Fehlentscheidungen bei der Modellgenerierung und schlussendlich zu geomorphologisch unplausiblen Gefahrenhinweiskarten führen kann, besonders im Hinblick darauf, dass die zur Verfügung stehenden Eingangsdaten häufig qualitative Mängel aufweisen. Die Analysen dieser Dissertation bezogen sich auf verschiedene Untersungsgebiete im Osten Österreichs (Niederösterreich), wobei zusätzlich auch synthetisch generierte Daten eingesetzt wurden. In diesem Zusammenhang konzentrierten sich die Analysen auf den Einfluss von lageungenauen und systematisch unvollständigen Rutschungsinventaren auf die Modellergebnisse. Der methodische Rahmen umfasst einen systematischen Vergleich von Gefährdungsmodellen, welche auf Basis von potentiell geeigneten, aber auch auf Basis von fehlerbehafteten Eingangsdaten erstellt wurden, um die quantitative Modellreaktion und die damit verbundenen Fallstricke zu erörtern. Die multiplen Sensitivitätsanalysen wurden sowohl mit statistischen Klassifikationsverfahren (Fixed Effects und gemischte Modelle), als auch mit Techniken des maschinellen Lernens durchgeführt. Die dadurch generierten quantitativen Ergebnisse wurden kontinuierlich und aus verschiedensten Perspektiven evaluiert. Hierbei konnte bestätigt werden, dass eine rein quantitative Modellerstellung zu fehlerhaften Entscheidungen und geomorphologisch unplausiblen Gefahrenhinweiskarten für Rutschungen führen kann. Basierend auf den Erkenntnissen dieser Analysen werden Strategien vorgeschlagen, welche (i) fehlerbehaftete Modellergebnisse aufdecken können und (ii) dem Einfluss von lageungenauen und systematisch verzerrten Rutschungsinventaren entgegenwirken können.

Schlagwörter in Deutsch

Gravitative Massenbewegung / Gefährdungsmodellierung für Rutschungen / Statistische Klassifikationsverfahren / Maschinelles Lernen / Validierung / Geomorphologische Plausibilität / Fehlerfortpflanzung / Niederösterreich / Flysch

Item Type: Hochschulschrift (Dissertation)
Author: Steger, Stefan
Title: Spatial analysis and statistical modelling of landslide susceptibility
Subtitle: pitfalls and solutions
Umfangsangabe: IX, 239 Seiten : Illustrationen, Diagramme, Karten
Institution: University of Vienna
Faculty: Fakultät für Geowissenschaften, Geographie und Astronomie
Studiumsbezeichnung bzw.
Universitätslehrgang (ULG):
Doktoratsstudium NAWI aus dem Bereich Naturwissenschaften (Dissertationsgebiet: Geographie)
Publication year: 2017
Language: eng ... Englisch
Supervisor: Glade, Thomas
Assessor: Poesen, Jean William Andre
2. Assessor: Zêzere, José Luís
Classification: 74 Geographie, Raumordnung, Städtebau > 74.30 Kartographie: Allgemeines
38 Geowissenschaften > 38.09 Physische Geographie
AC Number: AC13740676
Item ID: 47980
(Das PDF-Layout ist ident mit der Druckausgabe der Hochschulschrift.)

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