A Lightweight Network Based on Multi-scale Feature Learning for Landslide Susceptibility Assessment

XU Shenghua; MA Yu; LIU Jiping; WANG Zhuolu

doi:10.13203/j.whugis20240301

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A Lightweight Network Based on Multi-scale Feature Learning for Landslide Susceptibility Assessment

更新时间：2026-11-05

- A Lightweight Network Based on Multi-scale Feature Learning for Landslide Susceptibility Assessment
- Geomatics and Information Science of Wuhan University Vol. 50, Issue 6, Pages: 1175-1190(2025)
- 作者机构：
  
  1.中国测绘科学研究院，北京，100830
  2.中国地质大学（武汉）计算机学院，湖北武汉，430078
  3.辽宁工程技术大学测绘与地理科学学院，辽宁阜新，123000
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.13203/j.whugis20240301
  CLC： P208
- Received：20 November 2024，
  
  Published：05 June 2025
- 稿件说明：
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徐胜华,马钰,刘纪平，等.多尺度特征学习的轻量化滑坡易发性评价方法[J].武汉大学学报（信息科学版）,2025,50(6):1175-1190.

XU Shenghua,MA Yu,LIU Jiping,et al.A Lightweight Network Based on Multi-scale Feature Learning for Landslide Susceptibility Assessment[J].Geomatics and Information Science of Wuhan University,2025,50(6):1175-1190.
徐胜华,马钰,刘纪平，等.多尺度特征学习的轻量化滑坡易发性评价方法[J].武汉大学学报（信息科学版）,2025,50(6):1175-1190. DOI：10.13203/j.whugis20240301

XU Shenghua,MA Yu,LIU Jiping,et al.A Lightweight Network Based on Multi-scale Feature Learning for Landslide Susceptibility Assessment[J].Geomatics and Information Science of Wuhan University,2025,50(6):1175-1190. DOI：10.13203/j.whugis20240301

摘要

现有面向滑坡易发性评价的深度学习网络在不同层次的网络结构中往往仅利用单一尺度特征信息，且模型复杂造成较大的参数量和计算复杂度。提出了多尺度特征学习的轻量化滑坡易发性评价方法，利用深度特征增强模块(deep feature enhancement module，DFEM)和多尺度特征融合模块(multi-scale feature fusion module，MSFF)建立多尺度特征学习的轻量化网络，挖掘滑坡易发性与评价因子之间的深层次关联关系。引入通道增强的注意力机制和深度可分离卷积构建DFEM，动态学习不同通道特征的关注度，增强模型对重要特征的感知和利用能力；将传统卷积优化为深度可分离卷积，减少参数量和计算量，实现模型轻量化。采用空洞空间金字塔池化策略优化设计MSFF，对编码部分下采样提取的特征进行多尺度融合，在融合后的深层特征上进行信息交互，同时自适应地调整特征权重，更好地捕捉滑坡区域的全局和局部空间特征，以弥补下采样带来的特征损失。以陕西省安康市为研究区开展滑坡易发性分析，与多种经典模型对比，从模型精度和性能轻量化两个角度进行分析。结果表明，所提方法能有效降低模型训练成本，提高滑坡易发性预测的精度，易发性分区效果更好。

Abstract

Objectives

Landslide susceptibility assessment can provide scientific basis and technical support for disaster prevention and mitigation. Additionally

factors such as engineering projects

land use

and heavy rainfall contribute to the frequent occurrence of landslides. In response to the challenges of inaccurate landslide prediction caused by using single-scale feature extraction in different levels of network structures

and the high resource demands and computational costs due to model complexity

a lightweight network based on multi-scale feature learning (MFL-LN) for landslide susceptibility assessment is proposed.

Methods

Combining the geological environment characteristics of landslide development

the Spearman correlation analysis was conducted on evaluation factors. This analysis led to the identification of 13 evaluation factors across four categories

including human activity factors

hydrological factors

topographical factors and vegetation factor. These factors were used to establish a landslide susceptibility evaluation factor system. The MFL-LN method employed the deep feature enhancement module (DFEM) to construct the network architecture

reducing the number of parameters and computational load to achieve model lightweighting. Additionally

it dynamically adjusted the attention to different channel features

enhancing the ability to perceive and utilize important features. Subsequently

the multi-scale feature fusion module (MSFF) was employed to integrate the features extracted through down-sampling in the encoding phase

enabling information interaction on the fused deep features and adaptively adjusting the feature weights. It can effectively capture both global and local spatial characteristics of landslides and compensate for the feature extraction loss caused by down-sampling

thereby improving the predictive capability for landslide susceptibility.

Results

An ablation study was conducted on the MFL-LN method

and it was compared with the five traditional models. The accuracy of the susceptibility evaluation models was analyzed from three perspectives: landslide susceptibility zoning maps

landslide hazard point density zoning statistics

and evaluation model accuracy. The hazard point density for very low and very high susceptibility areas in the MFL-LN model was 0.009 and 0.557

respectively

ensuring that the hazard point density is lower in very low susceptibility areas and highest in very high susceptibility areas. Additionally

the area under the receiver operating characteristic curve was the highest at 0.837. The proposed model was analyzed for lightweight optimization based on parameter count and floating-point operations. The parameter count of the MFL-LN model was 0.081

and the floating-point operation count was 41.102. It effectively reduced the model training costs and improved the accuracy of landslide susceptibility zoning.

Conclusions

By selecting Ankang City in Shaanxi Province as the study area and analyzing the historical landslide hazard data

the MFL-LN model was constructed utilizing the DFEM and MSFF with an encoder-decoder structure to evaluate landslide susceptibility. It improved computational efficiency while maintaining the performance of model

making the landslide prediction model more efficient and practical.

关键词

Keywords

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