Monitoring and Prediction of Ground Deformation Using InSAR and Machine Learning Approaches in Tianjin City, China

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作者
Jinjie Miao,Rally Kimpese Talong,M M Wang,Ying Zhang,Dong Du,H F Liu,Yihang Gao,Yaonan Bai,Liu W
出处
期刊:Remote Sensing [Multidisciplinary Digital Publishing Institute]
卷期号:18 (14): 2294-2294
标识
DOI:10.3390/rs18142294
摘要

Ground deformation is a hazardous geological phenomenon. In this study, the small baseline subset (SBAS) with the coherence baseline interferometric technique was employed to derive historical ground deformation in Tianjin City, Northern China, between 2019 and 2024. Using InSAR-derived datasets for training and validation, three machine learning architectures, namely two-dimensional convolutional long short-term memory (ConvLSTM2D), hybrid convolutional neural network–long short-term memory (hybrid CNN-LSTM), and hybrid convolutional neural network–bidirectional long short-term memory (hybrid CNN-BiLSTM), were developed to further analyze ground deformation and make future predictions. It was found that from SBAS-InSAR, the deformation rates for the whole Dongli District, Tianjin, ranged from −40.98 to 27.18 mm/year, with a mean of −2.41 mm/year from 2019 to 2024. Model performance was evaluated using held-out validation samples derived from the InSAR deformation dataset. The ConvLSTM2D model achieved the best performance, with an R2 value of 0.99 and root mean squared error (RMSE) of 1.37 mm, compared with the hybrid CNN-LSTM (R2 = 0.99, RMSE = 2.16 mm) and hybrid CNN-BiLSTM (R2 = 0.99, RMSE = 2.19 mm). This optimized ConvLSTM2D model was applied to estimate the predictions of the ground deformation rate with −43.71 mm/year in the high-deformation zone between 2025 and 2028. These findings predict a continuing trend of land instability, highlighting the necessity for urgent geohazard mitigation and urban planning strategies in the affected regions.
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