علوم زمین خوارزمی، جلد ۱۱، شماره ۱، صفحات ۲۰۱-۲۱۹

عنوان فارسی چارچوب مبتنی بر پایتون برای طبقه‌بندی پوشش زمین در مطالعات زمین‌شناسی مهندسی مقایسه SVM، K-means و شاخص‌های طیفی
چکیده فارسی مقاله طبقه‌بندی پوشش زمین از اهمیت بالایی در مطالعات زمین‌شناسی مهندسی، به‌ویژه در ارزیابی ناپایداری دامنه‌ها و حرکات توده‌ای برخوردار است. این پژوهش به ارائه یک چارچوب مبتنی بر پایتون برای طبقه‌بندی پوشش زمین پرداخته و عملکرد دو الگوریتم یادگیری ماشین شامل خوشه‌بندی k-means بدون نظارت و ماشین بردار پشتیبان (SVM( با نظارت را در مقایسه با روش‌های متداول مبتنی بر شاخص‌های طیفی NDVI، NDWI، UI و SAVI ارزیابی کرده است. منطقه مورد مطالعه در استان آذربایجان شرقی ایران، با تنوع بالایی در پوشش زمین شامل پوشش گیاهی، خاک برهنه، مناطق شهری و آب‌های سطحی است .داده‌های ماهواره‌ای لندست 8 پس از اعمال مراحل پیش‌پردازش (اصلاح گاما، نرمال‌سازی Min-Max و تحلیل مؤلفه‌های اصلی PCA) برای طبقه‌بندی چهار کلاس اصلی به کار گرفته شدند. نتایج نشان داد که الگوریتم SVM با دقت کلی 84% و ضریب کاپا 0/81 عملکرد بهتری نسبت به الگوریتمK-means با دقت %73 و ضریب کاپا 0/68 دارد. شاخص‌های طیفی به تنهایی دقتی حدود %65 فراهم کردند، اما در ترکیب با الگوریتم‌های یادگیری ماشین، کارایی آن‌ها به‌طور معنی‌داری افزایش یافت. یافته‌ها نشان می‌دهد که الگوریتم‌های یادگیری ماشین، به‌ویژهSVM ، می‌توانند به‌عنوان ابزاری قدرتمند در مطالعات زمین‌شناسی مهندسی از منظر طبقه‌بندی پوشش زمین در ارزیابی ناپایداری دامنه‌ها مورد استفاده قرار گیرند. علاوه بر این، چارچوب مبتنی بر پایتون ارائه‌شده در این پژوهش، قابلیت تکرار، شفافیت و کارایی بالایی دارد و می‌تواند به‌عنوان یک راهکار عملیاتی در مطالعات مشابه به‌کار گرفته شود.

کلیدواژه‌های فارسی مقاله حرکات توده‌ای،خوشه‌بندی K-means،ماشین بردار پشتیبان (SVM)،شاخص‌های طیفی،یادگیری ماشین،PCA،پایتون،

عنوان انگلیسی A python-based framework for land cover classification in engineering geology: A comparative assessment of SVM, K-means, and spectral indices
چکیده انگلیسی مقاله Accurate land cover classification is a fundamental step in engineering geology studies, particularly for assessing slope instability and mass movements. With the growing availability of satellite data and machine learning tools, automated and reproducible classification frameworks have become essential. This study presents a comprehensive Python-based framework for land cover classification, comparing the performance of two machine learning algorithms, Support Vector Machine (SVM, supervised) and K-means clustering (unsupervised), against traditional spectral indices (NDVI, NDWI, UI, SAVI) using Landsat 8 imagery. The study area is located in East Azerbaijan Province, Iran, covering approximately 80×70 km with diverse land cover types, including vegetation, bare soil, urban areas, and surface water. Prior to classification, data underwent several preprocessing steps: gamma correction for visual enhancement, Min-Max normalization for data scaling, and Principal Component Analysis (PCA) for dimensionality reduction and multicollinearity mitigation. PCA retained components explaining at least 95% of total variance. Classification was performed on four main classes. Results were evaluated using Overall Accuracy (OA), Kappa Coefficient, and weighted Precision, Recall, and F1-Score. The SVM algorithm, using an RBF kernel, achieved the highest accuracy with 84% OA and a Kappa of 0.81, demonstrating superior ability in defining clear class boundaries, particularly in distinguishing urban areas from bare soil. In contrast, K-means clustering yielded 73% OA and a Kappa of 0.68, with noticeable class overlap. Spectral indices alone provided a baseline accuracy of ~65%, but their integration with machine learning models significantly improved performance. The findings confirm that supervised machine learning models, particularly SVM, outperform unsupervised clustering and standalone spectral indices. However, K-means remains viable in data-scarce scenarios. The proposed Python-based workflow offers a reproducible, transparent, and efficient approach for land cover analysis, making it a valuable tool for engineering geology applications such as landslide susceptibility mapping.
کلیدواژه‌های انگلیسی مقاله حرکات توده‌ای,خوشه‌بندی K-means,ماشین بردار پشتیبان (SVM),شاخص‌های طیفی,یادگیری ماشین,PCA,پایتون

نویسندگان مقاله مهدی تلخابلو |
دانشگاه خوارزمی

مهدی فرمهینی فراهانی |
دانشگاه خوارزمی

سبا سیاه منصوری |
دانشگاه خوارزمی


نشانی اینترنتی https://gnf.khu.ac.ir/article_4107_2297607a5db8576d5ad6bbd83696ff60.pdf
فایل مقاله فایلی برای مقاله ذخیره نشده است
کد مقاله (doi)
زبان مقاله منتشر شده fa
موضوعات مقاله منتشر شده
نوع مقاله منتشر شده
برگشت به: صفحه اول پایگاه   |   نسخه مرتبط   |   نشریه مرتبط   |   فهرست نشریات