Applying artificial neural networks in slope stability related phenomena

Τα τελευταία χρόνια, τα Τεχνητά Νευρωνικά Δίκτυα (ΤΝΔ) έχουν επιτυχώς χρησιμοποιηθεί για την μοντελοποίηση και προσομοίωση γεωλογικών διεργασιών από ένα μεγάλο πλήθος γεω-επιστημόνων. Σε αυτή την εργασία γίνεται μια συνοπτική περιγραφή της αρχιτεκτονικής και του τρόπου λειτουργίας των ΤΝΔ, παρουσιάζοντας με περισσότερη λεπτομέρεια τον αλγόριθμο οπισθόδρομης μετάδοσης σφάλματος για την εκτίμηση της κατολίσθησης επιδεκτικότητας μέσω ενός συστήματος ΓΣΠ (Γεωγραφικού Συστήματος Πληροφοριών).Over the past years, Artificial Neural Networks (ANN) have been successfully used for the modelling in a great number of geoscience applications. In this paper we discuss the architecture and the way ANN work, presenting a specific learning algorithm which has been applied in the estimation of landslide susceptibility within a GIS environment

The value of geological data, information and knowledge in producing landslide susceptibility maps.

Στο άρθρο αυτό επιχειρείται να δοθεί μια συνοπτική παρουσίαση της αξίας που έχει η διαχείριση  της  γεωλογικής  πληροφορίας  σε  μελέτες  διερεύνησης  κατολισθητικών φαινομένων  και  του  τρόπου  με  τον  οποίο  αυτή  αποτυπώνεται  σε  χάρτες κατολισθητικής  επιδεκτικότητας.  Συγκεκριμένα,  ορίζονται  οι  έννοιες,  δεδομένα, πληροφορία, γνώση, και παρουσιάζεται η διαδικασία μετατροπής των δεδομένων σε πληροφορία  και  της  πληροφορίας  σε  γνώση,  ενώ  επιχειρείται  και  μια  συνοπτική περιγραφή των κατολισθητικών φαινομένων και των τεχνικών που διαχειρίζονται τα δεδομένα και τις προκύπτουσες πληροφορίες. The  paper  attempts  to  illustrate  the  value  of  Geological  data,  information  and knowledge in studies that investigate landslide phenomena and how this is reflected in the production of landslide susceptibility maps. In particular, the concepts  of data, information, knowledge and wisdom are defined and also the process of converting data into information and information into knowledge. The presented study continuous with a summary that introduces landslide phenomena and the available techniques and methods for identifying and classifying these natural phenomena. It describes the significance of landslide analysis and how this process is essential in order to orient intelligence decisions regarding strategies for regional and urban development. The susceptibility maps that are considered as the outcomes of the over mentioned process, reflects the Geological Knowledge that has been produced by involving expert knowledge and processing data.

COMBINING FUZZY LOGIC AND INFORMATION THEORY FOR PRODUCING A LANDSLIDE SUSCEPTIBILITY MODEL

Ο κύριος στόχος της παρούσας μελέτης ήταν η ανάπτυξη μιας μεθοδολογιάς για την εκτίμηση της κατολισθητικής επιδεκτικότητας η οποία συνδυάζει την ασαφή λογική και τη Θεωρία της Πληροφορίας, στα βουνά της κεντρικής περιοχής των Τζουμέρκων. Συγκεκριμένα, η ασαφής λογική χρησιμοποιήθηκε για την εκτίμηση των συντελεστών βαρύτητας των κλάσεων των μεταβλητών που επιλέγθηκαν στην οποία εκτίμηση λαμβάνεται υπόψη η γνώση των εμπειρογνωμόνων. Ο δείκτης εντροπίας του Shannon, χρησιμοποιήθηκε για τον υπολογισμό των συντελεστών βαρύτητας της κάθε μεταβλητής με βάση τα διαθέσιμα δεδομένα. Ο χάρτης κατολισθητικής επιδεκτικότητας κατασκευάστηκε με εφαρμογή της μεθόδου του σταθμισμένου αθροίσματος. Οι τεχνικογεωλογικές ενότητες, η γωνία κλίσης, η διεύθυνση της γωνίας κλίσης,η απόσταση από τα τεκτονικά χαρακτηριστικά, η απόσταση από το υδρογραφικό δίκτυο και η απόσταση από το οδικό δίκτυο ήταν μεταξύ των έξι μεταβλητών που επιλέγθηκαν. 1738 Η βάση δεδομένων με τη καταγραφή των κατολισθητικών φαινομένων έγινε μετά από τη σχετική ερμηνεία αεροφωτογραφιών, δορυφορικών εικόνων καθώς και τη διεξαγωγή ερευνών πεδίου. Χωρίστηκε σε δύο σύνολα δεδομένων, ένα για εκπαίδευση και ένα για επικύρωση του μοντέλου. Τα αποτελέσματα της διαδικασίας επικύρωσης έδειξαν ότι η μεθοδολογία που αναπτύχθηκε ήταν σε καλή συμφωνία με την πραγματική θέση των καταγεγραμένων κατολισθήσεων. Συγκεκριμένα, η περιοχή κάτω από την καμπύλη (AUC curve), ένας στατιστικός δείκτης, εκτιμήθηκε ότι είναι για την εκπαίδευση 0.7575 και για την επικύρωση και 0.7828. Ο παραγόμενος χάρτης κατολισθητικής επιδεκτικότητας θα μπορούσε να θεωρηθεί από τις τοπικές και εθνικές αρχές ως ένα πολύτιμο μέσο για την αξιολόγηση των στρατηγικών ή για την πρόληψη και τον μετριασμό των επιπτώσεων των κατολισθήσεων. Λέξεις κλειδιά:The main objective of the present study was to develop a landslide susceptibility model by combining Fuzzy logic and Information Theory in order to estimate the spatial probability of landslide manifestation, in the mountains of central Tzoumerka, Greece. Specifically, Fuzzy logic was enabled for weighting the landslide related variables based on expert knowledge and in respect to landslide susceptibility, while the Shannon’s entropy index, an index from Information Theory, was calculated to weight the significance of each landslide related variable based on the available data. The final landslide susceptibility map was produced by applying the weighted sum method. Engineering lithological units, slope angle, slope aspect, distance from tectonic features, distance from river network and distance from road network were among the six landslide related variables that were included in the landslide database used in the training phase. The landslide inventory map was constructed by interpreting aerial photographs, satellite images and field surveys and was separated into two datasets, one for training and one for validating the model. The outcomes of the validation process illustrated that the developed methodology efficiently provided the most susceptible areas and was in good agreement with the actual landslide locations. The area under the curve was estimated to be for the training and validating datasets 0.7575 and 0.7828 respectively. The produced landslide susceptibility map could be regarded from local and national authorities as a valuable mean to evaluate strategies or to prevent and mitigate the impact of landslides. Keywords: slope stability, fuzzy weighting, Shannon’s entropy index, Tzoumerka, Greece

Producing landslide susceptibility maps by applying expert knowledge in a GIS - based environment.

Στην εργασία αυτή εφαρμόζονται δυο ημιποσοτικές προσεγγίσεις, από το πεδίο των πολυκριτηριακών μεθόδων ανάλυσης, η Rock   Engineering System (RES) και η  Analytic  Hierarchical  Process  (AHP ),  για  τον  υπολογισμό  και  την  κατάταξη  των παραμέτρων που σχετίζονται με το φαινόμενο των κατολισθήσεων. Για το σκοπό αυτό και  για  την  αυτοματοποίηση  της  διαδικασίας,  δημιουργήθηκε  ένα  υπολογιστικό εργαλείο,  το  Expert    Knowledge  for   Landslide  Assessment Tool    (EKLA  -Tool  )  ως δυναμική επέκταση του λογισμικού πακέτου ArcMap. Για την κατασκευή του γράφτηκε σχετικός  πηγαίος  κώδικας  με  την  βοήθεια  της  γλώσσας Visual  Basic  και  των εργαλείων ArcObjects που βρίσκονται ενσωματωμένα στο  λογισμικό Γεωγραφικών Συστημάτων  Πληροφοριών, ArcMap.  Η  επέκταση  εφαρμόστηκε  στην  περιοχή  του νομού Ξάνθης,  όπου  υπήρχε  διαθέσιμη σχετική χωρική  βάση  δεδομένων  με καταγραφές κατολισθητικών φαινομένων.    In this paper two semi - quantative approaches, from the domain of Multi criteria decision analysis, such as Rock Engineering Systems (RES) and Analytic Hierarchical Process (AHP) are implemented for weighting and ranking landslide related factors in an objective manner. Through the use of GIS these approaches provide a highly accurate landslide susceptibility map. For this purpose and in order to automate the process, the Expert Knowledge for Landslide Assessment Tool (EKLATool) was developed as an extension tightly integrated in the ArcMap environment, using ArcObjects and Visual Basic script codes. The EKLATool was implemented in an area of Xanthi Prefecture, Greece, where a spatial database of landslide incidence was  availabl

The value of geological data, information and knowledge in producing landslide susceptibility maps.

Στο άρθρο αυτό επιχειρείται να δοθεί μια συνοπτική παρουσίαση της αξίας που έχει η διαχείριση  της  γεωλογικής  πληροφορίας  σε  μελέτες  διερεύνησης  κατολισθητικών φαινομένων  και  του  τρόπου  με  τον  οποίο  αυτή  αποτυπώνεται  σε  χάρτες κατολισθητικής  επιδεκτικότητας.  Συγκεκριμένα,  ορίζονται  οι  έννοιες,  δεδομένα, πληροφορία, γνώση, και παρουσιάζεται η διαδικασία μετατροπής των δεδομένων σε πληροφορία  και  της  πληροφορίας  σε  γνώση,  ενώ  επιχειρείται  και  μια  συνοπτική περιγραφή των κατολισθητικών φαινομένων και των τεχνικών που διαχειρίζονται τα δεδομένα και τις προκύπτουσες πληροφορίες. The  paper  attempts  to  illustrate  the  value  of  Geological  data,  information  and knowledge in studies that investigate landslide phenomena and how this is reflected in the production of landslide susceptibility maps. In particular, the concepts  of data, information, knowledge and wisdom are defined and also the process of converting data into information and information into knowledge. The presented study continuous with a summary that introduces landslide phenomena and the available techniques and methods for identifying and classifying these natural phenomena. It describes the significance of landslide analysis and how this process is essential in order to orient intelligence decisions regarding strategies for regional and urban development. The susceptibility maps that are considered as the outcomes of the over mentioned process, reflects the Geological Knowledge that has been produced by involving expert knowledge and processing data.

Developing an interactive application embodied in the geosciences educational procedure

Σκοπός της παρούσας μελέτης είναι η παρουσίαση ενός Γεω-οπτικού Ορυκτολογικού Γνωστικού Εργαλείου (GeMiCo Tool), μια ψηφιακή εφαρμογή που χρησιμοποιεί τεχνικές από τον τομέα της Τεχνολογίας των Πληροφοριών και Επικοινωνιών. Η εφαρμογή αποτελεί τμήμα των εκπαιδευτικών εργαλείων που χρησιμοποιούνται στο Ορυκτολογικό Μουσείο “γαιο-ΟΡΑΜΑ” της Σχολής Μηχανικών Μεταλλείων- Μεταλλουργών του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου και αφορά σε φοιτητές ΑΕΙ καθώς και μαθητές πρωτοβάθμιας και δευτεροβάθμιας εκπαίδευσης. Η εφαρμογή ενσωματώνει το Google Earth API, που επιτρέπει στους χρήστες να διερευνούν και να επεξεργάζονται με διαδραστικό τρόπο γεωλογικά και ορυκτολογικά δεδομένα. Οι χρήστες έχουν τη δυνατότητα να επιλέγουν θεματικά επίπεδα πληροφοριών που σχετίζονται με τα γεω-εκθέματα, να δημιουργούν ερωτήσεις και αναζητήσεις και να πλοηγούνται σε 3D περιβάλλον. Η εφαρμογή είναι εγκαταστημένη σε μια μεγάλου μεγέθους διαδραστική οθόνη (τεχνολογία multi-touch) η οποία προσελκύει το κοινό να συμμετάσχει σε διαδραστικές ατομικές και ομαδικές εργασίες.The aim of this study is to develop a Geovisual Mineralogical Cognitive Tool (GeMiCo Tool), a digital application that utilizes techniques from the domain of Information and Communication Technology. The application is part of the educational tools used at the Mineralogical Museum of the School of Mining and Metallurgical Engineering, National Technical University of Athens and concerns students of Higher, Primary and Secondary Education. The learning tool developed here embodies Google Earth API (Application Programming Interface), allowing users to interactively display and investigate geological and mineralogical related data. By that, users are able to select and present thematic layers of information related to the geo-exhibits, to create queries and searches and to navigate in 3D environment. The application runs on a large format multi-touch interactive display in the Mineralogical Museum of NTUA that attracts audiences and engages them in interactive collaborative tasks

ASSESSING GROUND SUBSIDENCE PHENOMENA WITH PERSISTENT SCATTERER INTERFEROMETRY DATA IN WESTERN THESSALY, GREECE

Ο κύριος στόχος της παρούσας μελέτης ήταν η διερεύνηση των εδαφικών καθιζήσεων που παρατηρούνται στην ευρύτερη περιοχή της πόλης των Φαρσάλων, με τη βοήθεια τεχνικών τηλεπισκόπησης, καθώς και ο εντοπισμός των δυνητικών γεω- περιβαλλοντικών μηχανισμών που συμβάλλουν στην εκδήλωση των εδαφικών διαρρήξεων που πλήττουν την περιοχή. Σε αυτό το πλαίσιο, αξιοποιήθηκαν δεδομένα συμβολομετρίας σταθερών σκεδαστών, τα οποία προέκυψαν από την επεξεργασία ενός συνόλου εικόνων ραντάρ, που λήφθησαν κατά την περίοδο 1995-2003 από τους δορυφόρους ERS1 και ERS2 του Ευρωπαϊκού Οργανισμού Διαστήματος (ESA). Ακόμα, αξιοποιήθηκαν δεδομένα στάθμης του υδροφόρου ορίζοντα από τρεις γεωτρήσεις, παρέχοντας τιμές για τη μέση πτώση και το μέσο ετήσιο ρυθμός ανάληψης. Επιπλέον, πραγματοποιήθηκε μια ποσοτική σύγκριση μεταξύ του ρυθμού καθίζησης και του πάχους των συμπιεστών ιζημάτων της περιοχής έρευνας. Τα αποτελέσματα έδειξαν μια σαφή συσχέτιση ανάμεσα στην εδαφική καθιζήση και τη διακύμανση του υδροφόρου 1694 ορίζοντα καθώς και τη σαφή επίδραση του βάθους του βραχώδους υποβάθρου στο ρυθμό και την ένταση των παραμορφώσεων. Συμπερασματικά, με τη χρήση δεδομένων συμβολομετρίας σταθερών σκεδαστών αναδεικνύεται η σφοδρότητα με την οποία τα φαινόμενα των εδαφικών υποχωρήσεων πλήττουν την περιοχή μελέτης. Λέξεις κλειδιά: Εδαφικές παραμορφώσεις, τεχνικές τηλεπισκόπησης, διακύμανση υδροφόρου ορίζοντα.The main objective of the present study was to investigate ground subsidence in the wider area of Farsala, western Thessaly basin, by means of remote sensing techniques and to identify potential geo environmental mechanisms that contribute to the development of the observed surface fractures affecting the site. In this context, a set of Synthetic Aperture Radar (SAR) images, acquired in 1995-2003 by the European Space Agency (ESA) satellites ERS1 and ERS2 and processed with the Persistent Scatterer Interferometry (PSI) technique by the German Space Agency (DLR) during the Terrafirma project, were evaluated in order to investigate spatial and temporal patterns of deformation. Groundwater table levels of three water boreholes within the research area were processed providing the mean piezometric level drawdown and the mean annual drawdown rate. In addition, a quantitative comparison between the deformation subsidence rate and the thickness of the compressible sediments was also performed. The outcomes of the present study indicated a clear relationship in the subsidence deformation rate and the groundwater fluctuation and also a correlation between the depth of the bedrock and the deformation subsidence rate. Overall, the multitemporal SAR interferometry (DInSAR) data are proved as a valuable and suitable technique for increasing knowledge about the extent and the rate of the deformations in the current study area, proved to be affected with an increasing intensity.

Developing an interactive application embodied in the geosciences educational procedure

Σκοπός της παρούσας μελέτης είναι η παρουσίαση ενός Γεω-οπτικού Ορυκτολογικού Γνωστικού Εργαλείου (GeMiCo Tool), μια ψηφιακή εφαρμογή που χρησιμοποιεί τεχνικές από τον τομέα της Τεχνολογίας των Πληροφοριών και Επικοινωνιών. Η εφαρμογή αποτελεί τμήμα των εκπαιδευτικών εργαλείων που χρησιμοποιούνται στο Ορυκτολογικό Μουσείο “γαιο-ΟΡΑΜΑ” της Σχολής Μηχανικών Μεταλλείων- Μεταλλουργών του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου και αφορά σε φοιτητές ΑΕΙ καθώς και μαθητές πρωτοβάθμιας και δευτεροβάθμιας εκπαίδευσης. Η εφαρμογή ενσωματώνει το Google Earth API, που επιτρέπει στους χρήστες να διερευνούν και να επεξεργάζονται με διαδραστικό τρόπο γεωλογικά και ορυκτολογικά δεδομένα. Οι χρήστες έχουν τη δυνατότητα να επιλέγουν θεματικά επίπεδα πληροφοριών που σχετίζονται με τα γεω-εκθέματα, να δημιουργούν ερωτήσεις και αναζητήσεις και να πλοηγούνται σε 3D περιβάλλον. Η εφαρμογή είναι εγκαταστημένη σε μια μεγάλου μεγέθους διαδραστική οθόνη (τεχνολογία multi-touch) η οποία προσελκύει το κοινό να συμμετάσχει σε διαδραστικές ατομικές και ομαδικές εργασίες.The aim of this study is to develop a Geovisual Mineralogical Cognitive Tool (GeMiCo Tool), a digital application that utilizes techniques from the domain of Information and Communication Technology. The application is part of the educational tools used at the Mineralogical Museum of the School of Mining and Metallurgical Engineering, National Technical University of Athens and concerns students of Higher, Primary and Secondary Education. The learning tool developed here embodies Google Earth API (Application Programming Interface), allowing users to interactively display and investigate geological and mineralogical related data. By that, users are able to select and present thematic layers of information related to the geo-exhibits, to create queries and searches and to navigate in 3D environment. The application runs on a large format multi-touch interactive display in the Mineralogical Museum of NTUA that attracts audiences and engages them in interactive collaborative tasks