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Land Surface Change Detection after Major Volcanic Eruptions in Indonesia using Machine Learning and Spatial-Temporal Transferability

Orynbaikyzy, Aiym und Santoso, Imam und Rösch, Moritz und Martinis, Sandro und Ismanto, Rido Dwi und Vetrita, Yenni und Khomarudin, Rokhis M. und Strunz, Günter und Plank, Simon Manuel (2025) Land Surface Change Detection after Major Volcanic Eruptions in Indonesia using Machine Learning and Spatial-Temporal Transferability. International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation, 145, Seiten 1-15. Elsevier. doi: 10.1016/j.jag.2025.104965. ISSN 1569-8432.

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Offizielle URL: https://doi.org/10.1016/j.jag.2025.104965

Kurzfassung

Mitigating volcanic eruption disasters is a key priority in Indonesia’s national development agenda. Due to the high density of active volcanoes near populated areas, even eruptions with a relatively low Volcanic Explosivity Index (VEI) can result in significant fatalities and losses. Therefore, rapid mapping of eruption impacts is essential both during and following an eruption. Machine learning with Earth Observation (EO) data enhances the speed and accuracy of volcanic impact mapping, critical for timely disaster response. In this study, we evaluate the performance of three machine learning classifiers − Random Forest, Support Vector Machine (SVM), XGBoost – for mapping land surface changes resulting from volcanic deposits (e.g. lahars, pyroclastic density currents and lava) across three different data availability scenarios using multi-temporal Sentinel-1 Synthetic Aperture Radar (SAR) and Sentinel-2 optical data. Scenario I use a traditional approach, where training and validation data are sourced from the same eruption event. In Scenario II, the spatial transfer scenario, we simulate the absence of local training data by using data from different volcanoes. In Scenario III, the spatial–temporal transfer scenario, we include training data from past eruptions of the target volcano in addition to other events. Our results demonstrate that Scenario I achieve the highest classification accuracy, with Random Forest and XGBoost consistently outperforming SVM, achieving f1-scores exceeding 0.90. Scenario III improves average model performance compared to Scenario II (Δf1-score – 0.12), highlighting the value of historical eruption data for enhancing classification accuracy in data-scarce environments. These findings underscore the critical role of integrating EO data and machine learning in advancing volcanic impact mapping, offering a scalable and efficient approach to support disaster management efforts globally.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/219108/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Land Surface Change Detection after Major Volcanic Eruptions in Indonesia using Machine Learning and Spatial-Temporal Transferability
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Orynbaikyzy, AiymAiym.Orynbaikyzy (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Santoso, ImamResearch and Innovation Agency (BRIN), Research Center for Geoinformatics, IndonesiaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Rösch, Moritzmoritz.roesch (at) dlr.dehttps://orcid.org/0009-0003-2928-7009197351122
Martinis, SandroSandro.Martinis (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-6400-361XNICHT SPEZIFIZIERT
Ismanto, Rido DwiResearch and Innovation Agency (BRIN), Research Center for Computing, IndonesiaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Vetrita, YenniResearch and Innovation Agency (BRIN), Research Center for Geoinformatics, IndonesiaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Khomarudin, Rokhis M.Research and Innovation Agency (BRIN), Research Center for Geoinformatics, IndonesiaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Strunz, GünterGuenter.Strunz (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Plank, Simon ManuelSimon.Plank (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-5793-052XNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:November 2025
Erschienen in:International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Ja
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:145
DOI:10.1016/j.jag.2025.104965
Seitenbereich:Seiten 1-15
Verlag:Elsevier
ISSN:1569-8432
Status:veröffentlicht
Stichwörter:rapid mapping, change detection, volcano hazards, machine learning, Sentinel-1, Sentinel-2
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HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Erdbeobachtung
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R EO - Erdbeobachtung
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Fernerkundung u. Geoforschung
Standort: Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Deutsches Fernerkundungsdatenzentrum > Georisiken und zivile Sicherheit
Hinterlegt von: Orynbaikyzy, Aiym
Hinterlegt am:19 Nov 2025 11:15
Letzte Änderung:02 Dez 2025 13:43

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