Earthquake-induced secondary ground failure hazards, such as liquefaction and landslides, result in catastrophic building and infrastructure damage as well as human fatalities. To facilitate emergency responses and mitigate losses, the U.S. Geological Survey provides a rapid hazard estimation system for earthquake-triggered landslides and liquefaction using geospatial susceptibility proxies and ShakeMap ground motion estimates. In this study, we develop a generalized causal graph-based Bayesian network that models the physical interdependencies between geospatial features, seismic ground failures, and building damage, as well as DPMs. Geospatial features provide physical insights for estimating ground failure occurrence while DPMs contain event-specific surface change observations. This physics-informed causal graph incorporates these variables with complex physical relationships in one holistic Bayesian updating scheme to effectively fuse information from both geospatial models and remote sensing data. This framework is scalable and flexible enough to deal with highly complex multi-hazard combinations. We then develop a stochastic variational inference algorithm to jointly update the intractable posterior probabilities of unobserved landslides, liquefaction, and building damage at different locations efficiently. In addition, a local graphical model pruning algorithm is presented to reduce the computational cost of large-scale seismic ground failure estimation. We apply this framework to the September 2018 Hokkaido Iburi-Tobu, Japan (M6.6) earthquake and January 2020 Southwest Puerto Rico (M6.4) earthquake to evaluate the performance of our algorithm.


翻译:地震引发的二级地面故障灾害,如液化和滑坡,造成灾难性的建筑和基础设施破坏,以及人类死亡。为了便利应急反应和减轻损失,美国地质调查局利用地球空间感应性能偏差代理和ShakeMap地面运动估计,为地震引发的滑坡和液化行动提供了一个快速的危害估计系统。在这个研究中,我们开发了一个基于普遍因果图形的巴伊西亚网络,以模拟地理空间特征、地震地面故障、建筑破坏以及DPMs之间的实际相互依存关系。地理特征为估计地面故障发生情况提供了实际的洞察力,而DPMS则包含特定事件的地面变化观测。这个物理知情的因果图表将这些具有复杂物理关系的变量纳入一个全面的巴伊西亚更新计划,以有效地整合来自地理空间模型和遥感数据的信息。这个框架可以伸缩和灵活到足以处理高度复杂的多种危害组合。我们随后开发了一种随机偏差的变异算算法,以共同更新未观测到的山体滑坡、液化动作和在不同地点建造破坏的复杂概率。此外,我们用了一个大比例的地震模型计算模型来计算。

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