I nte rna t io na l J o urna l o f   Adv a nces in Applie d Science s   ( I J AAS)   Vo l.  15 ,   No .   1 Ma r ch   20 26 ,   p p .   2 8 1 ~ 2 9 2   I SS N:  2252 - 8 8 1 4 DOI 1 0 . 1 1 5 9 1 /ijaas . v15. i 1 . pp 281 - 2 9 2        281       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ij a a s . ia esco r e. co m   DCNNV A:  a deep  conv o lutiona l ne ura l net wo rk  f o v o lca nic  a ctivity  clas sifica t io n using  sa tellit e   ima g ery       Ya s ir  H us s ei n Sha k ir 1 ,   Ree m   Ali Mu t la g 1 ,   E s ha q Az iz  Awa dh   AL   M a nd ha ri 2   M o ha m ed  Sh a bb ir  A bd ul na bi 3     1 C o l l e g e   o f   G r a d u a t e   S t u d i e s,  U n i v e r s i t i   Te n a g a   N a s i o n a l ,   K a j a n g ,   M a l a y s i a   2 G r a d u a t e   S c h o o l   o f   T e c h n o l o g y A s i a   P a c i f i c   U n i v e r si t y   o f   Te c h n o l o g y   a n d   I n n o v a t i o n K u a l a   L u m p u r ,   M a l a y si a   3 S c h o o l   o f   T e c h n o l o g y ,   A s i a   P a c i f i c   U n i v e r si t y   o f   Te c h n o l o g y   a n d   I n n o v a t i o n ,   K u a l a   L u mp u r ,   M a l a y s i a       Art icle  I nfo     AB S T RAC T     A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Sep   4 ,   2 0 2 5   R ev is ed   Dec   2 3 ,   2 0 2 5   Acc ep ted   J an   1 ,   2 0 2 6       M o n i to ri n g   a n d   c las sify in g   v o lca n ic  a c ti v it y   a re   a   c rit ica tas k   f o d isa ste r   risk   re d u c ti o n   a n d   h a z a rd   m a n a g e m e n t.   Re c e n d isc o v e ries   i n   m a c h in e   lea rn in g   a n d   d e e p   lea rn in g   h a v e   p ro v e d   e x c e ll e n sa telli t e   ima g e   c las si fi c a ti o n   a n d   v o lca n ic  a n o m a ly   id e n ti fi c a ti o n   c a p a b il it ies ,   y e th e   m a jo rit y   o e x ist in g   m e th o d s u ffe fro m   sm a ll   d a tas e ts,  p a rti c u larly   o n   so li tary   d a ta  m o d a li ti e s   o r   p a rti c u lar  c a se s ,   m e re ly   a e x a m p le s.  In   t h is   re se a rc h   wo rk ,   we   p u t   fo rwa rd   d e v e lo p   d e e p   c o n v o l u ti o n a n e u ra n e two r k   fo v o lca n ic  a c ti v it y   (DCN NV A)  c las si fi c a ti o n   sp e c ifi c a ll y   d e sig n e d   fo r   sa telli te  ima g e ry   o n   v o lca n ic   a c ti v it y .   We  ri g o r o u sl y   b e n c h m a rk e d   DCN NV m o d e l' st re n g th   a g a i n st  a   t o tal  o e ig h sta te - of - th e - a rt  tran sfe lea rn in g   m o d e ls :   Re sN e t5 0 ,   NA S Ne tL a rg e ,   De n se Ne t1 2 1 ,   M o b i leN e t,   In c e p ti o n V3 ,   Xc e p ti o n ,   VG G 1 9 ,   a n d   VG G 1 6 .   Co m p a ra ti v e   e x p e rime n tal  re su lt sh o th a p r o p o se d   DC NN VA   fra m e wo rk ' o v e ra ll   p e rfo rm a n c e   si g n ifi c a n t ly   su rp a ss e it c o m p e t it o rs  wit h   a n   a c c u ra c y   o 9 9 . 3 3 % ,   p re c isio n   o 1 0 0 % ,   re c a ll   o 9 8 . 6 7 % ,   a n d   F 1 - sc o re   o 9 9 . 3 3 % ,   si g n ifi c a n t ly   b e a ti n g   e x isti n g   sta te - of - t h e - a rt  m e th o d s .   Also ,   we   c re a te  a   d e p l o y a b le  g ra p h ica l   u se in terfa c e   (G UI)  sy ste m   th a is  c a p a b le  o f   re a l - ti m e   m o n i to rin g   o n   v o lca n ic  a c ti v i ty   a n d   g e n e ra te s   m u lt i - m o d a a lert  p ro c e ss in g   th a t   c a n   m a k e   th is  re se a rc h   d irec tl y   a p p li c a b le  f o p ra c ti c a u se   o n   d isa ste m a n a g e m e n a s   we ll   a i n   e a rly   wa rn in g   sy ste m s .   Th is  re se a rc h   c o n tri b u tes   a   sc a lab le,   stro n g ,   a we ll   a p ra c ti c a so lu ti o n   to wa rd s v o lca n ic  h a z a rd   id e n ti fi c a ti o n   a we ll   a a   b a se li n e   s y ste m   to wa rd   d e v e l o p i n g   fu t u re   m u l ti - m o d a l   a we ll   a s   re a l - ti m e   g e o h a z a rd   trac k in g   sy st e m   fra m e wo rk s.   K ey w o r d s :   DC NNV A   Dee p   lear n in g   Mo d el  d ep lo y m en   Mu lti - m o d al  aler t sy s tem   Satellite d ata  clas s if icatio n   T h is i a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Mo h am ed   Sh a b b ir   Ab d u ln ab   Sch o o l o f   T ec h n o lo g y ,   Asi Pacif ic  Un iv er s ity   o f   T ec h n o lo g y   an d   I n n o v atio n   Ku ala  L u m p u r   5 7 0 0 0 ,   Ma lay s ia   E m ail:  m o h am ed . s h ab b ir @ ap u . ed u . m y       1.   I NT RO D UCT I O   Mo n ito r in g   a n d   class if y in g   v o lcan ic  ev en ts   ar wid ely   r ec o g n ized   as  o n o f   th m o s c r itical  y et   ch allen g in g   r esp o n s ib ilit ies  f ac ed   v ia  o b s er v ato r ies  a n d   g eo s cien tific   in s titu tio n s   ar o u n d   th e   wo r ld .   T h e   v o lcan ic  ac tiv ity   p r esen ts   n o t   o n ly   s ig n i f ican n at u r al  h a za r d   to   h u m an   p o p u latio n s   an d   in f r astru ctu r b u t   also   f u n d am en tal  ar ea   o f   s tu d y   f o r   u n d er s tan d i n g   ea r th   d y n am ic  s y s tem s .   T r ad itio n ally ,   th o b s er v atio n   an d   an aly s is   o f   v o lcan ic  ac tiv ity   h av e   r elied   h ea v ily   o n   g r o u n d - b ased   m o n ito r in g   s y s tem s ,   m an u a l   im ag e   in ter p r etatio n ,   an d   co n v en tio n al  s tatis t ical  m o d els.  Ho w ev er ,   th ese  ap p r o ac h es  wer o f ten   lim ited   b y   tem p o r al  d elay s   r estricte d   co v er ag e,   a n d   th h ig h   c o s ts   ass o ciate d   with   o n - s ite  m o n ito r in g .   T h r ap id   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                   I SS N :   2252 - 8 8 1 4   I n t J Ad v   Ap p l Sci Vo l.   1 5 ,   No .   1 ,   Ma r c h   2 0 2 6 281 - 2 9 2   282   ad v an ce m e n o f   r em o te  s en s in g   tech n o lo g ies ,   e s p ec ially   th g r o win g   av ailab ilit y   o f   h ig h - r eso lu tio n   m u ltis p ec tr al  an d   th er m al  s atellite  im ag er y ,   h as  g r ea tly   ex p an d e d   th ab ilit y   o f   r esear ch er s   to   m o n ito r   v o lcan ic  ac tiv ity   at  b o th   lo ca an d   g lo b al  s ca les.  Su p p o r te d   b y   i n cr ea s ed   co m p u tatio n al   p o wer ,   th e s to o ls   n o allo lar g e - s ca le  d ata  p r o ce s s in g   an d   r ea l - tim m o n ito r in g   ca p a b ilit ies  th at  wer p r e v io u s ly   u n attain ab le   u s in g   tr ad itio n al  a p p r o ac h es  [ 1 ] .   At  th s am tim e,   ar tific ial  in tellig en ce   h as  em er g e d   as  tr an s f o r m ativ ap p r o ac h   f o r   h an d lin g   c o m p l ex   h ig h - d im e n s io n al  d atasets ,   an d   with   m ac h i n lear n in g   an d   d ee p   lear n in g   tech n iq u es  h a v s h o wn   ex c ep tio n al  ef f ec tiv e n ess   in   s o lv in g   p r o b lem s   r elate d   to   i m ag class if icatio n ,   an o m aly   d etec tio n ,   an d   p r ed ic tiv m o d elin g   [ 2 ] ,   [ 3 ] .   m ajo r   r esear ch   f o cu s   was  th class if icatio n   o f   s atellite  im ag er y ,   wh ic h   p lay s   cr u ci al  r o le  in   d etec tin g   s u b tle  th er m al  an o m alies,   g as  em is s io n s ,   lan d   co v er   s h if ts ,   an d   o th er   in d icato r s   o f   v o lcan ic  ac tiv ity .   R ec en wo r k   h as  s h o w n   th at  im m u n e - in s p ir ed   m ac h in lear n in g   alg o r ith m s   a n d   o th er   m o d els  ca n   s ig n if ican tly   b o o s class if icatio n   ac c u r ac y   ev e n   wh e n   d atasets   ar n o is y   o r   lim ited   [4 ] .   A m o n g   d ee p   lear n in g   m o d els ,   co n v o lu tio n al  n e u r al  n etwo r k s   ( C NNs)  s tan d   o u as   o n e   o f   th m o s ef f ec tiv e   tec h n iq u es  f o r   r em o te   s en s in g   ap p licatio n s .   C NN s   h av u n iq u ca p ab ilit y   to   au t o m atica lly   ex tr ac h ier ar ch ical   an d   s p atial  f ea tu r es   f r o m   im ag es,  w h ich   allo ws  th em   to   s u r p ass   tr ad itio n al  m eth o d s   th at   r ely   o n   h an d c r af ted   f ea t u r es  [ 5 ]   T h is   s tr en g th   is   esp ec ial ly   im p o r tan in   v o lcan ic  m o n ito r in g ,   wh er d etec tin g   s u b tle  s p atio tem p o r al  p atter n s   ca n   b e   cr itical  f o r   id en tify i n g   ea r ly   s ig n s   o f   ac tiv ity .   I n   ad d itio n ,   th u s o f   tr a n s f er   lear n in g   h as  f u r th er   im p r o v e d   C NN  p er f o r m an ce .   Mo d els th at  h av b ee n   p r e - tr ai n ed   o n   lar g e - s ca le  d atasets   s u ch   as I m ag eNe t c an   b f in e - tu n ed   f o r   v o lcan ic   im a g class if icatio n .   T h is   a p p r o ac h   s ig n if ican tly   r ed u ce s   th e   r eq u ir em en f o r   lar g e   am o u n ts   o f   d o m ain - s p ec if ic  tr ain in g   d ata   wh ile  s im u ltan eo u s ly   b o o s tin g   class if icatio n   ac c u r ac y   [ 6 ] ,   [ 7 ] Su c h   ap p r o ac h es  ar p ar ticu lar ly   v alu ab le  in   v o lca n ic  m o n ito r in g ,   wh e r an n o tated   d atasets   ar s ca r ce   an d   im b alan ce d .   Desp ite  s ig n if i ca n p r o g r ess ,   ex is tin g   m e th o d s   f ac e   ch allen g es  r elat ed   to   s ca lab ilit y ,   g en er aliza tio n   ac r o s s   d if f er e n v o lcan o es ,   an d   th in te g r atio n   o f   m u ltimo d al  s atellite  d ata.   Ar tific ial  in tellig en ce   m eth o d s   an d   p ix el - b ased   class if ier s   h av s h o wn   p o ten tial ,   b u th eir   a p p li ca tio n   to   v o lcan ic  ac tiv ity   r em ain s   lim ited .   T h co n tr i b u tio n s   ar t h u s   co n clu d ed   to   b as f o llo ws:   i)   I n tr o d u ce s   d ee p   lear n in g - b as ed   f r am ewo r k   f o r   v o lcan ic  ac t iv ity   class if icatio n   u s in g   cu s to m - d esig n ed   d ev elo p   d ee p   c o n v o lu tio n al  n e u r al  n etwo r k   f o r   v o lca n ic  ac tiv ity   ( DC NNVA )   ar ch itectu r e.   ii)   C o m p r eh en s iv m o d el  e v alu at io n   v ia  eig h s tate - of - th e - ar t   tr an s f er   lear n in g   m o d els ,   s u ch   as  R esNet5 0 ,   NASNetL ar g e,   Den s eNe t1 2 1 ,   Mo b ileNet,   I n ce p tio n V3 ,   Xce p tio n ,   VGG1 9 ,   a n d   VGG1 6 .   iii)   E n h an ce d   m o d el  r o b u s tn ess   v ia  d ata  au g m en tatio n   tech n i q u es  an d   ex ten s iv ex p e r im e n tal  v alid atio n   u s es   m u ltip le  p er f o r m an ce   m e tr ics.   iv )   Dep lo y ab le  g r a p h ical  u s er   in ter f ac ( GUI )   s y s tem   th at  p r o v id es  r ea l - tim v o lcan ic  ac tiv ity   m o n ito r in g   with   m u lti - m o d al  aler t c a p ab il ities ,   m ak in g   th r esear ch   p r ac tically   ap p licab le  f o r   d is aster   m an ag em en t.   T h s tr u ctu r o f   th is   p ap er   is   o u tlin ed   as  f o llo ws:   s ec tio n   2   p r esen ts   th r elate d   wo r k ,   r ev iewin g   p r ev io u s   s tu d ies  an d   r ec en d e v elo p m en ts   r elev a n to   th is   r e s ea r ch   ar ea Sectio n   3   t h m at er ials   an d   m eth o d s ,   p r o v id es   d etails  o f   t h ar c h itectu r e,   m eth o d o lo g y ,   d atasets ,   p r e - p r o ce s s in g ,   d i v id in g   d ata,   i n v esti g ated   m o d els,  an d   ev alu atio n   m etr i cs.  Sectio n   4   r esu lts   an d   d is cu s s i o n   with   co m p ar is o n s   to   r elate d   s tu d ies  in   th e   liter atu r e.   Fin ally ,   s ec t io n   5   p r esen ts   th co n clu s io n s .       2.   RE L AT E WO RK   R ec en r esear ch   h as  ex p lo r ed   th u s o f   m ac h in lear n in g   an d   d ee p   lear n in g   f o r   s atellite  im ag class if icatio n   an d   v o lcan ic  ac t iv ity   m o n ito r i n g .   E ar l y   s tu d ies  ap p lied   p ix el - b ased   m ac h in l ea r n in g ;   s im ilar ly ,   E b r ah im y   a n d   Z h a n g   [ 8 ]   in c r ea s ed   class if icatio n   ac cu r ac y   b y   ap p ly i n g   v ar i o u s   ex tr em lear n in g   m ac h i n e   class if ier s   to g eth er .   Ou ch r a   et   a l.   [ 9 ]   c o m p ar e d   s u p e r v is ed   an d   u n s u p er v is ed   m ac h in e   lea r n in g   tec h n iq u es  o f   u r b an   lan d   c o v er in g   class if icatio n   b y   em p lo y in g   L a n d s at  8   im ag er y   an d   em p h asized   m eth o d o lo g ica d if f er en ce s   a p p lied   to   f ea tu r e   ex tr ac tio n .   I n   v o lcan ic   co n tex ts ,   C ar iello   et  a l.   [ 1 0 ]   s h o we d   th a p p licatio n   o f   m ac h in lear n in g   to   Sen tin el - 2   im ag er y   to   t r ac k   v o lcan ic  th er m al  an o m alies,  wh ile  B u ttar   an d   Sach an   [ 1 1 ]   u tili ze d   R esNet - 1 5 2   to   class if y   an d   g eo - im ag im a g es  with   f o c u s   o n   t h r e q u ir em en t   o f   au to m ated   f ea tu r e   ex tr ac tio n .   C o r r ad in o   et   a l.   [ 1 2 ]   u tili ze d   U - NE T   to   an al y ze   2 1   y ea r s   o f   ad v an ce d   s p ac eb o r n th e r m al  em is s io n   an d   r ef lectio n   r ad i o m eter   ( ASTE R )   g lo b al  th er m al  in f r ar ed   ( T I R )   im ag er y   o f   f iv v o lcan o es  an d   attain ed   9 3 e f f ec tiv en ess   o f   an o m aly   d etec tio n .   Similar l y ,   Sh u ltz  [ 1 3 ]   p r esen te d   th e   C NN - b ased   f r am e,   h o ts p o lear n i n g   a n d   id en tific at io n   n etwo r k   ( H o tLI NK ) ,   tes ted   an d   p r o v ed   with   m o d er ate   r eso lu tio n   im ag in g   s p ec tr o r ad io m eter   ( MO DI S)  an d   v is ib le  in f r ar e d   im ag i n g   r ad io m eter   s u ite  ( VI I R S )   d ata  co llectio n s ,   an d   attain ed   o v er   9 5 % a cc u r a cy   o f   h o ts p o t id en tific atio n .     Oth er   ap p r o ac h es  h av u s e d   C NNs  in   n o n - im ag d o m ain s .   ate   et  a l.  [ 1 4 ]   f o r ec asted     m icr o - ea r th q u ak es  u s in g   m an if o ld   lear n in g   an d   au d io - d r iv en   f ea tu r es ,   an d   ac h iev ed   o v er   9 4 ac cu r ac y .   Nu n n ar i   an d   C alv ar i   [ 1 5 ]   co n tr asted   eig h C NN  m o d els  f o r   er u p tiv ac tiv ity   m o n ito r i n g   o f   Mo u n E tn an d   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Ad v   Ap p Sci     I SS N:   2252 - 8 8 1 4       DC N N V A :   a   d ee p   co n vo lu tio n a l n eu r a l n etw o r fo r   vo lca n ic   a ctivity  cla s s ifica tio n     ( Ya s i r   Hu s s ein   S h a kir)   283   estab lis h ed   tr an s f er   lear n in g   a s   s u p er io r .   C h en   et  a l.   [ 1 6 ]   p r o p o s ed   t r an s f er   lear n i n g - b ased   VGG   ( T VGG )   f o r   r em o te  s en s in g   im ag clas s if icatio n   with   9 9 . 1 8 ac cu r ac y   b ased   o n   VGG - b ase d   tr an s f er   lear n in g   tech n iq u e.   Mo h a n   et   a l.   [ 1 7 ]   in tr o d u ce d   Ho ts p o tter ,   an   en d - to - en d   s y s tem   d esig n e d   to   a u to m atica lly   d etec t   s u b tle  v o lcan ic  t h er m al  a n o m alies  in   s atellite  im ag er y   wh i le  also   g en er atin g   k e y   th e r m al  s tatis tic s .   E ar lier   m eth o d s   f o r   au t o m ated   v o lca n ic  th er m al  f ea tu r ( VT F)  d et ec tio n   wer lim ited   b y   s m all  d atasets   an d   n ar r o g eo g r a p h ic  co v er a g e .   T h R ee d - Xiao li  alg o r ith m   ( L R X) +CNN  ap p r o ac h ,   wh ich   tr ain e d   C NN  f o r   5 0   ep o ch s   o n   th L R s co r im ag es,  p r o d u ce d   a n   F1 - s co r o f   8 8 . 4 an d   test   ac cu r ac y   o f   9 0 . 3 %.  Hu er tas  et  a l.   [ 1 8 ]   d ev elo p e d   VGG1 6   an d   I n ce p t i o n   C NN   m o d els  to   an aly ze   m u d   v o lcan o   im a g er y   an d   f in d in g s   s h o th at  b o th   tr an s f er   lear n in g   an d   c u s to m   C NNs  ar well - s u ited   f o r   h an d lin g   th c h allen g es  o f   t h is   ty p o f   d ata.   T h e   VGG1 6   m o d el  ac h iev e d   test   ac cu r ac y   o f   9 3 %,  with   p r ec is io n   an d   r ec all  s co r es  o f   93%   an d   9 4 f o r   th e   “m u d ”  class   an d   9 3 %   a n d   9 3 f o r   th e   “n o   m u d   class .   T h e   I n ce p tio n   m o d el   also   d em o n s tr ated   s tab le  p er f o r m an ce   with   o n ly   m in o r   v ar iatio n .   I n   s u m m ar y ,   th s tu d ies  to   d ate  h av u tili ze d   s ev er al  v ar io u s   d atasets   an d   v ar iety   o f   m ac h in e   lear n i n g   an d   d ee p   lear n in g   al g o r ith m s   tec h n iq u es   to   v o lca n ic   m o n ito r in g   an d   s atellite  i m ag class if icatio n .   W h ile  th ese  ap p r o ac h es  d em o n s tr ate  s ig n if ican p r o g r ess ,   m o s r em ain   at  th ex p er im e n tal  s tag an d   lack   p r ac tical  d ep lo y m en t.   I n   p ar ticu lar   n o   ex is tin g   r esear c h   h as  p r o p o s ed   a   co m p r eh e n s iv f r am ew o r k   th at   in teg r ates  d ep lo y a b le  GUI   with   r ea l - tim v o lcan ic  ac tiv it y   m o n ito r in g   an d   m u lti - m o d al   aler tin g   ca p ab ilit i es  f ea tu r es  th at   ar e   ess en tial  f o r   ef f ec tiv e   d is aster   m an a g em e n ap p licatio n s .   Fu r th e r m o r e ,   m an y   s tu d ies  a r co n s tr ain ed   b y   lim ited   d atasets   an d   in c o n s is ten p er f o r m an c ac r o s s   d if f e r en c o n tex ts ,   h i g h lig h tin g   th n ee d   f o r   m o r e   r o b u s t ,   s ca lab le ,   an d   p r ac ti ca lly   ap p licab le  s o lu tio n s .   co m p ar ativ e   an aly s is   o f   t h p r ev io u s   r elate d   wo r k   is   p r esen ted   in   tab u lar   f o r m   in   T ab le  1 .       T ab le  1 .   Su m m a r y   o f   r ec e n t m ac h in lear n in g   an d   d ee p   lea r n in g   f o r   v o lca n ic  s atellite  im ag class if icatio n   Ref e r e n c e / y e a r   D a t a s e t   M e t h o d s   R e s u l t s   ( %)   W e a k n e ss   C o r r a d i n o   e t   a l .   [ 1 2 ] 2 0 2 4   2 1   y e a r o f   A S TE R   TI R   d a t a   ( 5   v o l c a n o e s)   C N N   ( U - N ET  a r c h i t e c t u r e )   A c c u r a c y   = 9 3   Li mi t e d   t o   A S TE R   TI R   i m a g e r y ,   mo d e l   g e n e r a l i z a b i l i t y   t o   o t h e r   sen s o r n o t   t e s t e d .   S h u l t z   [ 1 3 ] ,   2 0 2 4   V I I R S   a n d   M O D I S   i ma g e r y   ( A l a s k a n   v o l c a n o e s)   C N N   ( H o t LI N K )   A c c u r a c y   = 9 8   D a t a s e t   g e o g r a p h i c a l l y   r e st r i c t e d   ( A l a sk a ) ,   l i m i t e d   v a l i d a t i o n   o n   d i v e r se   v o l c a n i c   s e t t i n g s.   O ñ a t e   e t   a l [ 1 4 ] 2 0 2 4   S e i smi c   d a t a   ( C o t o p a x i   a n d   Ll a i ma)   A u d i o   f e a t u r e s+ p s y c h o a c o u st i c   sca l e s+m a n i f o l d   l e a r n i n g   A c c u r a c y   = 9 4 . 4 4 9 5 . 4 5   F o c u se d   o n   se i smi c   d a t a   o n l y ,   l a c k s m u l t i - mo d a l   i n t e g r a t i o n   w i t h   sa t e l l i t e   i m a g e r y .   N u n n a r i   a n d   C a l v a r i   [ 1 5 ] ,   2 0 2 4   G r o u n d - b a s e d   t h e r mal   i m a g e s ( M t .   Et n a )   C o m p a r i so n   o f   8   C N N ( S q u e e z e N e t ,   G o o g l e N e t ,   D e n seN e t 2 0 1 ,   R e sN e t 1 8 ,   S h u f f l e N e t ,   D a r k N e t 1 9 ,   A l e x N e t ,   V G G - 16)   A c c u r a c y   = 9 4 . 0 7   R e s u l t s res t r i c t e d   t o   o n e   v o l c a n o ,   c o mp u t a t i o n a l l y   e x p e n si v e   d u e   t o   m u l t i p l e   C N N   c o m p a r i so n s.   C h e n   e t   a l [ 1 6 ] 2 0 2 4   Ti a n g o n g - 2   r e mo t e   sen s i n g   d a t a s e t   TV G G   ( f r o m I mag e N e t )   A c c u r a c y   = 9 9 . 1 8   R e c a l l   = 9 9 . 1 7   R e l i e s   h e a v i l y   o n   t r a n sf e r   l e a r n i n g   a n d   l a c k t e s t i n g   o n   v o l c a n i c   d a t a set s .   M o h a n   e t   a l [ 1 7 ] 20 25   Th e r m a l   sat e l l i t e   d a t a   LR X + C N N   ( 5 0   e p o c h s)   A c c u r a c y   = 9 0 . 3 0   F1 - sc o r e   = 8 8 . 4 0   D a t a s e t   r e l a t i v e l y   sm a l l ,   p e r f o r m a n c e   l o w e r   t h a n   o t h e r   C N N - b a s e d   mo d e l s.   H u e r t a s   e t   a l .   [ 1 8 ] 2 0 2 5   I N G V   ( mu d   v o l c a n o   i ma g e r y )   V G G 1 6   a n d   I n c e p t i o n   C N N   A c c u r a c y   = 9 3   P r e c i s i o n   = 9 3   R e c a l l   = 9 4   F o c u l i m i t e d   t o   m u d   v o l c a n o e s ;   p e r f o r m a n c e   st a b i l i t y   a c r o ss   b r o a d e r   d a t a se t n o t   a ssess e d .       3.   M AT E R I AL S AN M E T H O DS   T h is   s ec tio n   co n tain s   th m ater ials   an d   m eth o d s   f r a m ewo r k   u s ed   in   th is   s tu d y ,   wh ich   i s   v is u ally   s u m m ar ized   in   Fig u r 1 .   T h m eth o d o l o g y   is   s tr u ct u r e d   in to   s ix   m ain   s tep s d ata   ac q u is itio n ,   d ata   p r ep r o ce s s in g ,   d ata  d iv is io n ,   m o d el  d e v elo p m e n t a n d   tr ain i n g ,   ev al u atio n ,   a n d   d e p lo y m e n t.     3 . 1 .     Da t a   a cquis it io n   T h is   k in d   o f   d ataset  co n s is ts   o f   th im ag es  o f   th v o lcan ic   ac tiv ity ,   an d   t h is   h as  b ee n   g o tten   f r o m   s atellite  im ag es.  T h f o llo win g   f ig u r es  o f   s ev e r al  im ag es  tak en   f r o m   s ev er al  cl ass es  o f   v o lcan o es  ( YesActiv ity )   an d   ( No Activ ity )   ar p r esen te d   in   Fig u r 2 .   T h co m p lete  d ataset  u s ed   f o r   th is   ex p er im en is   p u b licly   av ailab le  o n lin [1 9]     3 . 2 .     Da t a   prepro ce s s ing   T o   en s u r e   th at   th d ata  was  s tan d ar d ized   a n d   o p tim ized   f o r   d ee p   lear n in g ,   s ev er al   p r e p r o ce s s in g   s tep s   wer ap p lied   to   th e   im ag es ,   an d   s tep s   wer aim ed   at  m ak in g   th d ataset  m o r e   u n if o r m ,   r e d u cin g   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                   I SS N :   2252 - 8 8 1 4   I n t J Ad v   Ap p l Sci Vo l.   1 5 ,   No .   1 ,   Ma r c h   2 0 2 6 281 - 2 9 2   284   v ar iab ilit y ,   an d   allo win g   th e   m o d el  to   g en er alize   m o r to   n ew  d ata.   Pre p r o ce s s in g   p ip elin es  in v o lv e d   r escalin g   an d   r esizin g   tr a n s f o r m atio n s ,   n o r m aliza tio n   o f   th p ix els ,   an d   th ap p licatio n   o f   d ata  au g m en tatio n   s tr ateg ies.  Data   au g m en tatio n   was p ar ticu lar ly   im p o r tan t,  as  it e f f ec tiv ely   in cr ea s ed   th s ize  o f   th d ataset  an d   in tr o d u ce d   v ar iatio n s   th at   s im u late  r ea l - wo r l d   co n d itio n s   ( d i f f er en t   o r ien tatio n s ,   s ca les,  an d   d is to r tio n s ) .   T h is   h elp s   to   p r e v en o v er f itti n g   a n d   im p r o v r o b u s tn ess ,   as  s h o wn   in   Fig u r 3 .   T h e   au g m en ta tio n   was  p er f o r m ed   u s in g   th Au g m en to r   li b r ar y   a n d   th s p ec if ic  tr a n s f o r m atio n s ,   an d   th eir   p r o b a b ilit ies ar s h o wn   in   T ab le  2 .             Fig u r 1 .   Pro p o s ed   f r am ewo r k   f o r   v o lcan ic  ac tiv ity   class if icatio n   u s in g   s atellite  im ag er y           Fig u r 2 .   Sam p le  s atellite  im ag es f r o m   th e   ' y es a ctiv ity '   an d   ' n o   ac tiv ity '   v o lcan ic  d ataset  class es           Fig u r 3 .   I ll u s tr atio n   o f   d ata  a u g m en tatio n   tech n iq u es a p p lie d   to   o r i g in al  v o lca n ic  im ag es   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Ad v   Ap p Sci     I SS N:   2252 - 8 8 1 4       DC N N V A :   a   d ee p   co n vo lu tio n a l n eu r a l n etw o r fo r   vo lca n ic   a ctivity  cla s s ifica tio n     ( Ya s i r   Hu s s ein   S h a kir)   285   T ab le  2 .   Data   p r ep r o ce s s in g   a n d   au g m en tatio n   p ar am eter s   f o r   m o d el  tr ain in g   P r e p r o c e ss i n g   s t e p   D e t a i l s   R e sc a l i n g   1 / 2 5 5 .   S i z e   ( 2 2 4 ,   2 2 4 ) .   D a t a   a u g m e n t a t i o n   Te c h n i q u e .     F l i p   l e f t   r i g h t :   p r o b a b i l i t y   o f   0 . 3 .   F l i p   t o p   b o t t o m :   p r o b a b i l i t y   o f   0 . 5 .   R o t a t e :   p r o b a b i l i t y   of   0 . 5 ,   w i t h   a   m a x i mu l e f t   a n d   r i g h t   r o t a t i o n   o f   5   d e g r e e s .   Zo o m:   p r o b a b i l i t y   o f   0 . 3 ,   w i t h   a   z o o m   f a c t o r   b e t w e e n   1 . 1   a n d   1 . 2 .   R a n d o d i st o r t i o n :   p r o b a b i l i t y   o f   1 ,   w i t h   a   g r i d   w i d t h   a n d   h e i g h t   o f   3   a n d   a   ma g n i t u d e   o f   5 .       3 . 3 .     Da t a   div is io n   T o   p r e p ar th d ataset  f o r   tr ai n in g   an d   ev alu atio n ,   we  d iv id ed   it  in to   tr ain in g ,   v alid atio n ,   an d   test in g   s u b s ets.   T h s et  was  d iv id ed   to   b 7 5 f o r   tr ain in g   ( 2 , 2 5 0   im ag es),   1 5 f o r   v alid atio n   ( 3 5 0   im ag es),   a n d   2 0 f o r   test in g   ( 6 0 0   im a g es) ;   all  o f   th ese  s ets  h av two   class es.  T h o v er all  s et  h ad   3 , 0 0 0   im ag es  ac r o s s   two   ca teg o r ies ,   as sh o wn   in   T a b le  3 .       T ab le  3 .   Data s et  p ar titi o n in g   f o r   m o d el  tr ain in g ,   v alid atio n ,   an d   test in g   S u b s e t   N u mb e r   o f   i m a g e s   P e r c e n t a g e   ( %)   N u mb e r   o f   c l a ss es   Tr a i n i n g   2 , 2 5 0   75   2   V a l i d a t i o n   3 5 0   15   2   Te st i n g   6 0 0   20   2   To t a l   3 , 0 0 0   1 0 0   2       3 . 4 .     Dee lea rning   mo dels   a nd   a rc hite ct ure   C u r r en b r ea k th r o u g h s   in   d ee p   lear n in g   h av e   im m en s ely   p r o p elled   th e   p r o g r ess   o f   s atel lite  im ag e   p r o ce s s in g ,   s p ec if ically   r eg a r d in g   t h id e n tific atio n   o f   n atu r al  p h e n o m e n lik e   v o lca n ic  ac tiv ity .   E m p l o y in g   C NNs   an d   tr an s f er   lear n in g   f a cilitates  q u ick   f ea tu r d etec tio n   f r o m   d ata  o f   h ig h   d im e n s io n ality ,   wh ile  at  th s am tim e   o v er co m in g   d if f ic u lties   s tem m in g   f r o m   lim ited   d atasets   wi th   an n o tatio n s .   Her e in ,   we  p u f o r war d   n ew  DC NNVA   an d   eig h p r e - ex is tin g   tr an s f er   lear n in g   m o d els ,   R esNet5 0 ,   NASNetL ar g e,   Den s eNe t1 2 1 ,   Mo b ileNet,   I n ce p tio n V3 ,   Xc ep tio n ,   VGG1 9 ,   an d   VGG1 6 ,   to   b u ild   co m p lete  class if icatio n   s y s tem   o f   v o lcan ic  s atellite  im ag es.     3 . 4 . 1 .   Dee co nv o lutio na l ne ura l net wo rk   f o r   v o lca nic a c t iv it y     Vo lcan ic  ac tiv ity   ( DC NNVA )   is   cu s to m ized   ar ch itectu r d ev elo p e d   o n ly   f o r   v o lcan i ac tiv ity   class if icatio n   u s in g   s atellites ,   an d   th n etwo r k   is   s o   d esig n e d   th at  it  m ain tain s   b ala n ce   b etwe en   co m p u tatio n   ef f icien cy   an d   class if icatio n   ac cu r ac y ,   an d   th er ef o r is   u s ab le  f o r   n ea r   r ea l - tim m o n ito r in g .   I is   co m b in atio n   o f   s p ac e   f ea tu r e s ,   ex tr ac tin g   co n v o lu tio n   an d   p o o lin g   o p e r atio n s ,   an d   f u ll y   co n n ec ted   lay er s   u tili ze d   at  th tim o f   class if icatio n   ( 1 . 1 9   t r ain ab le  p a r a m eter s ) .   i)   C o n v o lu tio n al  la y er s th co n v o lu tio n al  o p e r atio n   e x tr ac t s   h ier ar ch ical  r ep r esen tatio n s   f r o m   in p u t   im ag es  b y   ap p ly in g   lear n ab le   k er n els.  Ma th em atica lly ,   th e   co n v o lu tio n   at  lay e r     ca n   b ex p r ess ed   as   p r esen ted   in   ( 1 ) .     , ( ) = + , + ( 1 ) 1 = 0 1 = 0   . , ( ) +   ( )     ( 1 )     W h er ( 1 )   r ep r esen ts   in p u f r o m   t h p r ev io u s   lay er ,   ( )   is   co n v o l u tio n al  k e r n el,   ( )   is   b ias ed ,   a n d   , ( )   is   th f ea tu r e   m ap   at  p o s itio n   ( , ) .   T h n o n - li n ea r   ac tiv atio n   f u n ctio n   R eL ( ( ) =  ( 0 , ) )   is   ap p lied   to   in tr o d u ce   n o n - lin ea r ity .   ii)   Po o lin g   lay er s to   r ed u ce   s p atial  d im en s io n s   wh ile  p r eser v in g   ess en tial  f ea tu r es ,   m ax   p o o lin g   is   u s p o o lin g   o p er atio n   is   d ef in e d   in   ( 2 ) .     , =  ( , )   ( + , + )   ( 2 )     W h er   d en o tes  th p o o lin g   r eg io n   o p er atio n   d ec r ea s es  co m p u tatio n al  c o m p l ex ity   an d   co n t r o ls   o v er f itti n g   v ia  in tr o d u cin g   tr a n s latio n al  in v ar ian ce .   iii)   Fu lly   co n n ec ted   lay er s th e x tr ac ted   f ea tu r es  ar f latten ed   an d   p ass ed   to   f u lly   co n n ec te d   d en s lay er s   f o r   class if icatio n .   T h tr a n s f o r m atio n   is   g iv en   in   ( 3 ) .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                   I SS N :   2252 - 8 8 1 4   I n t J Ad v   Ap p l Sci Vo l.   1 5 ,   No .   1 ,   Ma r c h   2 0 2 6 281 - 2 9 2   286   = ( + )   ( 3 )     W h er   an d     d en o te   th weig h ts   an d   b iases   o f   d e n s lay er ,   r esp ec tiv ely ,   an d     r ep r esen ts   th R eL U   o r   s o f tm ax   a ctiv atio n   f u n ctio n ,   d e p en d in g   o n   lay e r .   T h e   f i n al  s o f tm ax   class if ier   p r o d u ce s   p r o b ab ilit y   o v er   two   o u tp u t c lass es ,   wh er   =2   co r r esp o n d s   to   th n u m b er   o f   class es  p r esen ted   in   ( 4 ) .     ( = / ) =    ( )    ( ) = 1 ,   { 1 , 2 }   ( 4 )     iv )   Dr o p o u an d   o p tim izatio n to   en h an ce   g en e r aliza tio n ,   d r o p o u lay er   with   r ate  p   =0 . 5   was  in co r p o r ate d ,   wh ich   r an d o m l y   d ea ctiv ates n eu r o n s   d u r i n g   tr ain in g .   T h m o d el  is   o p tim ized   u s in g   th Ad am   o p tim izer ,   wh ich   ad ap tiv ely   u p d ates  lear n in g   r ates  f o r   ea ch   p a r am eter .   T h ca teg o r ical  cr o s s - en tr o p y   lo s s   f u n ctio n   is   em p lo y ed ,   as   p r esen ted   in   ( 5 ) .       = ,    ̂ , = 1 = 1   ( 5 )     W h er ,   is   th g r o u n d   tr u th   lab el  an d   ̂ ,   is   th p r ed icted   p r o b a b ilit y   f o r   class     T h DC NNVA   co n s i s ts   o f   f iv co n v o lu tio n al  lay er s   ( 6 4 - 2 5 6   f ilter s ) ,   ea ch   o f   wh ich   is   f o llo wed   b y   m ax - p o o lin g   f o c u s in g   o n   d im en s io n   r ed u ctio n ,   f u lly   co n n ec ted   2 5 6 - n eu r o n   lay er ,   d r o p o u lay er ,   a n d   a   f in al  o u tp u class if icatio n   s o f t m ax   lay er .   I h as  r o u g h ly   1 . 1 9   m illi o n   tr ain ab le  p ar am ete r s ,   co r r esp o n d in g   to   a   lig h b u d ee p   a r ch itectu r f r i en d ly   to   s ca lab ilit y   an d   ef f icien cy .   T h m o d el  was  o p tim iz ed   u s in g   th Ad am   o p tim izer   with   lear n in g   r ate  o f   0 . 0 0 1 ,   an d   tr a in ed   with   th ca teg o r ical  cr o s s - en tr o p y   lo s s   f u n ctio n .   T r ain in g   was  co n d u cted   with   b atch   s ize  o f   3 2   o v er   1 0   e p o ch s ,   u s in g   th Go o g le  C o llab o r ato r y   p latf o r m   with   a n   NVI DI T esla T 4   GPU  ( 1 6   G B ) .   Fig u r 4   s h o ws   th DC NNVA   ar ch itectu r e.           Fig u r 4 .   Ar c h itectu r al  d iag r a m   o f   th p r o p o s ed   DC NNVA       3 . 4 . 2 .   ResNet 5 0   I n tr o d u ce d   b y   He  et  a l.   [ 2 0 ] ,   R esNet5 0   in tr o d u ce s   r esid u al  lear n in g   th r o u g h   id en tity   s h o r tcu co n n ec tio n s .   T h is   m itig ates  th p r o b lem   o f   v an is h in g   g r ad ien ts   in   d ee p er   n etw o r k s .   B y   s tack in g   co n v o l u tio n al  b lo ck s   with   r esid u al  lin k s ,   th m o d el  en a b les  s tab le  tr ain in g   an d   im p r o v ed   f ea tu r ex tr ac tio n ,   m ak in g   it we ll - s u ited   f o r   co m p lex   im ag class if icatio n   task s   s u ch   as v o lcan ic  ac tiv ity   r ec o g n itio n .     3 . 4 . 3 .   NASNet L a rg e   NASNetL ar g e ,   in tr o d u ce d   b y   Z o p h   et  a l.   [ 2 1 ] ,   is   n eu r a ar ch itectu r s ea r ch   ( NAS) - d is co v er ed   ar ch itectu r th at   is   aim ed   a o p tim izin g   n etwo r k   s tr u ctu r e s   au to n o m o u s ly   f o r   h ig h er   p er f o r m a n ce .   I t   is   a   m o d u lar   ar ch itectu r e   th at  u til izes  r ed u ctio n   a n d   n o r m al  ce lls .   T h m o d el   ca n   ac h iev s ca lab le  d ep th   an d   wid th   with   ac cu r ac y   a n d   c o m p u tatio n al  ef f icien cy .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Ad v   Ap p Sci     I SS N:   2252 - 8 8 1 4       DC N N V A :   a   d ee p   co n vo lu tio n a l n eu r a l n etw o r fo r   vo lca n ic   a ctivity  cla s s ifica tio n     ( Ya s i r   Hu s s ein   S h a kir)   287   3 . 4 . 4 .   DenseNet 1 2 1   Den s eN et1 2 1 ,   i n tr o d u ce d   b y   Hu an g   et  a l.   [ 2 2 ] ,   c o n n ec ts   ea ch   n etwo r k   lay er   with   all  o th e r   n etwo r k   lay er s   f ee d - f o r war d ly   an d   p r o m o tes  f ea tu r r e u s an d   ef f icien g r ad ien f l o w.   T h is   d en s co n n ec tio n   m in im izes  r ed u n d an cy   an d   im p r o v es  lear n in g   e f f icien cy .   I also   p r o m o tes   th ab ilit y   o f   th m o d el  t o   id en tif y   s u b tle  v o lcan ic  f ea tu r es b ased   o n   s atellite  d ata.     3 . 4 . 5 .   M o bil eNe t   Mo b ileNet ,   p r esen ted   b y   H o war d   et  a l.   [ 2 3 ] ,   is   a   lig h tweig h t   C NN  ar ch itectu r d esig n e d   s p ec if ically   f o r   m o b ile   an d   em b e d d ed   v is io n   ap p licatio n s .   B y   u s in g   d e p th wis s ep ar ab le   c o n v o lu tio n s   an d   s u b s tan tially   d ec r ea s es  co m p u tatio n   a n d   m em o r y   r e q u ir em e n ts .   It   m ain t ain s   ac cu r ac y ,   m a k in g   it  li k ely   ca n d id ate  f o r   r ea l - tim v o lcan ic  ac tiv ity   m o n ito r in g .     3 . 4 . 6 .   I ncept io nV3   I n ce p tio n V3 ,   p r o p o s ed   b y   Szeg ed y   et   a l.   [ 2 4 ] ,   im p r o v es  t h ef f icien c y   o f   C NNs  u s in g   f ac to r ize d   co n v o l u tio n s   an d   d im e n s io n   r ed u ctio n   m eth o d s   o f   t h in ce p tio n   m o d u les.  I ts   ar c h itectu r en ab les  th n etwo r k   to   ac h iev m u lti - s ca le  f ea tu r ca p tu r at  o n ce .   I also   en h an ce s   v o lcan ic  im ag d iv er s ity - b ased     r ec o g n itio n   p er f o r m a n ce .     3 . 4 . 7 .   Xce ptio n   Xce p tio n ,   s tated   b y   C h o llet   [ 2 5 ] ,   ex te n d s   th I n ce p tio n   ar c h itectu r v ia  r e p lacin g   i n ce p tio n   m o d u le s   with   d ep th wis s ep ar ab le  co n v o lu tio n s .   T h is   s tr u ctu r d ec o u p les  s p atial  an d   ch a n n el - wis f ilter in g .   I t   lea d s   to   im p r o v e d   r ep r esen tatio n al  ca p ac ity   an d   ef f icien t tr ain in g .     3 . 4 . 8 .   VG G 1 9   a nd   VG G 1 6   VGG  s tr u ctu r ed   b y   Simo n y a n   an d   Z is s er m an   [ 2 6 ]   ( VGG1 6   an d   VGG1 9 )   ar d is tin g u is h e d   b y   th eir   p lain n ess   an d   co n s is ten ar ch it ec tu r an d   ar b ased   o n   s u cc e s s iv co n v o lu tio n al  lay e r s   with   tin y   ( 3 × 3 )   f ilter s .   Alth o u g h   d ee p ,   t h ese  m o d els   ar p o wer f u in   all  im a g cl ass if icat io n   task s .   T h eir   s im p le  ar ch itectu r also   m ak es tr an s f er   lear n i n g   f ea s ib le  f o r   d etec tin g   v o lca n ic  ac tiv ity .     3. 5 .     E v a lua t i o perf o rma nce   T h tr ain e d   m o d els  wer e   ass ess ed   o n   th e   test in g   d ataset   u s in g   s ev er al  p er f o r m an ce   m ea s u r es,  in clu d in g   ac cu r ac y ,   p r ec is io n ,   r ec all,   an d   F 1 - s co r e .   T h f o r m u las  f o r   all  p er f o r m a n ce   v al u es  ar p r esen ted   in   ( 6 ) - ( 9 ) .   T h ese  v alu es we r co m p u ted   u s in g   th co n f u s io n   m atr ix   s h o wn   in   T a b le  4       =  +   +  +  +    ( 6 )       =     +        ( 7 )       =   +    ( 8 )     1  = 2   ×     ×    +      ( 9 )       T ab le  4 .   Stru ctu r o f   co n f u s io n   m atr ix   f o r   b in ar y   class if icatio n     A c t u a l   p o si t i v e   A c t u a l   n e g a t i v e   P r e d i c t e d   p o si t i v e   Tr u e   p o si t i v e   ( TP)   F a l se   p o si t i v e   ( F P )   P r e d i c t e d   n e g a t i v e   F a l se   n e g a t i v e   ( F N )   Tr u e   n e g a t i v e   ( TN )       3 . 6 .     Deplo y m ent   m o del   T o   f ac ilit ate  p r ac tical  u tili za tio n   an d   d em o n s tr ate  th e   r e al - wo r ld   a p p licab ilit y   o f   th e   p r o p o s ed   DC NNV m o d el ,   s tan d al o n d esk to p   ap p licatio n   was   d ev elo p e d .   T h is   s y s tem   to o b r id g es  th g ap     b etwe en   ex p er im en tal  v alid ati o n   an d   th en d - u s er   ap p licatio n .   I p r o v id es   an   in tu itiv p latf o r m   f o r   v o lcan ic   ac tiv ity   ass ess m en t.       4.   RE SU L T S AN D I SCU SS I O N   T h ex p er im en tal   r esu lts   cle ar ly   in d icate   th at   th e   n ew  DC NNV m o d el  g r ea tly   s u r p ass ed   all  tr an s f er   lear n in g   n etwo r k s   wi th   m ax im u m   ac c u r ac y   9 9 . 3 3 an d   alm o s p er f ec p r ec i s io n   1 0 0 %,  wh ich   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                   I SS N :   2252 - 8 8 1 4   I n t J Ad v   Ap p l Sci Vo l.   1 5 ,   No .   1 ,   Ma r c h   2 0 2 6 281 - 2 9 2   288   clea r ly   s h o ws  th at  it  ca n   ac cu r ately   id en tify   v o lcan ic  ac tiv ity .   I ts   s tr o n g   ab ilit y   t o   s u p p r es s   f alse  n eg ativ es  is   f u r th er   c o n f ir m ed   b y   its   h ig h   r ec all  v alu 9 8 . 6 7 %,  wh ic h   is   v er y   im p o r tan t   in   ea r ly   war n in g s   r eg a r d in g   v o lcan ic  h az ar d s .   Ho wev er ,   we  ca n   s ee   t h at  R esNet5 0   p e r f o r m ed   p o o r ly   with   a   v er y   l o ac cu r ac y   lev el   o f   o n ly   6 8 %,  wh ich   we  a ttrib u t to   th f ac th at  its   d ee p er   r esid u al  u n its   ar n o o p tim a f o r   th is   d ataset.   Mo b ileNet,   Den s eNe t1 2 1 ,   an d   I n ce p tio n V 3   p er f o r m e d   eq u al ly   well  ( 9 5 - 9 6 % a cc u r ate) ,   b u t   f ailed   to   r ea ch   t h ac cu r ac y   o f   th DC NNVA .   Oth er   o ld er   d esig n s ,   s u ch   as  V GG1 6   an d   V GG1 9 ,   p er f o r m e d   lo wer   in   ac c u r ac y   lev els co m p ar ed   t o   n ew  ar c h itectu r d esig n s .   s u m m ar y   o f   th r esu lts   is   p r o v id ed   i n   Fig u r 5 .   T o   b etter   illu s tr ate  th class if icatio n   p er f o r m a n ce ,   Fig u r e   6   p lo ts   th co n f u s io n   m atr i ce s   o f   all  alg o r ith m s .   T h ese  co n tain   g r ap h ical  r ep r esen tatio n   o f   tr u p o s itiv es,  tr u n eg ativ es,  f alse  p o s itiv es ,   an d   f alse  n eg ativ es  with in   th v o lcan ic  ac tiv ity ”  an d   n o   ac t iv ity ”  class es.   An aly s is   o f   th co n f u s io n   m atr ix   co n f ir m s   t h s u p e r io r ity   o f   th DC NNVA   m o d el ,   wh ic h   c o r r ec tly   class if ied   alm o s t   all  s am p les  b u t   co n tain e d   n eg lig ib le   n u m b er   o f   f alse  n eg ativ 4   ca s es  o f   v o lcan ic   ac tiv ity   m is class if ied   as  n o   a ctiv ity .   C o n tr ar y   to   th is ,   n u m er o u s   m is class if icati o n s   wer witn ess ed   in   R esNet5 0 ,   p r im ar ily   th a b s en ce   o f   d etec tio n   o f   v o lca n ic  a ctiv ity   in   m ajo r ity   o f   ca s es.  Mo b ileNet,   Den s eNe t1 2 1 ,   an d   I n ce p tio n V3   p er f o r m e d   o u ts tan d in g ly   b u with   s lig h tly   h ig h er   m is class if icat io n   r ate  co m p a r ed   to   DC NNVA .   T h g r ap h   o f   tr ain in g   an d   v alid atio n   ac cu r ac y   o f   DC NNVA   f o r   ten   e p o ch s   is   s h o wn   in   Fig u r e   7 .   Fro m   th g r a p h ,   th ac c u r ac y   o f   th e   m o d el  in c r ea s es  v er y   f ast at  ea ch   ep o ch ,   b u t slo ws d o wn   f r o m   ep o c h   4   u p   to   th la s t e p o ch .             Fig u r 5 .   Acc u r ac y   c o m p ar is o n   o f   th e   p r o p o s ed   DC NNVA   m o d el  ag ain s t state - of - th e - ar t           Fig u r 6 .   C o n f u s io n   m atr ices  co m p ar in g   th class if icatio n   p er f o r m a n ce   o f   DC NNVA     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Ad v   Ap p Sci     I SS N:   2252 - 8 8 1 4       DC N N V A :   a   d ee p   co n vo lu tio n a l n eu r a l n etw o r fo r   vo lca n ic   a ctivity  cla s s ifica tio n     ( Ya s i r   Hu s s ein   S h a kir)   289       Fig u r 7 .   DC NNVA   tr ain in g   a n d   v alid atio n   p er f o r m a n ce   o v e r   10  e p o ch s       T h s u p er i o r   p er f o r m an ce   o f   t h DC NNVA   m o d el  war r a n te d   its   tr an s itio n   f r o m   r esear ch   p r o t o ty p to   p r ac tical  to o l.   T o   th is   en d ,   f u n ctio n al  d esk to p   ap p licatio n   was  d e v elo p e d   a n d   d ep lo y e d .   T h is   ap p licatio n   p r o v id es  u s er - f r i en d ly   in ter f ac th at  allo ws  en d - u s er s ,   s u ch   as  g eo lo g is ts   o r   m o n ito r in g   s tatio n   p er s o n n el,   to   p er f o r m   r ea l - tim v o lcan ic  ac tiv ity   a s s es s m en ts .   T h d ep lo y m en s u cc ess f u lly   d em o n s tr ates  th m o d el' s   o p er atio n al  v ia b ilit y .   As  s h o wn   in   t h ap p licatio n   in ter f ac e   Fig u r 8 ,   u s er s   ca n   u p l o ad   s atellite   im ag er y ,   an d   th s y s tem   r etu r n s   an   in s tan tan eo u s   class if ica tio n   ( " ac tiv e o r   " n o   ac tiv e ")   ac co m p an ied   b y   a   co n f id en ce   s co r e.   T h in ter f ac clea r ly   d is p lay s   th p r e d ictio n ,   f o r   in s tan ce ,   "p r ed i ctio n n o   ac tiv e   |   co n f id en ce 9 9 . 3 0 %"  ( Fig u r e   8 ( a) )   o r   "p r ed ictio n ac tiv |   co n f id en ce 9 9 . 9 0 %"  ( Fig u r 8 ( b ) ) ,   p r o v i d in g   tr an s p ar en an d   im m ed iate  r e s u lts   to   th o p er ato r .   C r u cially ,   th ap p licatio n   in co r p o r ates  m u lti - m o d al  aler s y s tem   th at,   u p o n   d etec tin g   "a ctiv e"   v o lcan ic   ac tiv ity ,   tr ig g e r s   clea r ,   s y n th esized   v o ice   war n in g "wa r n in g !   v o lcan ic  ac tiv ity   d etec ted . T h is   f ea tu r e   is   d esig n e d   to   ca p t u r th e   o p er ato r ' s   atten tio n   im m ed iately ,   wh ic h   is   p ar am o u n in   h ig h - s tak es  m o n ito r in g   en v ir o n m e n ts .   T h s u cc ess f u in teg r atio n   o f   th h ig h - ac c u r ac y   DC NNV m o d el  in to   th is   d ep lo y ab le  s y s tem   u n d er s co r e s   an d   also   r ea d in ess   f o r   u s in   q u asi - r ea l - tim e   d ec is io n - s u p p o r s ce n ar io s ,   ef f ec tiv ely   b r id g in g   th e   g ap   b etwe en   th e o r etica m o d el   p er f o r m an ce   an d   p r ac tical,   o n - t h e - g r o u n d   u tili ty .           ( a)   ( b )     Fig u r 8 .   DC NNVA   ap p licatio n   in ter f ac e   f o r   v o lcan ic  ac tiv i ty   class if icatio n   of   ( a)   " n o   ac ti v e"   ( b )   "a ctiv e"       Fu r th er m o r e ,   p er f o r m a n ce   an d   p r ac tical  im p lem en tatio n   o f   th p r o p o s ed   DC NNVA   m o d el  ar e   co m p ar ed   to   co n tem p o r ar y   lit er atu r r ev iew   in   T ab le  5 .   T h an aly s is   r ev ea ls   th at ,   h o we v er   v ar i o u s   s tu d ies  h av ac h iev ed   h i g h   ac cu r ac y ,   o u r   wo r k   d is tin g u is h es  two   cr itica ar ea s i a ch iev i n g   th b est  o v er all   p er f o r m an ce   ac r o s s   m u ltip le   m etr ics  an d   ii s u cc ess f u lly   b r id g in g   th g ap   to   p r ac tical  d ep lo y ab le   to o l.   T h is   p r ac tical  to o f ea tu r es  a   u s er - f r ien d ly   GUI   f o r   r ea l - tim e   an al y s is   an d   in co r p o r ates  u n iq u m u lti - m o d al  a ler t   s y s tem   th at  p r o v id es  im m ed iate  au d ito r y   war n in g s   u p o n   d et ec tio n   o f   v o lcan ic  ac tiv ity .   T h is   co m b in atio n   o f   s tate - of - th e - ar p r ed ictiv p er f o r m an ce   a n d   a   f u n ctio n al  atte n tio n - g r ab b in g   d e p lo y m e n p l atf o r m   r e p r esen ts   a   s ig n if ican t c o n tr ib u tio n   to   t h f iel d   o f   o p er atio n al  v o lcan ic  h az ar d   m o n ito r in g .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                   I SS N :   2252 - 8 8 1 4   I n t J Ad v   Ap p l Sci Vo l.   1 5 ,   No .   1 ,   Ma r c h   2 0 2 6 281 - 2 9 2   290   T ab le  5 .   C o m p a r ativ an aly s is   o f   v o lcan ic  ac tiv ity   d etec tio n   m eth o d s   Ref e r e n c e   M e t h o d o l o g y   P e r f o r ma n c e   ( %)   D e p l o y me n t   A l e r t   s y s t e m   C o r r a d i n o   e t   a l .   [ 1 2 ]   C N N   ( U N ET)   A c c u r a c y   = 9 3   N o t   r e p o r t e d   N o t   r e p o r t e d   S h u l t z   [ 1 3 ]   C N N   ( H o t LI N K )   A c c u r a c y   = 9 8   N o t   r e p o r t e d   N o t   r e p o r t e d   O ñ a t e   e t   a l .   [ 1 4 ]   A u d i o   f e a t u r e s +   ma n i f o l d   l e a r n i n g   A c c u r a c y   = 9 4 . 4 4   t o   9 5 . 4 5   N o t   r e p o r t e d   N o t   r e p o r t e d   N u n n a r i   a n d   C a l v a r i   [ 1 5 ]   C o m p a r i so n   o f   8   C N N s   A c c u r a c y   = 9 4 . 0 7   N o t   r e p o r t e d   N o t   r e p o r t e d   C h e n   e t   a l .   [ 1 6 ]   TV G G   A c c u r a c y   = 9 9 . 1 8   Re c a l l   = 9 9 . 1 7   N o t   r e p o r t e d   N o t   r e p o r t e d   M o h a n   e t   a l .   [ 1 7 ]   LR X + C N N   A c c u r a c y   = 9 0 . 3 0   F1 - sc o r e   = 8 8 . 4 0   N o t   r e p o r t e d   N o t   r e p o r t e d   H u e r t a s   e t   a l .   [ 1 8 ]   V G G 1 6   a n d   I n c e p t i o n   C N N   A c c u r a c y   = 9 3   Pr e c i s i o n   = 9 3   N o t   r e p o r t e d   N o t   r e p o r t e d   O u r   w o r k   P r o p o se d   D C N N V A   A c c u r a c y   = 9 9 . 3 3   Pr e c i s i o n   = 1 0 0 .   Re c a l l   = 9 8 . 6 7   F1 - sc o r e   = 9 9 . 3 3   Y e s ( f u n c t i o n a l   d e s k t o p   a p p l i c a t i o n )   Y e s ( t e x t - to - sp e e c h   a u d i o   a l a r m )       5.   CO NCLU SI O   I n   th is   s tu d y ,   a   d ev el o p ed   DC NNV A   class if icatio n   was   r ig o r o u s ly   v alid ated   a n d   s u cc ess f u lly   d ep lo y e d .   T h m o d el  was  ev alu ated   ag ain s eig h s tate - of - th e - ar tr an s f er   lear n in g   ar c h i tectu r es ,   in clu d in g   R esNet5 0 ,   NAS NetL ar g e,   Den s eNe t1 2 1 ,   Mo b ileNet,   I n ce p tio n V3 ,   Xce p tio n ,   VGG1 6 ,   an d   VGG 1 9 .   T h ex p er im en tal   r esu lts   d em o n s tr ate  th at  p r o p o s ed   DC NNVA   m o d el   co n s is ten tly   o u tp er f o r m ed   all  m o d e l   n etwo r k s   ac r o s s   all  ev al u atio n   m etr ics ,   ac h iev in g   ac cu r ac y   ( 9 9 . 3 3 %),   p r ec is io n   ( 1 0 0 %),   r e ca ll  ( 9 8 . 6 7 %),   a n d   F1 - s co r ( 9 9 . 3 3 %).   T h e   co m p r eh en s iv e   an aly s i s   s u p p o r ted   b y   co n f u s io n   m atr ices  a n d   tr ai n in g   g r a p h s   co n f ir m s   t h m o d el' s   r o b u s t   ca p ab ilit y   to   m in im ize  b o t h   f alse  p o s itiv es  an d   f alse  n eg ativ es ,   with   p ar ticu lar ly   s tr o n g   p er f o r m an ce   in   r ed u cin g   f alse  n eg ativ es ,   cr itical  r eq u ir em en f o r   ea r ly   war n in g   s y s tem s   in   v o lcan ic  h az ar d   m o n ito r in g .   B ey o n d   th eo r etica p er f o r m an ce ,   th is   r esear ch   m ak es  a   s u b s tan tial  p r ac tical   co n tr ib u tio n   th r o u g h   th s u cc ess f u d ev elo p m en an d   d ep lo y m en o f   an   o p er atio n al  d esk to p   ap p licatio n ,   a n d   im p lem en tatio n   r ep r esen ts   s i g n if i ca n a d v an ce m e n b e y o n d   cu r r en s tate - of - t h e - ar a p p r o ac h es ,   b r i d g in g   th e   g ap   b etwe en   ex p er im e n tal  m o d els  an d   p r ac tical  u tili ty .   T h ap p licatio n   f ea tu r es  an   in tu itiv g r ap h ical   in ter f ac f o r   r ea l - tim m o n it o r in g   a n d   in c o r p o r ates  p io n ee r in g   m u ltimo d al  aler t   s y s tem   th at  p r o v id es   im m ed iate  au d ito r y   war n i n g s   u p o n   d et ec tio n   o f   v o lcan ic  a ctiv ity ,   f ea tu r e   ab s en ts   in   c o m p ar ab le   s tu d ies.   Fu tu r wo r k   will  aim   to   ex t en d   th c u r r e n ar ch itectu r e   to   s u p p o r m u lti - class   class if icatio n   o f   v o lcan ic   ac tiv ity ,   allo win g   f o r   m o r n u an ce d   r ec o g n itio n   o f   d i f f e r en er u p tio n   ty p es ,   an d   th f r am ewo r k   will  b e   en h an ce d   t h r o u g h   t h in teg r at io n   o f   m u ltimo d al  d ata,   co m b in in g   in f o r m atio n   f r o m   s o u r ce s   s u ch   as  s atellite s   an d   g r o u n d - b ased   s eismic   s en s o r s .   Fin ally ,   ef f o r ts   will  f o cu s   o n   d e p lo y in g   th is   s y s tem   in   o p er atio n al   m o n ito r in g   n etwo r k s   to   s tr en g th en   ea r ly   war n in g   s y s tem s   an d   im p r o v d is aster   r esp o n s s tr ateg ies.       F UNDING   I NF O R M A T I O   Au th o r s   s tate  n o   f u n d in g   in v o lv ed .       AUTHO CO NT RI B UT I O NS ST A T E M E N T     T h is   jo u r n al  u s es  th C o n tr ib u to r   R o les  T ax o n o m y   ( C R ed iT )   to   r ec o g n ize  in d iv id u al  au th o r   co n tr ib u tio n s ,   r ed u ce   au th o r s h ip   d is p u tes,  an d   f ac ilit ate  co llab o r atio n .       Na m o f   Aut ho r   C   M   So   Va   Fo   I   R   D   O   E   Vi   Su   P   Fu   Yasir  Hu s s ein   Sh ak ir                               R ee m   Ali M u tlag                               E s h aq   Aziz   Awa d h   AL   Ma n d h ar i                               Mo h am ed   Sh a b b ir   Ab d u ln ab i                                 C     C o n c e p t u a l i z a t i o n   M     M e t h o d o l o g y   So     So f t w a r e   Va     Va l i d a t i o n   Fo     Fo r mal   a n a l y s i s   I     I n v e s t i g a t i o n   R     R e so u r c e s   D   :   D a t a   C u r a t i o n   O   :   W r i t i n g   -   O r i g i n a l   D r a f t   E   :   W r i t i n g   -   R e v i e w   &   E d i t i n g   Vi     Vi su a l i z a t i o n   Su     Su p e r v i s i o n   P     P r o j e c t   a d mi n i st r a t i o n   Fu     Fu n d i n g   a c q u i si t i o n       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.