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Enregistrement W2800336546 · doi:10.3389/fict.2018.00006

Using Spatial Reinforcement Learning to Build Forest Wildfire Dynamics Models From Satellite Images

2018· article· en· W2800336546 sur OpenAlexafffundabout
Sriram Ganapathi Subramanian, Mark Crowley

Notice bibliographique

RevueFrontiers in ICT · 2018
Typearticle
Langueen
DomaineEnvironmental Science
ThématiqueFire effects on ecosystems
Établissements canadiensUniversity of Waterloo
Organismes subventionnairesUniversity of WaterlooMitacs
Mots-clésReinforcement learningComputer scienceArtificial intelligenceMarkov decision processMachine learningRandom forestTree (set theory)Set (abstract data type)Decision treeProcess (computing)Markov processMathematics

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Machine learning algorithms have increased tremendously in power in recent years but have yet to be fully utilized in many ecology and sustainable resource management domains such as wildlife reserve design, forest fire management and invasive species spread. One thing these domains have in common is that they contain dynamics that can be characterized as a Spatially Spreading Process (SSP) which requires many parameters to be set precisely to model the dynamics, spread rates and directional biases of the elements which are spreading. We present related work in Artificial Intelligence and Machine Learning for SSP sustainability domains including forest wildfire prediction. We then introduce a novel approach for learning in SSP domains using Reinforcement Learning (RL) where fire is the agent at any cell in the landscape and the set of actions the fire can take from a location at any point in time includes spreading North, South, East, West or not spreading. This approach inverts the usual RL setup since the dynamics of the corresponding Markov Decision Process (MDP) is a known function for immediate wildfire spread. Meanwhile, we learn an agent policy for a predictive model of the dynamics of a complex spatially-spreading process. Rewards are provided for correctly classifying which cells are on fire or not compared to satellite and other related data. We examine the behaviour of five RL algorithms on this problem: Value Iteration, Policy Iteration, Q-Learning, Monte Carlo Tree Search and Asynchronous Advantage Actor-Critic (A3C). We compare to a Gaussian process based supervised learning approach and discuss the relation of our approach to manually constructed, state-of-the-art methods from forest wildfire modelling. We also discuss the relation of our approach to manually constructed, state-of-the-art methods from forest wildfire modelling. We validate our approach with satellite image data of two massive wildfire events in Northern Alberta, Canada; the Fort McMurray fire of 2016 and the Richardson fire of 2011. The results show that we can learn predictive, agent-based policies as models of spatial dynamics using RL on readily available satellite images that other methods and have many additional advantages in terms of generalizability and interpretability.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,001
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,003
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Simulation ou modélisation · Signal consensuel: Simulation ou modélisation
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: aucune
Score de désaccord entre enseignants0,014
Score d'incertitude au seuil0,027

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0010,003
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0000,001
Bibliométrie0,0010,000
Études des sciences et des technologies0,0000,001
Communication savante0,0010,001
Science ouverte0,0010,001
Intégrité de la recherche0,0010,001
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0010,000

Scores machine (provisoires)

Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.

Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.

Tête enseignante Opus0,009
Tête enseignante GPT0,220
Écart entre enseignants0,211 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeSimulation ou modélisation
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations60
Publié2018
Routes d'admission3
Résumé présentoui

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