Deep Learning Based Sea Ice Classification with Gaofen-3 Fully Polarimetric SAR Data
Notice bibliographique
Résumé
In this paper, the performance of C-band synthetic aperture radar (SAR) Gaofen-3 (GF-3) quad-polarization Stripmap (QPS) data is assessed for classifying late spring and summer sea ice types. The investigation is based on 18 scenes of GF-3 QPS data acquired in the Arctic Ocean in 2017. In this study, floe ice (FI), brash ice (BI) between floes and open water (OW, ice-free area) were classified based on a mini sea ice residual convolutional network, which we call MSI-ResNet. While investigating the optimal patch size for MSI-ResNet, we found that, as the patch size continues to grow, the classification accuracy first increases and then decreases. A patch size of 31 × 31 was found to achieve the best performance. The performance of classification using different polarization combinations from the QPS data was also assessed. The vertical-vertical (VV) polarization input overestimates the FI category while incorrectly identifying most of the BI as FI. The VH polarization produces a synchronous improvement in FI, BI, and OW discrimination, with a higher overall accuracy and kappa coefficient (91.09% and 0.85, respectively) than the VV polarization (83.37% and 0.70, respectively). The combination of VV and vertical-horizontal (VH) polarizations presents a modest precision improvement for BI and OW together with a slight overestimation for FI. With VV, VH, and horizontal-horizontal (HH) polarization data as the inputs, the user’s accuracy improves to 95.12%, 93.42%, and 95.17% for FI, BI, and OW, respectively. The accuracy was assessed against visual interpretation of the sea ice classes in the images using a stratified sampling method. The application of the MSI-ResNet method to data covering the Beaufort Sea and the north of the Severnaya Zemlya archipelago was found to achieve a high overall accuracy (kappa) of 94.62% (±0.92) and 94.23% (±0.90), respectively. This is similar to the classification accuracy obtained in the Fram Strait. From the results of this study, it is shown that the MSI-ResNet method performs better than the classical support vector machine (SVM) classifier for sea ice discrimination. The GF-3 QPS mode data also show more details in discriminating scattered sea ice floes than the coincident Sentinel-1A Extra Wide (EW) swath mode data.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi 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.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
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.
score_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 découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».