Incorporating Aleatoric Uncertainties in Lake Ice Mapping Using RADARSAT–2 SAR Images and CNNs
Notice bibliographique
Résumé
With the increasing availability of SAR imagery in recent years, more research is being conducted using deep learning (DL) for the classification of ice and open water; however, ice and open water classification using conventional DL methods such as convolutional neural networks (CNNs) is not yet accurate enough to replace manual analysis for operational ice chart mapping. Understanding the uncertainties associated with CNN model predictions can help to quantify errors and, therefore, guide efforts on potential enhancements using more–advanced DL models and/or synergistic approaches. This paper evaluates an approach for estimating the aleatoric uncertainty [a measure used to identify the noise inherent in data] of CNN probabilities to map ice and open water with a custom loss function applied to RADARSAT–2 HH and HV observations. The images were acquired during the 2014 ice season of Lake Erie and Lake Ontario, two of the five Laurentian Great Lakes of North America. Operational image analysis charts from the Canadian Ice Service (CIS), which are based on visual interpretation of SAR imagery, are used to provide training and testing labels for the CNN model and to evaluate the accuracy of the model predictions. Bathymetry, as a variable that has an impact on the ice regime of lakes, was also incorporated during model training in supplementary experiments. Adding aleatoric loss and bathymetry information improved the accuracy of mapping water and ice. Results are evaluated quantitatively (accuracy metrics) and qualitatively (visual comparisons). Ice and open water scores were improved in some sections of the lakes by using aleatoric loss and including bathymetry. In Lake Erie, the ice score was improved by ∼2 on average in the shallow near–shore zone as a result of better mapping of dark ice (low backscatter) in the western basin. As for Lake Ontario, the open water score was improved by ∼6 on average in the deepest profundal off–shore zone.
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 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 | 0,001 | 0,003 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 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 ».