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Enregistrement W4210452150 · doi:10.3390/rs14030644

Incorporating Aleatoric Uncertainties in Lake Ice Mapping Using RADARSAT–2 SAR Images and CNNs

2022· article· en· W4210452150 sur OpenAlexafffundabout
Nastaran Saberi, Katharine Scott, Claude Duguay

Notice bibliographique

RevueRemote Sensing · 2022
Typearticle
Langueen
DomaineEarth and Planetary Sciences
ThématiqueArctic and Antarctic ice dynamics
Établissements canadiensUniversity of Waterloo
Organismes subventionnairesGlobal Water FuturesCanada First Research Excellence Fund
Mots-clésConvolutional neural networkRemote sensingOpen waterSynthetic aperture radarComputer scienceBathymetrySea iceEnvironmental scienceArtificial intelligenceGeologyClimatologyOceanography

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

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 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: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,018
Score d'incertitude au seuil0,037

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

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

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 Opus0,018
Tête enseignante GPT0,212
Écart entre enseignants0,194 · 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

Citations8
Publié2022
Routes d'admission3
Résumé présentoui

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