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Enregistrement W4321493256 · doi:10.5194/egusphere-egu23-452

Polar Ice Coverage Classified by Various Machine Learning Algorithms

2023· preprint· en· W4321493256 sur OpenAlexaboutno aff
Octavian Dumitru, Gottfried Schwarz, Chandrabali Karmakar, Mihai Datcu

Notice bibliographique

Revuenon disponible
Typepreprint
Langueen
DomaineEarth and Planetary Sciences
ThématiqueArctic and Antarctic ice dynamics
Établissements canadiensnon disponible
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésPolarAlgorithmSea iceSnowSynthetic aperture radarGeologyComputer scienceRemote sensingArtificial intelligenceMeteorologyGeographyClimatologyPhysics

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

The European Copernicus Sentinel-1 SAR mission offers a unique chance to compare and analyse long time series of freely accessible SAR images with frequent coverage in the northern polar areas. In our case, during the ExtremeEarth project (H2020 grant agreement No 825258), we concentrated on a two-year analysis of multi-season ice cover categories around Belgica Bank in Greenland where we can easily use typical examples of SAR image targets ranging from snow-covered ice to melting ice surfaces as well as open sea scenes with ships and icebergs.Our primary goal was to search for most powerful ice type classification algorithms exploiting the well-known characteristics of the Sentinel-1 satellites for SAR imaging in polar areas, both taken from ascending and descending orbit branches with C-band transmission and an incidence angle of about 39°, a resulting ground sampling distance of 10 m or more, HH or HV polarization, and recorded in wide-swath or high-resolution modes as provided and distributed routinely by ESA´s level-1 processing system as amplitude or complex-valued data.In order to be compatible with established international ice type standards we used the Canadian MANICE semantic labelling system providing up to 10 different polar ice and polar target types.Our algorithms are based on a patch-based classification approach, where we assigned the most probable primary label for each given square image patch with a size of 256×256 pixels. This prevented us from creating many noise-related single-pixel categories.Within the ExtremeEarth project, were generated semantic classification maps, topic representations, change maps, or physical scattering representations. A library of algorithms was created, among these algorithms we mention the following ones: classification based on Gabor filtering and SVMs, classification based on compression rates, variational auto-encoders for SAR feature learning, topic representations based on LDA, physical scattering representations based on LDA and CNNs, etc.When the attempted image content classification based on current machine learning approaches, it turned out that we had to consider several important parameters such as typical applications, main semantic goals to be reached, applied processing algorithms, common types of data, available datasets and already predefined categories to be used, pixel-based versus patch-based data processing, single- and multi-labelling of image patches, confidence calculations and annotations, as well as attainable runtimes, implementation effort and risk - all depending on the target area characteristics. When it came to time series of target area images, we also had to consider the chances offered by short and long data sequences.It turned out that this large number of aspects can be grouped together depending on the applied human expert supervision approach for semantic classification, namely unsupervised, self-supervised, semi-supervised, and supervised algorithms together with their individual training and testing strategies. In future, we want provide some justifications for next-generation remote sensing applications that require (near) real-time capabilities.

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)0,002
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,004
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: aucune
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,006
Score d'incertitude au seuil0,011

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0020,004
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,001
Bibliométrie0,0050,002
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0020,001
Science ouverte0,0010,001
Intégrité de la recherche0,0010,001
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0020,001

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 Opus0,019
Tête enseignante GPT0,223
Écart entre enseignants0,204 · 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

Citations0
Publié2023
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