Convolutional Neural Networks Regression Model with Uncertainty Estimates to predict GEDI Canopy height at 30m resolution using multisource SAR and optical observations
Notice bibliographique
Résumé
Accurate estimates of forest aboveground biomass (AGB) are essential for assessing forest carbon stocks and their change over time to support policies for climate change mitigation, resource management, and biodiversity conservation. Among the methodologies to estimate AGB, those that include accurate forest canopy height (CH) information present better estimates due to the direct relationship between AGB and CH. Therefore, to cover large areas, Light Detection and Ranging (LiDAR) remote sensing technology is preferred because it can provide highly accurate and precise measurements of the distance from the ground to the top of the canopy. However, developing continuous acquisition campaigns using LiDAR technology at continental scales at high-spatial resolution is too expensive. The Global Ecosystem Dynamics Investigation (GEDI) offers a unique opportunity to overcome this challenge. The GEDI mission uses a laser instrument mounted on the International Space Station (ISS) to measure the distance from the ISS to the Earth’s surface with high accuracy and spatial resolution. However, GEDI does not provide a spatially continuous CH map. Instead, it captures 25 m spatial resolution footprint samples over the Earth’s surface following a sparse-grid-based sampling pattern between 51.6° N and 51.6° S. In this acquisition setup, the samples are spaced every 60 m in the along-track direction and 600 m in the across-track direction. To estimate CH for areas not covered by the sparse GEDI mission, we propose a non-linear mapping function using Convolutional Neural Networks with Uncertainty estimates (UCNNs) with input data from other satellites and output a continuous estimate of CH with a measure of uncertainty. Specifically, we use coregistered multitemporal data from Sentinel-1, Sentinel-2, and ALOS PALSAR. From Sentinel imagery, we use bimonthly composites each year from April-May, June-July, and August-September to capture the dynamics of the spectral and structural tree information in Canada. From ALOS PALSAR, we use the one-year composite, and from GEDI data, we use strong-beam samples from June to July from the corresponding year, while excluding all low-quality samples. Experiments were conducted for 2020 in the Province of Ontario, Canada, whose climate is considered continental, with temperatures ranging from humid in the south, with cold winters and warm summers, to sub-Arctic in the north. To avoid overfitting, we apply spatial cross-validation splitting the study region into five non-overlapping areas. The cumulative uncertainty histogram shows that 90% of samples present an uncertainty of CH less than 5 meters. These results are the first step towards spatially continuous mapping of canopy height using multitemporal and multisource satellite data, with implications for improving assessment of forest biomass estimation and carbon monitoring from space.
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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 | 0,001 | 0,002 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,002 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,002 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,002 | 0,001 |
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.
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 ».