Using satellite, airborne laser scanning and socio-economic data in a machine learning framework for improved fire danger modelling in the Alps
Notice bibliographique
Résumé
The frequency and severity of wildfires in the Alpine region will likely increase due to climate change. Most fire danger forecasts currently adopted in this region are based on meteorological data, such as the Canadian Fire Weather Index (FWI). They are typically only available at relatively coarse spatial resolutions (up to ca. 1 km) and, therefore, are of limited use in mountain regions with complex topography. Other factors, such as vegetation type and structure and the role of humans causing ignitions, are typically not considered. We address this gap by presenting a novel, high-resolution, satellite-supported integrated forest fire danger system (IFDS) for Austria. For this purpose, we use radar and optical satellite data from the Copernicus Sentinel-1 and Sentinel-2 missions, airborne laser scanning (ALS), socio-economic data, and topographic properties next to meteorological data. Two independent methods were investigated: (i) an expert-based approach that allows combining various data layers with different weightings assigned by experts and (ii) a machine-learning approach. Here, we focus on the results of the machine learning approach for a study area covering the federal state of Styria in Austria (ca. 16 400 km²). We use several data layers computed within our study as predictors in random forest models. Moisture indicators and tree species maps were derived from satellite data from the Copernicus Earth observation programme. Vegetation structure parameters, solar potential and a digital surface model (DSM) were derived from ALS data. In addition to the remote sensing data, we used meteorological variables, fire weather indices (FWI) and socio-economic data. We trained the model using forest fire events from the Austrian fire database. The cross-validation showed that the best-performing model predicts high fire danger for most fire events (87%). By integrating all the information layers compared to a baseline model using only FWI, the overall accuracy improved from 68% to 87%. The feature importance showed that the vegetation structure parameters, tree species, socio-economic parameters and DSM are essential for the model in addition to the meteorological predictors. Using this data-driven approach allowed us to learn from past fire occurrences and improved the spatial representation of fire ignition drivers, their importance and interactions. Also, this method permitted the identification of areas with higher danger risk, typically located in the vicinity of densely populated settlements. This study has been performed within the CONFIRM project with funding from the Austrian Research Promotion Agency (FFG).
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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) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 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 | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| 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 ».