Assessing the potential of synthetic and <i>ex situ</i> airborne laser scanning and ground plot data to train forest biomass models
Notice bibliographique
Résumé
Abstract Airborne laser scanning data are increasingly used to predict forest biomass over large areas. Biomass information cannot be derived directly from airborne laser scanning data; therefore, field measurements of forest plots are required to build regression models. We tested whether simulated laser scanning data of virtual forest plots could be used to train biomass models and thereby reduce the amount of field measurements required. We compared the performance of models that were trained with (i) simulated data only, (ii) a combination of simulated and real data, (iii) real data collected from different study sites, and (iv) real data collected from the same study site the model was applied to. We additionally investigated whether using a subset of the simulated data instead of using all simulated data improved model performance. The best matching subset of the simulated data was sampled by selecting the simulated forest plot with the highest correlation of the return height distribution profile for each real forest plot. For comparison, a randomly selected subset was evaluated. Models were tested on four forest sites located in Poland, the Czech Republic, and Canada. Model performance was assessed by root mean squared error (RMSE), squared Pearson correlation coefficient (r$^{2}$), and mean error (ME) of observed and predicted biomass. We found that models trained solely with simulated data did not achieve the accuracy of models trained with real data (RMSE increase of 52–122 %, r$^{2}$ decrease of 4–18 %). However, model performance improved when only a subset of the simulated data was used (RMSE increase of 21–118 %, r$^{2}$ decrease of 5–14 % compared to the real data model), albeit differences in model performance when using the best matching subset compared to using a randomly selected subset were small. Using simulated data for model training always resulted in a strong underprediction of biomass. Extending sparse real training datasets with simulated data decreased RMSE and increased r$^{2}$, as long as no more than 12–346 real training samples were available, depending on the study site. For three of the four study sites, models trained with real data collected from other sites outperformed models trained with simulated data and RMSE and r$^{2}$ were similar to models trained with data from the respective sites. Our results indicate that simulated data cannot yet replace real data but they can be helpful in some sites to extend training datasets when only a limited amount of real data is available.
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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 | 0,003 | 0,008 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,001 |
| 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 ».