An AI approach to operationalise global daily PlanetScope satellite imagery for river water masking
Notice bibliographique
Résumé
Monitoring rivers is vital to manage the invaluable ecosystem services they provide, and also to mitigate the risks they pose to property and life through flooding and drought. Due to the vast extent and dynamic nature of river systems, Earth Observation (EO) is one of the best ways to measure river characteristics. As a first step, EO-based river monitoring often requires extraction of accurate pixel-level water masks, but satellite images traditionally used for this purpose suffer from limited spatial and/or temporal resolution. We address this problem by applying a novel Convolutional Neural Network (CNN)-based model to automate water mask extraction from daily 3 m resolution PlanetScope satellite imagery. Notably, this approach overcomes radiometric issues that frequently present limitations when working with CubeSat data. We test our classification model on 36 rivers across 12 global terrestrial biomes (as proxies for the environmental and physical characteristics that lead to the variability in catchments around the globe). Using a relatively shallow CNN classification model, our approach produced a median F1 accuracy score of 0.93, suggesting that a compact and efficient CNN-based model can work as well as, if not better than, the very deep neural networks conventionally used in similar studies, whilst requiring less training data and computational power. We further show that our model, specialised to the task at hand, performs better than a state-of-the-art Fully Convolutional Neural Network (FCN) that struggles with the highly variable image quality from PlanetScope. Although classifying rivers that were narrower than 60 m, anastomosed or highly urbanised was slightly less successful than our other test images, we showed that fine tuning could circumvent these limitations to some degree. Indeed, fine tuning carried out on the Ottawa River, Canada, by including just 5 additional site-specific training images significantly improved classification accuracy (F1 increased from 0.81 to 0.90, p < 0.01). Overall, our results show that CNN-based classification applied to PlanetScope imagery is a viable tool for producing accurate, temporally dynamic river water masks, opening up possibilities for river monitoring investigations where high temporal variability data is essential.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction distillée sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 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 tête enseignante, 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 ».