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Enregistrement W4389469222 · doi:10.1016/j.rse.2023.113932

An AI approach to operationalise global daily PlanetScope satellite imagery for river water masking

2023· article· en· W4389469222 sur OpenAlexaboutno aff
Samuel Valman, Doreen S. Boyd, Patrice Carbonneau, Matthew F. Johnson, Stephen J. Dugdale

Notice bibliographique

RevueRemote Sensing of Environment · 2023
Typearticle
Langueen
DomaineEnvironmental Science
ThématiqueFlood Risk Assessment and Management
Établissements canadiensnon disponible
Organismes subventionnairesEngineering and Physical Sciences Research Council
Mots-clésRemote sensingComputer scienceConvolutional neural networkEnvironmental scienceSatellite imageryBiomeArtificial neural networkArtificial intelligenceEcosystemGeology

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

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.

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 distillée sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni 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.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,000
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,000
Version: codex-gemma-dda1882f352aStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Simulation ou modélisation · Signal consensuel: Simulation ou modélisation
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,237
Score d'incertitude au seuil0,721

Scores Codex et Gemma par catégorie

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

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 Opus0,014
Tête enseignante GPT0,254
Écart entre enseignants0,240 · 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 tête enseignante, 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

Citations47
Publié2023
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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