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Enregistrement W4392585445 · doi:10.5194/egusphere-egu24-4737

GreenRoofNet: Integrating High-Resolution Aerial Imagery with Deep Learning for Efficient Green Roof Monitoring

2024· preprint· en· W4392585445 sur OpenAlexaffabout
Md Abdul Halim, Wenxi Liao, Imrul Kayes, Jennifer Drake, Liat Margolis, Debra Wunch, Sean C. Thomas

Notice bibliographique

Revuenon disponible
Typepreprint
Langueen
DomaineEnvironmental Science
ThématiqueRemote Sensing and LiDAR Applications
Établissements canadiensCarleton UniversityUniversity of Toronto
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésAerial imageryRemote sensingRoofSuperresolutionComputer scienceDeep learningArtificial intelligenceHigh resolutionComputer visionEnvironmental scienceGeologyGeographyImage (mathematics)Archaeology

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Background: Urban environments are increasingly recognized as both significant contributors to and primary victims of climate change. Buildings in urban settings are responsible for approximately 33% of global greenhouse gas emissions, while cities themselves are often situated on fertile land with high carbon sequestration potential. To mitigate these impacts on climate, adopting nature-based sustainable technologies is essential for developing climate-smart cities. Among these, green roofs have emerged as a critical solution for climate change mitigation.Significance of Green Roofs: Originally designed for stormwater management, green roofs have demonstrated effectiveness in various environmental aspects. They mitigate urban heat island effects, reduce sound and air pollution, lower building energy consumption, enhance biodiversity, and have the potential for carbon sequestration. Recognizing these benefits, Toronto implemented a by-law in 2009 mandating green roofs on all new large buildings with flat roofs larger than 2,000 m², complemented by incentives for the private sector. Despite the increase in green roof installations, there is a lack of efficient monitoring, leading to concerns about maintenance and compliance.Challenges in Monitoring: The absence of an efficient green-roof monitoring system is a widespread problem. Traditional monitoring techniques face limitations, including on-site inspections and satellite imagery analysis. High-resolution satellite data are costly, while freely available images (e.g., from Landsat) lack the necessary resolution for small-scale green roof analysis. This gap highlights the need for an efficient, automated, and accurate green roof monitoring system.Methods: To address this need, we developed an automated, deep-learning-based toolbox (GreenRoofNet) for monitoring green roofs using high-resolution (8 cm) orthoimages collected by the City of Toronto for other purposes. We segmented these images into 299x299 pixel tiles with a 20% overlap to ensure comprehensive coverage, particularly of smaller green roofs. Using 500 labeled images for training and validation, and the remainder for testing, we employed the Inception v4 architecture in TensorFlow. This deep convolutional network model was selected for its ability to extract detailed features crucial for accurate green roof detection. The model training involved a cross-entropy loss function, an Adam optimizer, and a dynamic learning rate, with a 50-epoch limit and early stopping to prevent overfitting. Post-processing of tiles was conducted using maximum confidence scores to amalgamate overlapping detections.Results and Implications: The model has successfully identified green roofs with approximately 95% accuracy and detected their boundaries with about 90% precision. Preliminary analysis reveals that a segment of Toronto's green roofs is undergoing degradation, whereas a substantial proportion remains in good condition, with a smaller segment being currently undetectable or missing. Further testing is underway, with plans to package the results of this project in a web application featuring an open-source map. This tool will play a pivotal role in assessing the effectiveness of the green roof by-law, aiding in the verification of subsidies, guiding the maintenance of green roofs, and facilitating the estimation of their environmental benefits.

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 machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni 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.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,001
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,001
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Simulation ou modélisation · Signal consensuel: aucune
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: aucune
Score de désaccord entre enseignants0,021
Score d'incertitude au seuil0,042

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0010,001
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,001
Bibliométrie0,0020,001
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0010,001
Science ouverte0,0020,001
Intégrité de la recherche0,0010,001
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0040,002

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 Opus0,011
Tête enseignante GPT0,241
Écart entre enseignants0,230 · 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 source (Gemma direct ou Codex distillé), 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

Citations0
Publié2024
Routes d'admission2
Résumé présentoui

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