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Enregistrement W4399779241 · doi:10.1016/j.jag.2024.103960

High-resolution mapping of tree species and associated uncertainty by combining aerial remote sensing data and convolutional neural networks ensemble

2024· article· en· W4399779241 sur OpenAlexafffundabout
Jean‐Daniel Sylvain, Guillaume Drolet, Évelyne Thiffault, François Anctil

Notice bibliographique

RevueInternational Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation · 2024
Typearticle
Langueen
DomaineEnvironmental Science
ThématiqueRemote Sensing in Agriculture
Établissements canadiensCentre de Géomatique du QuébecUniversité LavalMinistère des Ressources naturelles et des ForêtsMinistry of Natural Resources and Wildlife
Organismes subventionnairesAlliance de recherche numérique du Canada
Mots-clésConvolutional neural networkGeographyRemote sensingCartographyAerial imageryArtificial intelligenceTree (set theory)Decision treeComputer sciencePattern recognition (psychology)Data miningMathematics

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Mapping tree species diversity is essential for monitoring and managing forest ecosystems. Automating ecoforestry mapping using remote sensing images remains an important challenge due to the tremendous variability in forest covers and the conditions under which images used for classification are acquired. Deep learning algorithms have been increasingly used over the last few years to analyse remote sensing data for mapping tree species. However, most of these studies focus only on a small number of species or a limited area and avoid providing a spatially explicit representation of the uncertainty related to the predictions, rendering them unsuitable for operational use. In this study, we used an ensemble of convolutional neural networks to map forest species and land cover types across a 10,000 km 2 area in Quebec, Canada, spanning mixed and boreal forests. We built a georeferenced label database to train and test nine models, which resulted from the combination of three training datasets and three-commonly used convolutional neural network architectures (VGG16, ResNet50v2, Densenet121). These models were trained on multiband aerial photographs and a canopy height model derived from airborne lidar point clouds and used to map the diversity and distribution of tree species and land cover types. The level of agreement among models was used to generate uncertainty maps. The performance of the super-ensemble using 1311 independent forest inventory plots and assessed the extent to which uncertainty maps could serve as a spatially explicit indicator of model performance. The super-ensemble achieved 90% global accuracy. Our results indicated that the performance of the super-ensemble surpassed that of all individual architectures while also showing a positive effect of the canopy height model on performance. The comparison of the super-ensemble map with the proportion of basal area measured in forest inventory plots confirmed the reliability of the model over the study area. Our results also indicated that mapping the inter-model agreement provides a reliable spatially explicit estimate of model performance. The robustness and reliability of the proposed approach support its use in an operational context while also providing a conceptual framework to evaluate the reliability of uncertainty maps. • Tree species and land cover were mapped over 10,000 km 2 using a convolutional neural network ensemble. • We present and validate a new approach for assessing the reliability of uncertainty maps. • The super-ensemble demonstrates the best performance and offers a reliable assessment of uncertainty. • The canopy height model improves performance compared to using only aerial digital photos.

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: Simulation ou modélisation
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,165
Score d'incertitude au seuil0,327

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

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

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.

Tête enseignante Opus0,018
Tête enseignante GPT0,215
Écart entre enseignants0,196 · 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

Citations6
Publié2024
Routes d'admission3
Résumé présentoui

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