A Hierarchical Machine Learning-Based Strategy for Mapping Grassland in Manitoba’s Diverse Ecoregions
Notice bibliographique
Résumé
Accurate and reliable knowledge about grassland distribution is essential for farmers, stakeholders, and government to effectively manage grassland resources from agro-economical and ecological perspectives. This study developed a novel pixel-based grassland classification approach using three supervised machine learning (ML) algorithms, which were assessed in the province of Manitoba, Canada. The grassland classification process involved three stages: (1) to distinguish between vegetation and non-vegetation covers, (2) to differentiate grassland from non-grassland landscapes, and (3) to identify three specific grassland classes (tame, native, and mixed grasses). Initially, this study investigated different satellite data, such as Sentinel-1 (S1), Sentinel-2 (S2), and Landsat 8 and 9, individually and combined, using the random forest (RF) method, with the best performance at the first two steps achieved using a combination of S1 and S2. The combination was then utilized to conduct the first two steps of classification using support vector machine (SVM) and gradient tree boosting (GTB). In step 3, after filtering out non-grassland pixels, the performance of RF, SVM, and GTB classifiers was evaluated with combined S1 and S2 data to distinguish different grassland types. Eighty-nine multitemporal raster-based variables, including spectral bands, SAR backscatters, and digital elevation models (DEM), were input for ML models. RF had the highest classification accuracy at 69.96% overall accuracy (OA) and a Kappa value of 0.55. After feature selection, the variables were reduced to 61, increasing OA to 72.62% with a Kappa value of 0.58. GTB ranked second, with its OA and Kappa values improving from 67.69% and 0.50 to 72.18% and 0.58 after feature selection. The impact of raster data quality on grassland classification accuracy was assessed through multisensor image fusion. Grassland classification using the Hue, Saturation, and Value (HSV) fused images showed higher OA (59.18%) and Kappa values (0.36) than the Brovey Transform (BT) and non-fused images. Finally, a web map was created to show grassland results within the Soil Landscapes of Canada (SLC) polygons, relating soil landscapes to grassland distribution and providing valuable information for decision-makers and researchers. Future work may include extending the current methodology by considering other influential variables, like meteorological parameters or soil properties, to create a comprehensive grassland inventory across the whole Prairie ecozone of Canada.
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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 | 0,001 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,003 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| 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 ».