Explainable convolutional neural network for flood susceptibility mapping in Southern Ontario  
Notice bibliographique
Résumé
Flood susceptibility mapping (FSM) plays a crucial role in proactive flood risk management, particularly in light of increasing fluvial flooding events. Traditional FSM methods, such as physics-based and qualitative approaches, are hindered by either high computational demands or inherent uncertainty. To address this, machine learning (ML) models have become an increasingly popular FSM approach, though commonly cited as black-box approaches due to the difficulty associated with understanding their underlying mechanisms. In order to better understand the ML approaches used for FSM, this study uses the gradient-weighted class activation mapping (Grad-CAM) to interpret flood susceptibility predictions of a convolutional neural network (CNN) for the Don River watershed in Ontario, Canada. Grad-CAM is an explainable algorithm highlighting input regions that are influential to the output, aiding the user in understanding and visualizing model selected important features used to arrive at the prediction. Grad-CAM results are compared to the commonly used shapley additive explanation (SHAP) algorithm. SHAP is used to calculate the relative contribution of each input onto the output, and provides a benchmark for comparisons due to its popularity.A two dimensional CNN with an architecture of two convolutional layers, two pooling layers and a fully connected layer is used to predict flood susceptibility. The inputs to the CNN include topographical and climactic variables across the entire watershed, with a 60-40% training and testing split respectively. The results of the CNN were compared against the floodplain map of the Don River. Using the area under curve- receiver operating characteristics (AUC-ROC) as a performance metric, the CNN exhibits high performance with an AUC-ROC of 0.96.The study highlights the potential of CNNs for flood susceptibility mapping, as well as compares two explainable machine learning algorithms, helping to further their application within FSM. Explainable algorithms are essential to decision makers in flood risk management for proactive planning and resource allocation. Future work should explore expanding the scope to predict flood susceptibility at a nationwide level.
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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 | 0,000 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,002 | 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 ».