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Enregistrement W4408467295 · doi:10.5194/egusphere-egu25-18799

Leveraging Self-Supervised Learning for Sea Ice Segmentation in the Arctic to Reduce on Labelling

2025· preprint· en· W4408467295 sur OpenAlexaboutno aff
Jacob Seston, William D. Harcourt, Georgios Leontidis, Brice R. Rea, Matteo Spagnolo, Lauren McWhinnie

Notice bibliographique

Revuenon disponible
Typepreprint
Langueen
DomaineEarth and Planetary Sciences
ThématiqueArctic and Antarctic ice dynamics
Établissements canadiensnon disponible
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésLabellingSegmentationArcticSea iceComputer scienceThe arcticArctic ice packArtificial intelligenceOceanographyGeologyPsychology

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

The rapid decline of Arctic sea ice driven by climate change poses significant challenges and opportunities for global shipping, ecosystems, and coastal communities. Understanding and mapping sea ice variability is crucial for assessing its implications on navigability and ensuring maritime safety in this dynamic region. One of the most significant challenges in applying machine learning (ML) to cryospheric sciences is the reliance on large quantities of human-labelled data, which is both costly and time-intensive to produce, particularly in remote and harsh environments like the Arctic. This contribution addresses this challenge by leveraging self-supervised learning (SSL) techniques and Convolutional Neural Network (CNN) to reduce the dependency on labelled data while maintaining high levels of model performance. We used the well-known UNet model, a CNN designed for pixel-wise segmentation tasks, and integrate BYOL (Bootstrap Your Own Latent), an SSL technique that leverages unlabelled data to learn features without requiring explicit labels. BYOL trains the model to match representations of the same image under different transformations, allowing it to learn useful features from unlabelled data without needing explicit labels.We apply these models to Sentinel-1 SAR imagery in the Canadian Arctic Archipelago, a region of critical importance due to its role in global shipping routes, where sea ice variability directly impacts navigability and maritime safety.We created binary ice and open water labels to serve as a benchmark for evaluating model performance. Early preliminary results suggest that using BYOL reduces the labelling requirement by approximately 50% compared to models trained without self-supervised pretraining. By pretraining the UNet model on unlabelled Sentinel-1 SAR imagery and fine-tuning it for sea ice segmentation, this approach demonstrates how leveraging unlabelled data can significantly minimise the need for human annotation while maintaining robust segmentation accuracy. These methods optimise the use of limited labelled datasets, enabling efficient and scalable models that potentially generalise to sea ice segmentation tasks where high-quality labels are often scarce or imprecise. These techniques enhance the adaptability of ML models, allowing them to be applied to new datasets and tasks with minimal retraining, further reducing the computational and data requirements. By reducing reliance on labelled data, this approach improves efficiency and opens up possibilities for tackling broader challenges, such as real-time ice monitoring, assessing shipping route viability, and conducting long-term trend analysis.

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)0,004
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: Méthodes · Signal consensuel: Méthodes
Score de désaccord entre enseignants0,015
Score d'incertitude au seuil0,031

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0010,004
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,001
Bibliométrie0,0010,001
Études des sciences et des technologies0,0010,001
Communication savante0,0010,002
Science ouverte0,0020,001
Intégrité de la recherche0,0010,001
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0010,001

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 Opus0,027
Tête enseignante GPT0,264
Écart entre enseignants0,237 · 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
GenreMéthodes

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
Publié2025
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Résumé présentoui

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