Erosion-SAM: Semantic segmentation of soil erosion by water
Notice bibliographique
Résumé
• Fine-tuned SAM improves soil erosion segmentation accuracy over the original model. • Segmentation accuracy is highest in grassland compared to other land covers. • Prompt-based resizing enhances erosion detection across all land cover types. • Fine-tuned SAM provides high-quality training data for erosion prediction models. Soil erosion (SE) by water threatens global agriculture by depleting fertile topsoil and causing economic costs. Conventional SE models struggle to capture the complex, non-linear interactions between SE drivers. Recently, machine learning has gained attention for SE modeling. However, machine learning requires large data sets for effective training and validation. In this study, we present Erosion-SAM, which fine-tunes the Segment Anything Model (SAM) for automatic segmentation of water erosion features in high-resolution remote sensing imagery. The data set comprised 405 manually segmented agricultural fields from erosion-prone areas obtained from the rain gauge-adjusted radar rainfall data (RADOLAN) for bare cropland, vegetated cropland, and grassland. Three approaches were evaluated: two pre-processing techniques— resizing and cropping — and an improved version of the resizing approach with user-defined prompts during the testing phase. All fine-tuned models outperformed the original SAM, with the prompt-based resizing method showing the highest accuracy, especially for grassland (recall: 0.90, precision: 0.82, dice coefficient: 0.86, IoU: 0.75). SAM performed better than the cropping approach only on bare cropland. This discrepancy is attributed to the tendency of SAM to overestimate SE by classifying a large proportion of fields as eroded, which increases recall by covering most of the eroded pixels. All three fine-tuned approaches showed strong correlations with the actual SE severity ratios, with the prompt-enhanced resizing approach achieving the highest R 2 of 0.93. In summary, Erosion-SAM shows promising potential for automatically detecting SE features from remote sensing images. The generated data sets can be applied to machine learning-based SE modeling, providing accurate and consistent training data across different land cover types, and offering a reliable alternative to traditional SE models. In addition, erosion-SAM can make a valuable contribution to the precise monitoring of SE with high temporal resolution over large areas, and its results could benefit reinsurance and insurance-related risk solutions.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction distillée sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 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 tête enseignante, 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 ».