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Enregistrement W4416746008 · doi:10.1016/j.geomat.2025.100088

Machine and deep learning methods for satellite-derived bathymetric mapping in Canadian coastal waters

2025· article· en· W4416746008 sur OpenAlexafffundvenueabout
Chifuniro Ngalande, Costas Armenakis

Notice bibliographique

RevueGEOMATICA · 2025
Typearticle
Langueen
DomaineEnvironmental Science
ThématiqueRemote Sensing and LiDAR Applications
Établissements canadiensYork University
Organismes subventionnairesNatural Sciences and Engineering Research Council of CanadaYork UniversityEuropean Space Agency
Mots-clésBathymetryShoreDeep waterTransferabilityDeep learningWaves and shallow waterRange (aeronautics)

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

The performance of machine and deep learning (ML/DL) classification models is evaluated for depth range mapping in shallow freshwater and saltwater coastal environments in Canada using satellite-derived bathymetry (SDB). The models were trained on data from several Canadian sites, and their transferability was tested on geographically distinct, unseen sites. When compared to depth ranges derived from empirical and physics methods, the DL models, including U-Net, SegNet, and DeepLabv3+ achieved more than twice the F1 scores of in saltwater and freshwater environments, such as Graham Island and Athol, with more modest improvements observed in mixed or complex water types, such as Rimouski. From the class-wise scores, ML/DL models can moderately predict depth ranges up to 8 m in freshwater due to greater water transparency, and up to 3 m depth ranges in saltwater, where suspended sediments limit light penetration. Traditional methods struggled to derived water depth classes in deeper and turbid waters but performed similarly to the machine learning Random Forest classifier model in both environments. In addition to the classification performance metrics (precision, recall, F1), visual assessment of the predicted bathymetric maps showed that DL models captured shoreline features, water depth gradients, and seafloor morphology more accurately, especially in shallow waters. In general, the ML/DL models faced challenges in unseen geographic domains in the 2-8 m water depth classes. Overall, this study highlights the potential of machine learning and deep learning over traditional methods while also emphasizing the need for diverse training data improvements in model transferability. • Satellite-derived bathymetry (SDB) modelling is a relatively novel technique for surveying shallow coastal zones. It involves passive remote sensing techniques to estimate water depth from satellite imagery. According to our literature research, there is ongoing research in SDB using data-driven models in tropical and subtropical regions; however, there is limited work in higher-latitude regions beyond a latitude of 35°. • This study evaluates the performance of machine and deep learning (ML/DL) models for satellite-derived bathymetry (SDB) compared to traditional empirical and physics-based methods in high-latitude freshwater and saltwater coastal environments in Canada. • DL models, including U-Net, SegNet, and DeepLabv3+, achieved approximately twice the F1 scores of traditional methods. • The depth results met the Zones of Confidence (ZOC) categories, CATZOC C and CATZOC D, of the International Hydrographic Organization (IHO) depth accuracy standards. • Overall, this study highlights the advantages of machine learning and deep learning over traditional methods while identifying challenges in model generalization and data diversity.

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)0,002
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: aucune
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,169
Score d'incertitude au seuil0,340

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0010,002
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0000,001
Bibliométrie0,0020,002
Études des sciences et des technologies0,0010,000
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 Opus0,009
Tête enseignante GPT0,269
Écart entre enseignants0,261 · 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

Citations0
Publié2025
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