Phenotyping urban built and natural environments with high-resolution satellite images and unsupervised deep learning
Notice bibliographique
Résumé
Cities in the developing world are expanding rapidly, and undergoing changes to their roads, buildings, vegetation, and other land use characteristics. Timely data are needed to ensure that urban change enhances health, wellbeing and sustainability. We present and evaluate a novel unsupervised deep clustering method to classify and characterise the complex and multidimensional built and natural environments of cities into interpretable clusters using high-resolution satellite images. We applied our approach to a high-resolution (0.3 m/pixel) satellite image of Accra, Ghana, one of the fastest growing cities in sub-Saharan Africa, and contextualised the results with demographic and environmental data that were not used for clustering. We show that clusters obtained solely from images capture distinct interpretable phenotypes of the urban natural (vegetation and water) and built (building count, size, density, and orientation; length and arrangement of roads) environment, and population, either as a unique defining characteristic (e.g., bodies of water or dense vegetation) or in combination (e.g., buildings surrounded by vegetation or sparsely populated areas intermixed with roads). Clusters that were based on a single defining characteristic were robust to the spatial scale of analysis and the choice of cluster number, whereas those based on a combination of characteristics changed based on scale and number of clusters. The results demonstrate that satellite data and unsupervised deep learning provide a cost-effective, interpretable and scalable approach for real-time tracking of sustainable urban development, especially where traditional environmental and demographic data are limited and infrequent.
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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 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| 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 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 ».