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Enregistrement W7051291164

Operational Sea-Ice Classification of Dual Polarized SAR Imagery

2023· dissertation· en· W7051291164 sur OpenAlexaboutno aff

Notice bibliographique

RevueUWSpace (University of Waterloo) · 2023
Typedissertation
Langueen
DomainePhysics and Astronomy
ThématiqueParticle Detector Development and Performance
Établissements canadiensnon disponible
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésSea iceSynthetic aperture radarSegmentationConvolutional neural networkImage segmentationPoolingRadar imagingSatellite imagery
DOInon disponible

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Mapping sea ice in polar regions is crucial for research and operational applications, such as environmental modeling and ship navigation. Synthetic aperture radar (SAR) offers a dependable and efficient means of monitoring sea ice under various weather conditions and operational scenarios. Presently, national ice services, such as the Canadian Ice Service (CIS), rely on experienced ice analysts to manually interpret SAR imagery and generate ice charts. Although these charts have been in use for decades, they possess several shortcomings. Manual interpretation necessitates significant expert resources and introduces human bias, and the charts only provide a region-based approximation of ice conditions. Consequently, automated sea-ice classification systems are highly desirable, aiming to accurately label each pixel in SAR imagery with the corresponding sea-ice type.
\n
\nAddressing the challenges in sea ice classification, such as intra- and inter-class variance, has proven difficult for single-model-based systems due to the limited spatial and contextual information captured. This thesis introduces sea ice classification methods comprising two primary stages: unsupervised segmentation to generate homogeneous regions, and labeling to assign each homogeneous region an appropriate label.
\n
\nTwo innovative methods that directly combine segmentation and labeling for automated sea ice classification are presented. Firstly, a convolutional neural network (CNN) based approach, inspired by the rapid advancements in deep-learning architectures, is developed to differentiate between sea ice and open water. A regional pooling layer is introduced to harness the spatial features learned through labeling and the contextual information extracted via segmentation. Since CNN models necessitate extensive labeled samples, which are scarce for various ice types, a random-forest-based method trained on limited labeled samples is formulated. Texture features are initially extracted from each pixel and then combined with an energy function to assign pixel-level labels of sea ice types to homogeneous regions.
\n
\nAcknowledging the limitations of direct integration, including the need for extensive labeled training samples and the inherent issue of CNN's limited receptive field, a semi-supervised graph convolutional network (GCN) based method is proposed for operational sea ice classification. A CNN is initially employed to extract features from each node generated by segmentation, followed by the construction of a graph based on the feature vector and the statistical relation between nodes. Lastly, a GCN is designed to propagate local spatial and contextual information to the global level, facilitating the classification of unlabeled nodes in the graph. As a semi-supervised method, the proposed network requires labeled samples from the processing scene as initiating nodes. In comparison to fully-supervised methods, the GCN-based approach substantially reduces misclassifications of sea ice types due to the absence of prior knowledge.
\n
\nThe classification outcomes reveal that the proposed methods demonstrate promising performance in their respective categories and surpass other state-of-the-art sea-ice classification methods in terms of both numerical accuracy and visual interpretation. Furthermore, the GCN-based method incorporates human supervision to enhance the quality of the produced sea-ice maps, which exhibit high consistency with ice charts released by ice analysts.

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 distillée sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni 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.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,000
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,000
Version: codex-gemma-dda1882f352aStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Observationnel · Signal consensuel: aucune
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,638
Score d'incertitude au seuil0,996

Scores Codex et Gemma par catégorie

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0000,000
Bibliométrie0,0000,000
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0000,000
Science ouverte0,0000,000
Intégrité de la recherche0,0000,000
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 Opus0,015
Tête enseignante GPT0,220
Écart entre enseignants0,205 · 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 tête enseignante, pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeObservationnel
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
Publié2023
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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