Advancing Intelligent Interpretation of Remote Sensing Imagery for Disaster-related Applications Using Deep Learning with Limited Labels
Notice bibliographique
Résumé
In recent years, the frequency and intensity of natural disasters have increased significantly due to global climate change. Remote sensing (RS) combined with cutting-edge artificial intelligence (AI) techniques, such as deep learning (DL), has been proven effective in rapidly acquiring ground information in disaster-related applications. However, the lack of annotated data limits the usability of DL in disaster scenarios. This thesis investigates the utilization of the latest DL algorithms based on limited labels for RS-based disaster tasks using high-resolution optical images, aiming to enhance the applicability of DL in real-world scenarios.\nFirstly, given the advancements of semi-supervised learning (SSL) algorithms that leverage a mass of unlabeled data, a consistency regularization (CR)-based SSL framework is developed for RS image semantic segmentation. Encouragingly, based on five datasets with diverse tasks, e.g., road extraction, building detection, and land cover classification, the proposed SSL method using only 5% labeled data achieves a relative accuracy ratio over 89% compared to the fully supervised learning method using 100% labeled samples.\nSecondly, to extract floodwater rapidly and accurately in urban areas with dense shadows, a modified fully convolutional network model is designed and integrated with a novel SSL framework incorporating CR, RandMix, and test-time augmentation techniques. Experiments on aerial images of the 2013 Calgary flood demonstrate that the presented method achieves an impressive F1-score of 96.34% for flood mapping, utilizing only 4.47% of the total labeled data.\nThirdly, to meet the urgent need for timely and accurate building damage assessment, a novel SSL framework is proposed, combining multitask semantic segmentation with a perturbed dual mean teachers’ scheme. Experiments on three datasets indicate that even with a small fraction of labeled samples (e.g., 5%), the proposed method can generate meaningful results for building damage assessment, offering a potential solution for timely disaster response in emergencies.\nLastly, this thesis presents an operational workflow for rapid urban flood mapping, including a novel weak training data generation strategy and an end-to-end weakly supervised learning (WSL) framework with structure constraints and cross self-distillation. The proposed workflow better balances timeliness and accuracy in flood mapping, exhibiting promising operability in response to urban floodings.
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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 | 0,001 | 0,002 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,002 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,001 |
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.
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 ».