Climate change has increased the severity and frequency of weather disasters all around the world. Flood inundation mapping based on earth observation data can help in this context, by providing cheap and accurate maps depicting the area affected by a flood event to emergency-relief units in near-real-time. Building upon the recent development of the Sen1Floods11 dataset, which provides a limited amount of hand-labeled high-quality training data, this paper evaluates the potential of five traditional machine learning approaches such as gradient boosted decision trees, support vector machines or quadratic discriminant analysis. By performing a grid-search-based hyperparameter optimization on 23 feature spaces we can show that all considered classifiers are capable of outperforming the current state-of-the-art neural network-based approaches in terms of total IoU on their best-performing feature spaces. With total and mean IoU values of 0.8751 and 0.7031 compared to 0.70 and 0.5873 as the previous best-reported results, we show that a simple gradient boosting classifier can significantly improve over deep neural network based approaches, despite using less training data. Furthermore, an analysis of the regional distribution of the Sen1Floods11 dataset reveals a problem of spatial imbalance. We show that traditional machine learning models can learn this bias and argue that modified metric evaluations are required to counter artifacts due to spatial imbalance. Lastly, a qualitative analysis shows that this pixel-wise classifier provides highly-precise surface water classifications indicating that a good choice of a feature space and pixel-wise classification can generate high-quality flood maps using optical and SAR data. We make our code publicly available at: https://github.com/DFKI-Earth-And-Space-Applications/Flood_Mapping_Feature_Space_Importance


翻译:气候变化加剧了全球范围内天气灾害的严重程度与发生频率。基于对地观测数据的洪水淹没制图能在此背景下提供帮助,通过生成反映洪水事件影响区域的高精度低成本地图,并近乎实时地传递给应急响应单位。本文依托近期发展的Sen1Floods11数据集(该数据集提供有限的手工标注高质量训练数据),评估了五种传统机器学习方法的潜力,包括梯度提升决策树、支持向量机和二次判别分析。通过对23个特征空间进行基于网格搜索的超参数优化,我们证明所有被考察的分类器在其最优特征空间上,均能在总交并比指标上超越当前最先进的基于神经网络的洪水制图方法。本文取得的总IoU为0.8751、平均IoU为0.7031,相较此前最优报告结果(0.70和0.5873),表明即使使用更少的训练数据,简单的梯度提升分类器也能显著优于深度神经网络方法。此外,对Sen1Floods11数据集区域分布的分析揭示了空间不平衡问题。我们证明传统机器学习模型能学习这种偏差,并主张需采用修正后的度量评估来消除空间不平衡导致的伪影。最后,定性分析显示这种逐像素分类器能提供高精度的地表水体分类结果,表明合理选择特征空间与逐像素分类可基于光学和SAR数据生成高质量洪水制图。我们已将代码公开于:https://github.com/DFKI-Earth-And-Space-Applications/Flood_Mapping_Feature_Space_Importance

0
下载
关闭预览

相关内容

不可错过!《机器学习100讲》课程,UBC Mark Schmidt讲授
专知会员服务
76+阅读 · 2022年6月28日
专知会员服务
61+阅读 · 2020年3月19日
100+篇《自监督学习(Self-Supervised Learning)》论文最新合集
专知会员服务
167+阅读 · 2020年3月18日
VCIP 2022 Call for Demos
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年6月6日
征稿 | International Joint Conference on Knowledge Graphs (IJCKG)
开放知识图谱
2+阅读 · 2022年5月20日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
无监督元学习表示学习
CreateAMind
27+阅读 · 2019年1月4日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
vae 相关论文 表示学习 1
CreateAMind
12+阅读 · 2018年9月6日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2008年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
Arxiv
19+阅读 · 2022年7月29日
Arxiv
37+阅读 · 2021年8月2日
Arxiv
12+阅读 · 2021年6月29日
Arxiv
49+阅读 · 2021年5月9日
Arxiv
15+阅读 · 2020年12月17日
Arxiv
45+阅读 · 2019年12月20日
Arxiv
26+阅读 · 2018年2月27日
VIP会员
最新内容
AgentOps综述:智能体系统运维框架
专知会员服务
0+阅读 · 6月4日
《美陆军最新条令:兵力防护》
专知会员服务
3+阅读 · 6月4日
《人工智能的挑战:算法战的想象与现实》
专知会员服务
4+阅读 · 6月4日
首场人工智能战争:Maven如何重塑武装冲突
专知会员服务
4+阅读 · 6月4日
《通往人工通用智能之路上的均衡策略》
专知会员服务
7+阅读 · 6月3日
《Palantir的科技生态系统》
专知会员服务
17+阅读 · 6月2日
相关VIP内容
不可错过!《机器学习100讲》课程,UBC Mark Schmidt讲授
专知会员服务
76+阅读 · 2022年6月28日
专知会员服务
61+阅读 · 2020年3月19日
100+篇《自监督学习(Self-Supervised Learning)》论文最新合集
专知会员服务
167+阅读 · 2020年3月18日
相关资讯
VCIP 2022 Call for Demos
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年6月6日
征稿 | International Joint Conference on Knowledge Graphs (IJCKG)
开放知识图谱
2+阅读 · 2022年5月20日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
无监督元学习表示学习
CreateAMind
27+阅读 · 2019年1月4日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
vae 相关论文 表示学习 1
CreateAMind
12+阅读 · 2018年9月6日
相关论文
Arxiv
19+阅读 · 2022年7月29日
Arxiv
37+阅读 · 2021年8月2日
Arxiv
12+阅读 · 2021年6月29日
Arxiv
49+阅读 · 2021年5月9日
Arxiv
15+阅读 · 2020年12月17日
Arxiv
45+阅读 · 2019年12月20日
Arxiv
26+阅读 · 2018年2月27日
相关基金
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2008年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员