我们介绍并评估了一种弱监督的方法,以基于远程感知的数据和接近零的人类相互作用来量化城市森林的时空分布。成功训练语义细分的机器学习模型通常取决于高质量标签的可用性。我们评估高分辨率,三维点云数据(LIDAR)作为嘈杂标签的来源的好处,以便训练模型以在正吞原中的定位。作为概念证明,我们感觉到桑迪飓风对纽约市康尼岛(NYC)的城市森林的影响,并将其引用到纽约布鲁克林的影响较小的城市空间。
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2D和3D建筑图提供了宝贵的信息,以了解人类活动及其对地球及其环境的影响。尽管为提高建筑地图的质量而做出了巨大努力,但自动化方法产生的当前大规模建筑地图仍存在许多错误和不确定性,并且通常仅限于提供2D建筑信息。这项研究提出了一种开源无监督的2D和3D建筑物提取算法,并带有适用于大型建筑物映射的机载LIDAR数据。我们的算法以完全无监督的方式运行,不需要任何培训标签或培训程序。我们的算法由形态过滤和基于平面的过滤组成。因此,计算是有效的,结果易于预测,这可以大大减少所得建筑图中的不确定性。丹佛和纽约市的大规模数据集(> 550 $ km^2 $)的定量和定性评估表明,我们的算法比通过基于深度学习的方法生成的Microsoft Building Footprints可以产生更准确的建筑图。在不同条件下进行的广泛评估证实,我们的算法是可扩展的,可以通过适当的参数选择进一步改进。我们还详细介绍了参数和潜在错误来源的影响,以帮助我们算法的潜在用户。我们的基于激光雷达的算法具有优势,即生成2D和3D构建图在计算上有效,而它产生了准确且可解释的结果。我们提出的算法为带有机载激光雷达数据的全球尺度2D和3D建筑物映射提供了巨大的潜力。
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这项研究介绍了\ textit {landslide4sense},这是一种从遥感中检测到滑坡检测的参考基准。该存储库具有3,799个图像贴片,可从Sentinel-2传感器中融合光学层,并带有数字高程模型和来自ALOS Palsar的斜率层。附加的地形信息促进了对滑坡边界的准确检测,而最近的研究表明,仅使用光学数据,这是具有挑战性的。广泛的数据集支持在滑坡检测中进行深度学习(DL)研究,以及用于系统更新滑坡库存的方法的开发和验证。基准数据集已在四个不同的时间和地理位置收集:伊伯里(2018年9月),科达古(2018年8月),戈尔卡(2015年4月)和台湾(2009年8月)。每个图像像素均标记为属于滑坡,包括各种来源和彻底的手动注释。然后,我们评估11个最先进的DL分割模型的滑坡检测性能:U-NET,RESU-NET,PSPNET,CONTECTNET,DEEPLAB-V2,DEEPLAB-V3+,FCN-8,LINKNET,FRRRN-A,FRRN-A,, FRRN-B和SQNET。所有型号均已从划痕上对每个研究区域的四分之一的补丁进行培训,并在其他三个季度的独立贴片上进行了测试。我们的实验表明,Resu-NET的表现优于其他模型,用于滑坡检测任务。我们在\ url {www.landslide4sense.org}公开获得多种源滑坡基准数据(Landslide4sense)和经过测试的DL模型,为遥感,计算机视觉和机器学习社区建立了重要的资源通常,尤其是对滑坡检测的应用。
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可再生能源的快速开发,尤其是太阳能光伏(PV),对于缓解气候变化至关重要。结果,印度设定了雄心勃勃的目标,可以在2030年之前安装500吉瓦的太阳能容量。鉴于预计大量的足迹可以满足可再生能源能源目标,因此对环境价值的土地利用冲突的潜力很高。为了加快太阳能的发展,土地使用计划者将需要访问PV基础设施的最新,准确的地理空间信息。在这项工作中,我们开发了一种露骨的机器学习模型,以使用自由使用的卫星图像绘制印度的公用事业规模的太阳能项目,平均准确性为92%。我们的模型预测得到了人类专家的验证,以获取1363个太阳能光伏农场的数据集。使用此数据集,我们测量了整个印度的太阳足迹,并量化了与PV基础设施发展相关的土地盖修改程度。我们的分析表明,印度超过74%的太阳能发展是建立在具有自然生态系统保护或农业价值的陆生类型上的。
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我们介绍了一种新颖的深度学习方法,用于使用高分辨率的多光谱空中图像在城市环境中检测单个树木。我们使用卷积神经网络来回归一个置信图,指示单个树的位置,该位置是使用峰查找算法本地化的。我们的方法通过检测公共和私人空间中的树木来提供完整的空间覆盖范围,并可以扩展到很大的区域。在我们的研究区域,跨越南加州的五个城市,我们的F评分为0.735,RMSE为2.157 m。我们使用我们的方法在加利福尼亚城市森林中生产所有树木的地图,这表明我们有可能在前所未有的尺度上支持未来的城市林业研究。
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Information on urban tree canopies is fundamental to mitigating climate change [1] as well as improving quality of life [2]. Urban tree planting initiatives face a lack of up-to-date data about the horizontal and vertical dimensions of the tree canopy in cities. We present a pipeline that utilizes LiDAR data as ground-truth and then trains a multi-task machine learning model to generate reliable estimates of tree cover and canopy height in urban areas using multi-source multi-spectral satellite imagery for the case study of Chicago.
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用于卫星图像分析的计算机视觉算法的创新可以使我们能够在行星层面探索全球挑战,例如城市化和土地利用变化。但是,当试图复制将这些分析推向新领域的模型时,尤其是在发展中国家的模型时,域转移问题是一个普遍的情况。如果模型是通过一个位置的图像和标签训练的,则通常不会很好地概括到图像和数据分布不同的新位置。在这项工作中,我们考虑了我们有一个大型卫星图像场景的设置,我们希望在该场景上解决一个应用问题 - 构建足迹细分。在这里,我们不一定需要担心创建一个概括过我们场景边界的模型,而是可以训练本地模型。我们表明,使用非常高分辨率(0.5m/px)卫星图像解决建筑细分问题需要的标签很少。我们只有527个稀疏多边形注释(相当于1500 x 1500名被标记的像素)训练的最佳型号,召回了0.87的持有足迹,R2的r2为0.93视窗。我们将模型应用于约旦安曼(Amman)的高分辨率图像中,在一项有关城市变化检测的案例研究中。
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深度学习模式和地球观察的协同组合承诺支持可持续发展目标(SDGS)。新的发展和夸张的申请已经在改变人类将面临生活星球挑战的方式。本文审查了当前对地球观测数据的最深入学习方法,以及其在地球观测中深度学习的快速发展受到影响和实现最严重的SDG的应用。我们系统地审查案例研究至1)实现零饥饿,2)可持续城市,3)提供保管安全,4)减轻和适应气候变化,5)保留生物多样性。关注重要的社会,经济和环境影响。提前令人兴奋的时期即将到来,算法和地球数据可以帮助我们努力解决气候危机并支持更可持续发展的地方。
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In this paper, we address the challenge of land use and land cover classification using Sentinel-2 satellite images. The Sentinel-2 satellite images are openly and freely accessible provided in the Earth observation program Copernicus. We present a novel dataset based on Sentinel-2 satellite images covering 13 spectral bands and consisting out of 10 classes with in total 27,000 labeled and geo-referenced images. We provide benchmarks for this novel dataset with its spectral bands using state-of-the-art deep Convolutional Neural Network (CNNs). With the proposed novel dataset, we achieved an overall classification accuracy of 98.57%. The resulting classification system opens a gate towards a number of Earth observation applications. We demonstrate how this classification system can be used for detecting land use and land cover changes and how it can assist in improving geographical maps. The geo-referenced dataset EuroSAT is made publicly available at https://github.com/phelber/eurosat.
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Corals are the primary habitat-building life-form on reefs that support a quarter of the species in the ocean. A coral reef ecosystem usually consists of reefs, each of which is like a tall building in any city. These reef-building corals secrete hard calcareous exoskeletons that give them structural rigidity, and are also a prerequisite for our accurate 3D modeling and semantic mapping using advanced photogrammetric computer vision and machine learning. Underwater videography as a modern underwater remote sensing tool is a high-resolution coral habitat survey and mapping technique. In this paper, detailed 3D mesh models, digital surface models and orthophotos of the coral habitat are generated from the collected coral images and underwater control points. Meanwhile, a novel pixel-wise semantic segmentation approach of orthophotos is performed by advanced deep learning. Finally, the semantic map is mapped into 3D space. For the first time, 3D fine-grained semantic modeling and rugosity evaluation of coral reefs have been completed at millimeter (mm) accuracy. This provides a new and powerful method for understanding the processes and characteristics of coral reef change at high spatial and temporal resolution under climate change.
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集中的动物饲养业务(CAFOS)对空气,水和公共卫生构成严重风险,但已被证明挑战规范。美国政府问责办公室注意到基本挑战是缺乏关于咖啡馆的全面的位置信息。我们使用美国农业部的国家农产病程(Naip)1M / Pixel Acial Imagerery来检测美国大陆的家禽咖啡馆。我们培养卷积神经网络(CNN)模型来识别单个家禽谷仓,并将最佳表现模型应用于超过42 TB的图像,以创建家禽咖啡座的第一个国家开源数据集。我们验证了来自加利福尼亚州的10个手标县的家禽咖啡馆设施的模型预测,并证明这种方法具有填补环境监测中差距的显着潜力。
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Transfer Learning methods are widely used in satellite image segmentation problems and improve performance upon classical supervised learning methods. In this study, we present a semantic segmentation method that allows us to make land cover maps by using transfer learning methods. We compare models trained in low-resolution images with insufficient data for the targeted region or zoom level. In order to boost performance on target data we experiment with models trained with unsupervised, semi-supervised and supervised transfer learning approaches, including satellite images from public datasets and other unlabeled sources. According to experimental results, transfer learning improves segmentation performance 3.4% MIoU (Mean Intersection over Union) in rural regions and 12.9% MIoU in urban regions. We observed that transfer learning is more effective when two datasets share a comparable zoom level and are labeled with identical rules; otherwise, semi-supervised learning is more effective by using the data as unlabeled. In addition, experiments showed that HRNet outperformed building segmentation approaches in multi-class segmentation.
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滑坡在陡峭的斜坡上具有破坏性和反复发生的自然灾害,并代表了生命和财产的风险。了解遗物滑坡的位置对于了解其机制,更新库存图并改善风险评估至关重要。但是,在覆盖着雨林植被的热带地区,遗物滑坡映射很复杂。提出了一种新的CNN方法,用于半自动检测遗物滑坡,该检测使用由K均值聚类算法生成的数据集并具有预训练步骤。在预训练中计算的权重用于微调CNN训练过程。使用CBERS-4A WPM图像进行了建议和标准方法之间的比较。使用三个用于语义分割的CNN(U-NET,FPN,Linknet)带有两个增强数据集。总共测试了42种CNN组合。在测试的组合之间,精度和回忆的值非常相似。每种组合的召回率都高于75 \%,但是精度值通常小于20 \%。假阳性(FP)样品被称为这些低精度值的原因。提出的方法的预测更准确,正确检测到更多的滑坡。这项工作表明,在被雨林覆盖的区域发现遗物滑坡存在局限性,这主要与牧场的光谱响应与与\ textit {gleichenella sp。}蕨类植物的森林砍伐区域之间的相似性有关,通常用作lands斑scars的指示。
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该卷包含来自机器学习挑战的选定贡献“发现玛雅人的奥秘”,该挑战在欧洲机器学习和数据库中知识发现的欧洲挑战赛曲目(ECML PKDD 2021)中提出。遥感大大加速了古代玛雅人森林地区的传统考古景观调查。典型的探索和发现尝试,除了关注整个古老的城市外,还集中在单个建筑物和结构上。最近,已经成功地尝试了使用机器学习来识别古代玛雅人定居点。这些尝试虽然相关,但却集中在狭窄的区域上,并依靠高质量的空中激光扫描(ALS)数据,该数据仅涵盖古代玛雅人曾经定居的地区的一小部分。另一方面,由欧洲航天局(ESA)哨兵任务制作的卫星图像数据很丰富,更重要的是公开。旨在通过执行不同类型的卫星图像(Sentinel-1和Sentinel-2和ALS)的集成图像细分来定位和识别古老的Maya架构(建筑物,Aguadas和平台)的“发现和识别古代玛雅体系结构(建筑物,Aguadas和平台)的挑战的“发现和识别古老的玛雅体系结构(建筑物,阿吉达斯和平台)的“发现玛雅的奥秘”的挑战, (LIDAR)数据。
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Cashews are grown by over 3 million smallholders in more than 40 countries worldwide as a principal source of income. As the third largest cashew producer in Africa, Benin has nearly 200,000 smallholder cashew growers contributing 15% of the country's national export earnings. However, a lack of information on where and how cashew trees grow across the country hinders decision-making that could support increased cashew production and poverty alleviation. By leveraging 2.4-m Planet Basemaps and 0.5-m aerial imagery, newly developed deep learning algorithms, and large-scale ground truth datasets, we successfully produced the first national map of cashew in Benin and characterized the expansion of cashew plantations between 2015 and 2021. In particular, we developed a SpatioTemporal Classification with Attention (STCA) model to map the distribution of cashew plantations, which can fully capture texture information from discriminative time steps during a growing season. We further developed a Clustering Augmented Self-supervised Temporal Classification (CASTC) model to distinguish high-density versus low-density cashew plantations by automatic feature extraction and optimized clustering. Results show that the STCA model has an overall accuracy of 80% and the CASTC model achieved an overall accuracy of 77.9%. We found that the cashew area in Benin has doubled from 2015 to 2021 with 60% of new plantation development coming from cropland or fallow land, while encroachment of cashew plantations into protected areas has increased by 70%. Only half of cashew plantations were high-density in 2021, suggesting high potential for intensification. Our study illustrates the power of combining high-resolution remote sensing imagery and state-of-the-art deep learning algorithms to better understand tree crops in the heterogeneous smallholder landscape.
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小型太阳能光伏(PV)阵列中电网的有效集成计划需要访问高质量的数据:单个太阳能PV阵列的位置和功率容量。不幸的是,不存在小型太阳能光伏的国家数据库。那些确实有限的空间分辨率,通常汇总到州或国家一级。尽管已经发布了几种有希望的太阳能光伏检测方法,但根据研究,研究这些模型的性能通常是高度异质的。这些方法对能源评估的实际应用的比较变得具有挑战性,可能意味着报告的绩效评估过于乐观。异质性有多种形式,我们在这项工作中探讨了每种形式:空间聚集的水平,地面真理的验证,培训和验证数据集的不一致以及培训的位置和传感器的多样性程度和验证数据始发。对于每个人,我们都会讨论文献中的新兴实践,以解决它们或暗示未来研究的方向。作为调查的一部分,我们评估了两个大区域的太阳PV识别性能。我们的发现表明,由于验证过程中的共同局限性,从卫星图像对太阳PV自动识别的传统绩效评估可能是乐观的。这项工作的收获旨在为能源研究人员和专业人员提供自动太阳能光伏评估技术的大规模实用应用。
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对联合国可持续发展目标的进展(SDGS)因关键环境和社会经济指标缺乏数据而受到阻碍,其中历史上有稀疏时间和空间覆盖率的地面调查。机器学习的最新进展使得可以利用丰富,频繁更新和全球可用的数据,例如卫星或社交媒体,以向SDGS提供洞察力。尽管有希望的早期结果,但到目前为止使用此类SDG测量数据的方法在很大程度上在不同的数据集或使用不一致的评估指标上进行了评估,使得难以理解的性能是改善,并且额外研究将是最丰富的。此外,处理卫星和地面调查数据需要域知识,其中许多机器学习群落缺乏。在本文中,我们介绍了3个SDG的3个基准任务的集合,包括与经济发展,农业,健康,教育,水和卫生,气候行动和陆地生命相关的任务。 15个任务中的11个数据集首次公开发布。我们为Acceptandbench的目标是(1)降低机器学习界的进入的障碍,以促进衡量和实现SDGS; (2)提供标准基准,用于评估各种SDG的任务的机器学习模型; (3)鼓励开发新颖的机器学习方法,改进的模型性能促进了对SDG的进展。
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尽管深度神经网络在各个领域中受到欢迎,但从机载激光扫描(ALS)点云中提取数字地形模型(DTM)仍然具有挑战性。这可能是由于缺乏专用的大规模注释数据集以及点云和DTMS之间的数据结构差异。为了促进数据驱动的DTM提取,本文从开源的ALS点云和相应的DTM中收集了带有各种城市,森林和山区场景的相应DTM。提出了一种基线方法,作为第一次尝试通过栅格化技术(即涂层的深层)从ALS点云中直接从ALS点云中提取数字地形模型的尝试。进行了良好的方法进行广泛的研究,以基准数据集对数据集进行基准测试,并分析学习从点云中提取DTM的挑战。实验结果显示了不可知论数据驱动的方法的兴趣,与为DTM提取设计的方法相比,次级误差级别。数据和源代码可在https://lhoangan.github.io/deepterra/上提供可重复性和进一步的类似研究。
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高分辨率卫星图像可以为土地覆盖分类提供丰富的详细空间信息,这对于研究复杂的建筑环境尤为重要。但是,由于覆盖范围复杂的覆盖模式,昂贵的训练样品收集以及卫星图像的严重分布变化,很少有研究应用高分辨率图像来大规模详细类别的覆盖地图。为了填补这一空白,我们提出了一个大规模的土地盖数据集,即五亿像素。它包含超过50亿个标记的像素,这些像素由150个高分辨率Gaofen-2(4 M)卫星图像,在24类系统中注释,涵盖人工结构,农业和自然阶层。此外,我们提出了一种基于深度学习的无监督域适应方法,该方法可以转移在标记的数据集(称为源域)上训练的分类模型,以获取大型土地覆盖映射的无标记数据(称为目标域) 。具体而言,我们采用动态伪标签分配和班级平衡策略来介绍一个端到端的暹罗网络,以执行自适应领域联合学习。为了验证我们的数据集的普遍性以及在不同的传感器和不同地理区域中提出的方法,我们对中国的五个大城市和其他五个亚洲国家的五个城市进行了土地覆盖地图,以下情况下使用:Planetscope(3 m),Gaofen-1,Gaofen-1 (8 m)和Sentinel-2(10 m)卫星图像。在总研究区域为60,000平方公里,即使输入图像完全未标记,实验也显示出令人鼓舞的结果。拟议的方法接受了5亿像素数据集的培训,可实现在整个中国和其他亚洲国家的高质量和详细的土地覆盖地图。
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With the rise in high resolution remote sensing technologies there has been an explosion in the amount of data available for forest monitoring, and an accompanying growth in artificial intelligence applications to automatically derive forest properties of interest from these datasets. Many studies use their own data at small spatio-temporal scales, and demonstrate an application of an existing or adapted data science method for a particular task. This approach often involves intensive and time-consuming data collection and processing, but generates results restricted to specific ecosystems and sensor types. There is a lack of widespread acknowledgement of how the types and structures of data used affects performance and accuracy of analysis algorithms. To accelerate progress in the field more efficiently, benchmarking datasets upon which methods can be tested and compared are sorely needed. Here, we discuss how lack of standardisation impacts confidence in estimation of key forest properties, and how considerations of data collection need to be accounted for in assessing method performance. We present pragmatic requirements and considerations for the creation of rigorous, useful benchmarking datasets for forest monitoring applications, and discuss how tools from modern data science can improve use of existing data. We list a set of example large-scale datasets that could contribute to benchmarking, and present a vision for how community-driven, representative benchmarking initiatives could benefit the field.
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