利用监督机器学习绘制 RGB 图像中的河流。

Mariany Kerriany Gonçalves De Souza, Mayara Maezano Faita Pinheiro, Danielle Elis Garcia Furuya Garcia Furuya, Lucas Prado Osco, José Marcato Junior, Wesley Nunes Gonçalves, A. Ramos
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摘要

河流是维持生命和生态系统的关键资源,绘制河流地图对于保护和节约自然资源的环境研究具有重要意义。这项工作的目的是利用有监督的机器学习算法绘制 RGB 图像中的河流。案例研究在圣保罗 Pontal do Paranapanema 第 22 水资源管理单位区域进行,使用的是高空间分辨率(01 米)RGB 航空图像。所采用的方法包括数据准备,如标注图像中的河流特征,将图像和矢量化特征分为训练子集和测试子集;训练机器学习算法,如支持向量机(SVM)和随机森林(RF);使用定量指标验证结果,如 F1 分数;以及定性评估结果。在建议的任务中,SVM 算法显示出最佳的整体性能(平均 F1 分数超过 90%)。不过,RF 算法在处理 RGB 图像的复杂区域时表现突出,出现的假阴性较少。这种方法能够绘制大规模 RGB 图像中的河流,对环境影响分析等研究有重要帮助。
本文章由计算机程序翻译,如有差异,请以英文原文为准。
MAPEAMENTO DE RIOS EM IMAGENS RGB COM APRENDIZAGEM DE MÁQUINA SUPERVISIONADA.
O mapeamento de rios possui elevada importância para estudos ambientais no que tange a proteção e conservação de recursos naturais, além de ser um recurso chave para manutenção da vida e do ecossistema. O objetivo desse trabalho consistiu em mapear rios em imagens RGB com algoritmos de aprendizagem de máquina supervisionados. O estudo de caso foi conduzido na região da 22ª Unidade de Gerenciamento de Recursos Hídricos do Pontal do Paranapanema - São Paulo usando imagens aéreas RGB de alta resolução espacial (01 metro). O método aplicado compreende a preparação dos dados, como a anotação das feições de rios nas imagens e divisão das imagens e das feições vetorizadas em subconjuntos de treinamento e teste; treinamento dos algoritmos de aprendizagem de máquina, como o Support Vector Machine (SVM) e o Random Forest (RF); validação dos resultados usando métricas quantitativas, como F1-score; e avaliação qualitativa dos resultados. O algoritmo SVM mostrou melhor desempenho geral (F1-Score média superior a 90%) na tarefa proposta. Todavia, o RF se destacou ao lidar com regiões complexas das imagens RGB, apresentando menos falsos-negativos. A abordagem trazida é capaz de mapear rios em imagens RGB em grande escala, sendo importante para auxiliar estudos como análise de impacto ambiental.
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