Extreme natural disasters can have devastating effects on both urban and rural areas. In any disaster event, an initial response is the key to rescue within 72 hours and prompt recovery. During the initial stage of disaster response, it is important to quickly assess the damage over a wide area and identify priority areas. Among machine learning algorithms, deep anomaly detection is effective in detecting devastation features that are different from everyday features. In addition, explainable computer vision applications should justify the initial responses. In this paper, we propose an anomaly detection application utilizing deeper fully convolutional data descriptions (FCDDs), that enables the localization of devastation features and visualization of damage-marked heatmaps. More specifically, we show numerous training and test results for a dataset AIDER with the four disaster categories: collapsed buildings, traffic incidents, fires, and flooded areas. We also implement ablation studies of anomalous class imbalance and the data scale competing against the normal class. Our experiments provide results of high accuracies over 95% for F1. Furthermore, we found that the deeper FCDD with a VGG16 backbone consistently outperformed other baselines CNN27, ResNet101, and Inceptionv3. This study presents a new solution that offers a disaster anomaly detection application for initial responses with higher accuracy and devastation explainability, providing a novel contribution to the prompt disaster recovery problem in the research area of anomaly scene understanding. Finally, we discuss future works to improve more robust, explainable applications for effective initial responses.


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在数据挖掘中,异常检测(英语:anomaly detection)对不符合预期模式或数据集中其他项目的项目、事件或观测值的识别。通常异常项目会转变成银行欺诈、结构缺陷、医疗问题、文本错误等类型的问题。异常也被称为离群值、新奇、噪声、偏差和例外。 特别是在检测滥用与网络入侵时,有趣性对象往往不是罕见对象,但却是超出预料的突发活动。这种模式不遵循通常统计定义中把异常点看作是罕见对象,于是许多异常检测方法(特别是无监督的方法)将对此类数据失效,除非进行了合适的聚集。相反,聚类分析算法可能可以检测出这些模式形成的微聚类。 有三大类异常检测方法。[1] 在假设数据集中大多数实例都是正常的前提下,无监督异常检测方法能通过寻找与其他数据最不匹配的实例来检测出未标记测试数据的异常。监督式异常检测方法需要一个已经被标记“正常”与“异常”的数据集,并涉及到训练分类器(与许多其他的统计分类问题的关键区别是异常检测的内在不均衡性)。半监督式异常检测方法根据一个给定的正常训练数据集创建一个表示正常行为的模型,然后检测由学习模型生成的测试实例的可能性。
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