This paper introduces a new, highly consequential setting for the use of computer vision for environmental sustainability. Concentrated Animal Feeding Operations (CAFOs) (aka intensive livestock farms or "factory farms") produce significant manure and pollution. Dumping manure in the winter months poses significant environmental risks and violates environmental law in many states. Yet the federal Environmental Protection Agency (EPA) and state agencies have relied primarily on self-reporting to monitor such instances of "land application." Our paper makes four contributions. First, we introduce the environmental, policy, and agricultural setting of CAFOs and land application. Second, we provide a new dataset of high-cadence (daily to weekly) 3m/pixel satellite imagery from 2018-20 for 330 CAFOs in Wisconsin with hand labeled instances of land application (n=57,697). Third, we develop an object detection model to predict land application and a system to perform inference in near real-time. We show that this system effectively appears to detect land application (PR AUC = 0.93) and we uncover several outlier facilities which appear to apply regularly and excessively. Last, we estimate the population prevalence of land application events in Winter 2021/22. We show that the prevalence of land application is much higher than what is self-reported by facilities. The system can be used by environmental regulators and interest groups, one of which piloted field visits based on this system this past winter. Overall, our application demonstrates the potential for AI-based computer vision systems to solve major problems in environmental compliance with near-daily imagery.


翻译:本文介绍了使用计算机愿景实现环境可持续性的一个新的、高度相应背景。 集中的动物饲料作业( CAFO)( 集中的家畜农场或“ 养殖场 ” ) 产生了大量的粪肥和污染。 冬季几个月的倾倒粪肥造成了巨大的环境风险,在许多州违反了环境法。 然而联邦环境保护局(EPA)和州机构主要依靠自我报告来监测“ 土地应用” 的这类案例。 我们的文件做出了四大贡献。 首先,我们介绍了CAFO的环境、政策和农业设置和土地应用。 其次,我们提供了2018-20年(每天到每周)为330个CAFO提供了新的高密度( 每周) 3m/ pixel 卫星图像数据集。 最后,我们用手贴标签标明了土地应用实例(n=57,6977)。 第三,我们开发了一个物体探测模型来预测土地应用以及近实时进行推断的系统。 我们发现这个系统似乎有效地检测了基于土地应用(PR AUC= 0.93) 和我们发现了一些似乎经常和过度应用的外部设施的设施。 最后,我们估计了2021年应用中, 大规模应用系统的系统是用来显示过去环境应用的系统。 。

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