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:以地球观测数据为基础的洪水淹没绘图可以在这方面有所帮助,通过提供廉价和准确的地图,将受洪水事件影响的地区描述为近实时紧急救援单位。借助最近开发的Sen1Floods11数据集,该数据集提供了数量有限的手标高品质培训数据,本文评估了五个传统机器学习方法的潜力,如梯度提升决策树、支持矢量机器或二次对流分析。通过在23个地貌空间进行基于电网的超分数优化,我们可以显示所有被认为的分类者都有能力在目前最先进的神经网络方法上超越目前基于IOU的全局性功能空间。IOU的总和平均值为0.8751和0.70和0.873,而此前的最佳报告结果为0.70和0.5873,我们显示,简单的梯度推进可大大改进基于深度神经网络的超度参数优化方法,尽管使用较少的培训性价调数据,A可以显示所有被认为是最先进的神经网络的神经网络方法。</s>

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