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Extracting Glacier Calving Fronts by Deep Learning: The Benefit of Multispectral, Topographic, and Textural Input Features

Loebel, Erik und Scheinert, Mirko und Horwarth, Martin und Heidler, Konrad und Christmann, Julia und Duc Phan, Long und Humbert, Angelika und Zhu, Xiao Xiang (2022) Extracting Glacier Calving Fronts by Deep Learning: The Benefit of Multispectral, Topographic, and Textural Input Features. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 60, Seite 4306112. IEEE - Institute of Electrical and Electronics Engineers. doi: 10.1109/TGRS.2022.3208454. ISSN 0196-2892.

Dieses Archiv kann nicht den Volltext zur Verfügung stellen.

Offizielle URL: https://ieeexplore.ieee.org/document/9896900

Kurzfassung

An accurate parameterization of glacier calving is essential for understanding glacier dynamics and constraining ice-sheet models. The increasing availability and quality of remote sensing imagery open the prospect of a continuous and precise mapping of relevant parameters, such as calving front locations. However, it also calls for automated and scalable analysis strategies. Deep neural networks provide powerful tools for processing large quantities of remote sensing data. In this contribution, we assess the benefit of diverse input data for calving front extraction. In particular, we focus on Landsat-8 imagery supplementing single-band inputs with multispectral data, topography, and textural information. We assess the benefit of these three datasets using a dropped-variable approach. The associated reference dataset comprises 728 manually delineated calving front positions of 23 Greenland and two Antarctic outlet glaciers from 2013 to 2021. Resulting feature importance emphasizes both the potential integrating additional input information as well as the significance of their thoughtful selection. We advocate utilizing multispectral features as their integration leads generally to more accurate predictions compared with conventional single-band inputs. This is especially prevalent for challenging ice mélange and illumination conditions. In contrast, the application of both textural and topographic inputs cannot be recommended without reservation, since they may lead to model overfitting. The results of this assessment are not only relevant for advancing automated calving front extraction but also for a wider range of glaciology-related land surface classification tasks using deep neural networks.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/192671/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Extracting Glacier Calving Fronts by Deep Learning: The Benefit of Multispectral, Topographic, and Textural Input Features
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Loebel, ErikTU DresdenNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Scheinert, MirkoTU DresdenNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Horwarth, MartinTU DresdenNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Heidler, KonradKonrad.Heidler (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Christmann, JuliaAlfred-Wegener-InstitutNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Duc Phan, LongAlfred-Wegener-InstitutNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Humbert, AngelikaAlfred Wegener Institute for Polar and Marine Research, Bremerhaven, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Zhu, Xiao Xiangxiao.zhu (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:September 2022
Erschienen in:IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:60
DOI:10.1109/TGRS.2022.3208454
Seitenbereich:Seite 4306112
Verlag:IEEE - Institute of Electrical and Electronics Engineers
ISSN:0196-2892
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Deep learning, feature importance, glacier front, Greenland, optical data
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HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Erdbeobachtung
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R EO - Erdbeobachtung
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Künstliche Intelligenz
Standort: Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Institut für Methodik der Fernerkundung > EO Data Science
Hinterlegt von: Haschberger, Dr.-Ing. Peter
Hinterlegt am:20 Dez 2022 09:42
Letzte Änderung:20 Dez 2022 09:42

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