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Data-Driven Wildfire Spread Modeling of European Wildfires Using a Spatiotemporal Graph Neural Network

Rösch, Moritz und Nolde, Michael und Ullmann, Tobias und Riedlinger, Torsten (2024) Data-Driven Wildfire Spread Modeling of European Wildfires Using a Spatiotemporal Graph Neural Network. Fire, 7 (6), Seiten 1-26. Multidisciplinary Digital Publishing Institute (MDPI). doi: 10.3390/fire7060207. ISSN 2571-6255.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
8MB

Offizielle URL: https://www.mdpi.com/2571-6255/7/6/207

Kurzfassung

Wildfire spread models are an essential tool for mitigating catastrophic effects associated with wildfires. However, current operational models suffer from significant limitations regarding accuracy and transferability. Recent advances in the availability and capability of Earth observation data and artificial intelligence offer new perspectives for data-driven modeling approaches with the potential to overcome the existing limitations. Therefore, this study developed a data-driven Deep Learning wildfire spread modeling approach based on a comprehensive dataset of European wildfires and a Spatiotemporal Graph Neural Network, which was applied to this modeling problem for the first time. A country-scale model was developed on an individual wildfire time series in Portugal while a second continental-scale model was developed with wildfires from the entire Mediterranean region. While neither model was able to predict the daily spread of European wildfires with sufficient accuracy (weighted macro-mean IoU: Portugal model 0.37; Mediterranean model 0.36), the continental model was able to learn the generalized patterns of wildfire spread, achieving similar performances in various fire-prone Mediterranean countries, indicating an increased capacity in terms of transferability. Furthermore, we found that the spatial and temporal dimensions of wildfires significantly influence model performance. Inadequate reference data quality most likely contributed to the low overall performances, highlighting the current limitations of data-driven wildfire spread models.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/205088/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Data-Driven Wildfire Spread Modeling of European Wildfires Using a Spatiotemporal Graph Neural Network
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Rösch, Moritzmoritz.roesch (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Nolde, MichaelMichael.Nolde (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-6981-9730NICHT SPEZIFIZIERT
Ullmann, Tobiastobias.ullmann (at) uni-wuerzburg.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Riedlinger, TorstenTorsten.Riedlinger (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:19 Juni 2024
Erschienen in:Fire
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Ja
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:7
DOI:10.3390/fire7060207
Seitenbereich:Seiten 1-26
Verlag:Multidisciplinary Digital Publishing Institute (MDPI)
ISSN:2571-6255
Status:veröffentlicht
Stichwörter:wildfire spread, deep learning, remote sensing, time series, graph-based modeling, mediterranean
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HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Erdbeobachtung
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Standort: Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Deutsches Fernerkundungsdatenzentrum > Georisiken und zivile Sicherheit
Hinterlegt von: Rösch, Moritz
Hinterlegt am:22 Jul 2024 11:36
Letzte Änderung:23 Jul 2024 09:47

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