A Multiscale Vision Transformer-Based Multimodal GeoAI Model for Mapping Arctic Permafrost Thaw

永久冻土 北极的 比例(比率) 遥感 计算机科学 变压器 环境科学 地质学 地图学 海洋学 地理 工程类 电气工程 电压
作者
Wenwen Li,Chia-Yu Hsu,Sizhe Wang,Zhining Gu,Yili Yang,Brendan M. Rogers,Anna Liljedahl
出处
期刊:IEEE Journal of Selected Topics in Applied Earth Observations and Remote Sensing [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:18: 12209-12223 被引量:3
标识
DOI:10.1109/jstars.2025.3564310
摘要

Retrogressive Thaw Slumps (RTS) in Arctic regions are distinct permafrost landforms with significant environmental impacts. Mapping these RTS is crucial because their appearance serves as a clear indication of permafrost thaw. However, their small scale compared to other landform features, vague boundaries, and spatiotemporal variation pose significant challenges for accurate detection. In this article, we extend a state-of-the-art deep learning model to delineate RTS features across the Arctic in a multimodal setting. Two new strategies were introduced to optimize multimodal learning and enhance the model's predictive performance: 1) a feature-level, residual cross-modality attention fusion strategy, which effectively integrates feature maps from multiple modalities to capture complementary information and improve the model's ability to understand complex patterns and relationships within the data; 2) pretrained unimodal learning followed by multimodal fine-tuning to alleviate high computing demand while achieving strong model performance. Experimental results demonstrated that our approach outperformed existing models adopting data-level fusion, feature-level convolutional fusion, and various attention fusion strategies, providing valuable insights into the efficient utilization of multimodal data for RTS mapping. This research contributes to our understanding of permafrost landforms and their environmental implications.
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