Spatial interpolation using conditional generative adversarial neural networks

对抗制 插值(计算机图形学) 生成语法 人工智能 深度学习 水准点(测量) 计算机科学 人工神经网络 地图学 空间分析 地理 多元插值 机器学习 双线性插值 计算机视觉 数学 图像(数学) 统计
作者
Di Zhu,Ximeng Cheng,Fan Zhang,Xin Yao,Yong Gao,Yu Liu
出处
期刊:International journal of geographical information systems [Taylor & Francis]
卷期号:34 (4): 735-758 被引量:150
标识
DOI:10.1080/13658816.2019.1599122
摘要

Spatial interpolation is a traditional geostatistical operation that aims at predicting the attribute values of unobserved locations given a sample of data defined on point supports. However, the continuity and heterogeneity underlying spatial data are too complex to be approximated by classic statistical models. Deep learning models, especially the idea of conditional generative adversarial networks (CGANs), provide us with a perspective for formalizing spatial interpolation as a conditional generative task. In this article, we design a novel deep learning architecture named conditional encoder-decoder generative adversarial neural networks (CEDGANs) for spatial interpolation, therein combining the encoder-decoder structure with adversarial learning to capture deep representations of sampled spatial data and their interactions with local structural patterns. A case study on elevations in China demonstrates the ability of our model to achieve outstanding interpolation results compared to benchmark methods. Further experiments uncover the learned spatial knowledge in the model’s hidden layers and test the potential to generalize our adversarial interpolation idea across domains. This work is an endeavor to investigate deep spatial knowledge using artificial intelligence. The proposed model can benefit practical scenarios and enlighten future research in various geographical applications related to spatial prediction. © 2019, © 2019 Informa UK Limited, trading as Taylor & Francis Group.
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