+ All Categories
Home > Documents > Geospatial Artificial Intelligence: Konsep dan Aplikasinya ...

Geospatial Artificial Intelligence: Konsep dan Aplikasinya ...

Date post: 08-Jan-2022
Category:
Upload: others
View: 6 times
Download: 0 times
Share this document with a friend
36
Geospatial Artificial Intelligence: Konsep dan Aplikasinya Pada Daerah Tropis Dr. Edy Irwansyah (Bina Nusantara University) 21.07.2020
Transcript
Page 1: Geospatial Artificial Intelligence: Konsep dan Aplikasinya ...

Geospatial Artificial

Intelligence: Konsep

dan Aplikasinya Pada

Daerah Tropis

Dr. Edy Irwansyah

(Bina Nusantara University)

21.07.2020

Page 2: Geospatial Artificial Intelligence: Konsep dan Aplikasinya ...

Outline

Geospatial Artificial Intelligence (GeoAI)01

History of GIS and Artificial intelligence02

Machine Learning and Deep Learning in GeoAI 03

Deep Learning in Geospasial Information

2

04

Aplikasi GeoAI pada Daerah Tropis05

Page 3: Geospatial Artificial Intelligence: Konsep dan Aplikasinya ...

Geospatial Artificial Intelligence (GeoAI)

01.1

3

Geospatial Artificial Intelligence

(Geo-AI): is an emerging scientific

discipline that combines innovations

in spatial science, artificial

intelligence methods in machine

learning (e.g., deep learning), data

mining, and high-performance

computing to extract knowledge from

spatial big data (Vopham et al, 2018)

1. Geographic Information

System: is a computer-based

system to aid in the collection,

maintenance, storage, analysis,

output, and distribution of spatial

data and information (Bolstad,

2016).

Page 4: Geospatial Artificial Intelligence: Konsep dan Aplikasinya ...

Geospatial Artificial Intelligence (GeoAI)

01.2

4

2. Artificial Intelligence Ilmu pengembangan intelligence agents

“.... any device that perceives its

environment and takes actions that

maximize its chance of successfully

achieving its goals” (Poole, Mackworth & Goebel, 1998).

“...machines (or computers) that mimic

cognitive functions that humans

associate with the human mind, such as

learning and problem solving“ (Russell

& Norvig , 2009).

Geospatial Artificial Intelligence

(Geo-AI): is an emerging scientific

discipline that combines innovations

in spatial science, artificial

intelligence methods in machine

learning (e.g., deep learning), data

mining, and high-performance

computing to extract knowledge from

spatial big data (Vopham et al, 2018)

Page 5: Geospatial Artificial Intelligence: Konsep dan Aplikasinya ...

Geospatial Artificial Intelligence (GeoAI)

01.3

5

Geo-AI: a subfield of spatial data science utilizes advancements in

techniques and data cultures to support the creation of more

intelligent geographic information as well as methods, systems, and

services for a variety of downstream tasks.

(1) Image classification, (2) Object detection, (3) Segmentation, (4)

Simulation and interpolation, (5) link prediction, (6) natural language-

based retrieval and question answering, (7) on-the-fly data integration,

(8) geo-enrichment, and many others

Janowicz, K., Gao, S., McKenzie, G., Hu, Y., & Bhaduri, B. (2020). GeoAI: spatially explicit artificial intelligence techniques for geographic knowledge

discovery and beyond.

Page 6: Geospatial Artificial Intelligence: Konsep dan Aplikasinya ...

01.4

6

Geospatial Artificial Intelligence (GeoAI)

GeoAI: It is a spatial data processing and

analysis algorithm that integrates AI, and

is the product of AI and GIS.

AI for GIS: Using AI capabilities to

enhance the functions and user

experience of GIS software.

GIS for AI: Using visualization and

analysis technology of GIS to perform

spatial visualization and further spatial

analysis of AI output results.

https://www.supermap.com/

Page 7: Geospatial Artificial Intelligence: Konsep dan Aplikasinya ...

History of GIS and Artificial Intelligence

02.1

7

▪ ArcGIS Pro 1.0 was first

released in Jan 2015

▪GeoAI in Esri Development

Summit 2018

Page 8: Geospatial Artificial Intelligence: Konsep dan Aplikasinya ...

02.2

8

History of GIS and Artificial Intelligence

Page 9: Geospatial Artificial Intelligence: Konsep dan Aplikasinya ...

Machine Learning and Deep Learning in GeoAI

03.1

9

Source: Ragh, 2019 Source: Rose, 2019

Page 10: Geospatial Artificial Intelligence: Konsep dan Aplikasinya ...

03.2

10

Machine Learning and Deep Learning in GeoAI

Tom M. Mitchel, 1997 mengusulkan sebuah

definisi yang lebih operasional dimana

machine learning didefinisikan sebagai

algoritma yang memiliki kemampuan:

".... learn from experience E with respect to

some class of tasks T and performance measure

P, if its performance at tasks in T, as measured

by P, improves with experience E.”Gambar Perbedaan Pemrograman Tradisional dan

Machine Learning

(Sumber: Francois, 2017)

Page 11: Geospatial Artificial Intelligence: Konsep dan Aplikasinya ...

03.3

11

Machine Learning and Deep Learning in GeoAI

Gambar Metode Pembelajaran Machine Learning

Page 12: Geospatial Artificial Intelligence: Konsep dan Aplikasinya ...

03.4

12

Machine Learning and Deep Learning in GeoAIMetode Pembelajaran Machine Learning

Gambar Supervised Learning

(Sumber: Francois, 2018)

1) Supervised learning:

Gambar Unsupervised Learning

(Sumber: Francois, 2018)

2) Unsupervised learning: 3) Reinforcement learning:

Gambar Reinforcement Learning

(Sumber: Francois, 2018)

Page 13: Geospatial Artificial Intelligence: Konsep dan Aplikasinya ...

03.5

13

Machine Learning and Deep Learning in GeoAIMetode Pembelajaran Machine Learning

1) Supervised learning: 2) Unsupervised learning:

3) Reinforcement learning:

http://www.datasciencelovers.com/

Page 14: Geospatial Artificial Intelligence: Konsep dan Aplikasinya ...

03.6

14

Machine Learning and Deep Learning in GeoAI

Definisi deep learning oleh Chollet Francois (Francois, 2018) sebagai:

“a new take on learning representations from data that puts an emphasis on learning

successive layers of increasingly meningful representation.”Deep learning merupakan sebuah metode pembelajaran terhadap data yang

bertujuan untuk membuat representasi (abstraksi) data secara bertingkat

menggunakan sejumlah layer pengolahan data. Hal penting dari deep learning,

(LeCun, Bengio, & Hinton, 2015) menekankan bahwa representasi data tersebut tidak

dibuat secara eksplisit oleh manusia tetapi dihasilkan oleh sebuah algoritma

pembelajaran.

Page 15: Geospatial Artificial Intelligence: Konsep dan Aplikasinya ...

03.7

15

Machine Learning and Deep Learning in GeoAIMetode Pembelajaran Deep Learning

Ma, L., Liu, Y., Zhang, X., Ye, Y., Yin, G., & Johnson, B. A. (2019). Deep learning in remote sensing applications: A meta-

analysis and review. ISPRS journal of photogrammetry and remote sensing, 152, 166-177.

Page 16: Geospatial Artificial Intelligence: Konsep dan Aplikasinya ...

03.8

16

Machine Learning and Deep Learning in GeoAIPerbedaan Machine Learning dan Deep Learning

Simplicity: data yang dipergunakan sebagai input proses pembelajaran tidak

membutuhkan proses rekayasa fitur sebelumnya

Scalability: proses pembelajaran model deep learning memungkinkan implementasi

secara paralel sehingga bisa memanfaatkan kapasitas Graphics Processing Units (GPU)

atau Tensor Processing Units (TPUs)

Versatility (adaptability): proses pembelajaran model

deep learning tidak selalu harus dilakukan dari awal

Reusability: sebuah model hasil yang telah di-training

menggunakan sebuah dataset berskala besar dapat

dipergunakan untuk melakukan tugas menggunakan

dataset berskala lebih kecil.Perbedaan Machine Learning (a) dan Deep Learning (b)

(Sumber: Moons, Bankman & Verhelst, 2019)

Page 17: Geospatial Artificial Intelligence: Konsep dan Aplikasinya ...

03.9

17

Machine Learning and Deep Learning in GeoAI

Model NN dan Convolutional NN (CNN) memiliki persamaan yaitu keduanya

memiliki fully connected network, yaitu struktur jaringan nodes yang saling

terkoneksi

Arsitektur CNN memiliki kemampuan

menangkap informasi kontekstual yang

terkandung didalam data, misalnya: pixel yang

saling berdekatan didalam sebuah citra atau

kata-kata yang berdekatan didalam sebuah

text

CNN memiliki kompleksitas yang lebih rendah, waktu training model yang

lebih cepat, dan membutuhkan jumlah sampel data training lebih sedikit

dari model NN.

Gambar Arsitektur Model LeNet5

(Sumber: LeCun et al., 1998)

Page 18: Geospatial Artificial Intelligence: Konsep dan Aplikasinya ...

04.1

18

Deep Learning in Geospatial Information

Use Case in Geospatial Information

Semantic Segmentation(Qin et al, 2019)

Instance Segmentation(Ji et al, 2019)

Object Detection(Prathap and Ilya, 2018)

Page 19: Geospatial Artificial Intelligence: Konsep dan Aplikasinya ...

04.2

19

Deep Learning in Geospatial Information

1. Semantic Segmentation

• Proses untuk memberikan label

semantik atau kelas objek (misalnya:

sungai, pesawat, bangunan, jalan,

pohon) terhadap setiap pixel dari

sebuah citra

• Hasil: Superpixel

Page 20: Geospatial Artificial Intelligence: Konsep dan Aplikasinya ...

04.3

20

Deep Learning in Geospatial Information

•Model U-Net

• Diusulkan oleh Ronneberger, Fischer & Brox, 2015, sebagaimodel segmentasi semantik

Page 21: Geospatial Artificial Intelligence: Konsep dan Aplikasinya ...

04.4

21

Deep Learning in Geospatial Information•Model DeepLab

• Diusulkan oleh Chen et al., 2017 dari Google sebagaimodel segmentasi semantik

(Su and Chen, 2020)

Page 22: Geospatial Artificial Intelligence: Konsep dan Aplikasinya ...

04.5

22

Deep Learning in Geospatial Information•Model Deep UNet

• Diusulkan oleh Li et al., 2018, sebagaimodel segmentasi semantikmenggunakan data citra penginderaanjauh.

Page 23: Geospatial Artificial Intelligence: Konsep dan Aplikasinya ...

04.6

23

Deep Learning in Geospatial Information• Model High Resolution Nets

• Diusulkan oleh Zhang, Lin, Ding & Bruzzone, 2020, sebagai model segmentasi semantikmenggunakan data citrapenginderaan jauh.

Page 24: Geospatial Artificial Intelligence: Konsep dan Aplikasinya ...

04.7

24

Deep Learning in Geospatial Information

2. Instance Segmentation

• Proses pemberian label,

prediksi lokasi dan

segmentation mask berbasis

pixel terhadap setiap individu

objek didalam sebuah citra.

Page 25: Geospatial Artificial Intelligence: Konsep dan Aplikasinya ...

04.8

25

Deep Learning in Geospatial Information•Model Mask R-CNN

• Diusulkan oleh He, Gkioxari, Dollár, & Girshick, 2017, sebagai model segmentasiinstance

Page 26: Geospatial Artificial Intelligence: Konsep dan Aplikasinya ...

04.9

26

Deep Learning in Geospatial Information

•Model Path Aggregation Net

• Diusulkan oleh (Liu et al., 2018) sebagai model segmentasiinstance

Page 27: Geospatial Artificial Intelligence: Konsep dan Aplikasinya ...

04.10

27

Deep Learning in Geospatial Information

3. Object Detection

• is a computer technology

related to computer vision and

image processing that deals

with detecting instances of

semantic objects of a certain

class (such as humans,

buildings, or cars) in digital

images and videos.

Page 28: Geospatial Artificial Intelligence: Konsep dan Aplikasinya ...

04.11

28

Deep Learning in Geospatial Information

•Model Spatial Pyramid

Pooling (SPP)-Net

• Diusulkan oleh (He et al., 2015) sebagai model Object detection

Page 29: Geospatial Artificial Intelligence: Konsep dan Aplikasinya ...

04.12

29

Deep Learning in Geospatial Information

Dua tipe frameworks di Object Detection: region proposal-based and regression/classification based

(Zhao and Zheng, 2019)

Page 30: Geospatial Artificial Intelligence: Konsep dan Aplikasinya ...

05.1

30

Aplikasi GeoAI Pada Daerah Tropis1. Semantic Segmentation

Semantic Segmentation

using U-Net and

U-Net+ResNet-18

Page 31: Geospatial Artificial Intelligence: Konsep dan Aplikasinya ...

05.2

31

Aplikasi GeoAI Pada Daerah Tropis

Semantic Segmentation

using ResNet and SatNet

1. Semantic Segmentation

SatNet Architecture

(Gunawan et al, 2019)

Page 32: Geospatial Artificial Intelligence: Konsep dan Aplikasinya ...

05.3

32

Aplikasi GeoAI Pada Daerah Tropis

Instance Segmentation

using PSPNet, Unet and

Classification Using

ResNet50

2. Instance Segmentation

Hasil Awal PSPNet

Hasil Awal UNet

Hasil Klasifikasi (1 Klas)

Hasil Klasifikasi (2 Klas)

Page 33: Geospatial Artificial Intelligence: Konsep dan Aplikasinya ...

05.4

33

Aplikasi GeoAI Pada Daerah Tropis3. Object Detection

Object Detection using

AlexNet dan ResNet18

Link video

https://youtu.be/suL1YWbchOA

AlexNet Architecture

(Krizhevsky et al, 2012)

Page 34: Geospatial Artificial Intelligence: Konsep dan Aplikasinya ...

05.5

34

Aplikasi GeoAI Pada Daerah Tropis3. Object Detection

Object Detection using

ResNet with SSD

Architecture

https://learn.arcgis.com/

Page 35: Geospatial Artificial Intelligence: Konsep dan Aplikasinya ...

00.0

35

Page 36: Geospatial Artificial Intelligence: Konsep dan Aplikasinya ...

Terima kasih

36


Recommended