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Enregistrement W3160160017 · doi:10.3390/f12050615

Theoretical Development of Plant Root Diameter Estimation Based on GprMax Data and Neural Network Modelling

2021· article· en· W3160160017 sur OpenAlexaff
Hao Liang, Guoqiu Fan, Yinghang Li, Yandong Zhao

Notice bibliographique

RevueForests · 2021
Typearticle
Langueen
DomaineEngineering
ThématiqueGeophysical Methods and Applications
Établissements canadiensUniversity of Alberta
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésArtificial neural networkRoot (linguistics)Ground-penetrating radarDielectricRoot mean squareBiological systemSquare rootMean squared errorRange (aeronautics)ResidualMathematicsSoil scienceRadarStatisticsMaterials scienceEnvironmental scienceComputer scienceAlgorithmGeometryPhysicsArtificial intelligenceComposite material

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

The in situ non-destructive quantitative observation of plant roots is difficult. Traditional detection methods are not only time-consuming and labor-intensive, but also destroy the root environment. Ground penetrating radar (GPR), as a non-destructive detection method, has great potential in the estimation of root parameters. In this paper, we use GprMax software to perform forward modeling of plant roots under different soil dielectric constants, and analyze the situation of plant roots with different dielectric constants and different root diameters under 1.5 GHz frequency antenna detection. Firstly, root systems with increasing diameter under different values of root and soil dielectric constant were scanned. Secondly, from the scanning results, two time points T1 and T2 of radar wave entering and penetrating the root system were defined, and the correlation between root diameter D and time interval ΔT between T1 and T2 was analyzed. Finally, the least square regression model and back propagation (BP) neural network model for root diameter parameter estimation were established, and the estimation effects of the two models were compared and evaluated. The research results show that the root diameter (12–48 mm) is highly correlated with the time interval. Given the dielectric constants of the root and soil, the prediction results of the two models are accurate, but the prediction result of the neural network model is more stable, and the residual between the predicted value and the actual value is mainly concentrated in the [−1.5 mm, 1.5 mm] range, as well as the average of prediction error percentage being 3.62%. When the dielectric constants of the root and soil are unknown, the accuracy of the prediction results of the two models is decreased, but the stability of the neural network model is still superior to the least squares model, and the residual error is mainly concentrated in the range of [−5.3 mm, 5.0 mm], the average of prediction error percentage is 10.19%. This study uses GprMax to simulate root system detection and reveals the theoretical potential of GPR technology for non-destructive estimation of root diameter parameters. It is also pointed out that in the field exploration process, if the dielectric constants of the root and soil in the experimental site are sampled and measured first, the prediction accuracy of the model for root diameter would be effectively improved. This research is based on simulation experiments, so further simulation followed by laboratory and field testing is warranted using non-uniform roots and soil.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,001
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,003
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Simulation ou modélisation · Signal consensuel: Simulation ou modélisation
GenreSignal candidat: Méthodes · Signal consensuel: Méthodes
Score de désaccord entre enseignants0,008
Score d'incertitude au seuil0,016

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0010,003
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,001
Méta-épidémiologie (sens large)0,0000,001
Bibliométrie0,0010,001
Études des sciences et des technologies0,0000,001
Communication savante0,0010,001
Science ouverte0,0010,001
Intégrité de la recherche0,0010,001
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0010,000

Scores machine (provisoires)

Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.

Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.

Tête enseignante Opus0,031
Tête enseignante GPT0,263
Écart entre enseignants0,232 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeSimulation ou modélisation
Domainenon disponible
GenreMéthodes

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations16
Publié2021
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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