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Enregistrement W4322210123 · doi:10.5194/egusphere-egu23-14332

A Comparative Analysis of Machine Learning Algorithms for Tree Species Recognition Using An Image-Based Approach with Implementation Potential for Close-range Technologies

2023· preprint· en· W4322210123 sur OpenAlexaboutno aff
Martin Mokroš, Gokul Kottilapurath Surendran

Notice bibliographique

Revuenon disponible
Typepreprint
Langueen
DomaineEnvironmental Science
ThématiqueRemote Sensing and LiDAR Applications
Établissements canadiensnon disponible
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésComputer sciencePoint cloudArtificial intelligenceTree (set theory)Random forestDecision treeConvolutional neural networkMachine learningRange (aeronautics)BenchmarkingSupport vector machinePattern recognition (psychology)Forest inventoryRemote sensingMathematicsGeographyForest managementForestry

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Close-range technologies capable of capturing forest ecosystems in three-dimensional space with great detail are revolutionising precision forestry research and practice, mainly by increasing the level of automation for data collection and processing. Furthermore, they provide options to measure some parameters directly, for example, volume or biomass. However, automatic tree species recognition still needs to be properly solved, which is a crucial and challenging task. A couple of approaches by different authors were done to overcome the challenge when data from close-range technologies are used. The authors mainly utilised 3D structures of whole trees or, in some cases, bark structures using point clouds. Or derived 2D blueprints of whole trees from point clouds to distinguish between tree species. In our approach, we are using images of bark. Usually, images are taken during the data acquisition by close-range technologies as a resource for photogrammetry or for colourising the point clouds in the case of terrestrial laser scanning, for example. Carpentier et al. (2018) did an experiment with 23 tree species in Canada and used convolutional neural networks to classify tree species with an accuracy of almost 94%. We focused on benchmarking multiple machine learning and deep learning algorithms in our experiment. Namely: Random forest; Decision tree; Support Vector Machine; Gradient boost; K-nearest Neighbors; Gaussian Naïve Bayes; Multilayer Perceptron; Convolutional neural networks.In our first experiment, we collected two datasets of bark images using Sony alfa 7 and Canon EOS 4000D. We have collected 1755 images in Slovakia (1369) and Czechia (386); both datasets contain four tree species. The four species from Slovak datasets are European beech, sessile oak, Norway spruce, and European silver fir. Czechia data consists of the species European beech, large-leaved linden, Norway maple, and Scots pine. However, the bark images from Slovakia are from managed forests, and there is a variety of markings on bark; for that, images are cropped to small regions excluding the markings.The most accurate results were achieved by CNN, which provides 94% accuracy on Slovak exact cropped dataset with a 50% dropout and 91% on an exact cropped dataset with a 50% dropout. When CNN is not considered, the most accurate algorithm was Multilayer perceptron with an accuracy of 92%.The following research will focus on implementing such tree species classification within the point cloud processing workflow when close-range technologies are used. Secondly, Carpentier et al. (2018) created Barknet 1.0, where they stored 23,000 high-resolution bark images of 23 tree species in Canada. Our next goal is to develop a database of tree species across Europe. To achieve such a challenging task, we will do it within the 3DForEcoTech COST Action, a European collaborative project focusing on close-range technologies and their implementation for precision forestry and forest ecology.ReferencesCarpentier, M., Giguere, P. and Gaudreault, J., 2018, October. Tree species identification from bark images using convolutional neural networks. In 2018 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) (pp. 1075-1081). IEEE.

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)0,004
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,012
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Expérimental (laboratoire) · Signal consensuel: aucune
GenreSignal candidat: Méthodes · Signal consensuel: aucune
Score de désaccord entre enseignants0,005
Score d'incertitude au seuil0,023

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0040,012
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,001
Bibliométrie0,0040,003
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0020,003
Science ouverte0,0010,001
Intégrité de la recherche0,0020,001
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0020,001

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 Opus0,100
Tête enseignante GPT0,340
Écart entre enseignants0,240 · 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'étudeExpérimental (laboratoire)
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

Citations0
Publié2023
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