Enhancing water use efficiency in precision irrigation: data-driven approaches for addressing data gaps in time series
Notice bibliographique
Résumé
Real-time soil matric potential measurements for determining potato production's water availability are currently used in precision irrigation. It is well known that managing irrigation based on soil matric potential (SMP) helps increase water use efficiency and reduce crop environmental impact. Yet, SMP monitoring presents challenges and sometimes leads to gaps in the collected data. This research sought to address these data gaps in the SMP time series. Using meteorological and field measurements, we developed a filtering and imputation algorithm by implementing three prominent predictive models in the algorithm to estimate missing values. Over 2 months, we gathered hourly SMP values from a field north of the Péribonka River in Lac-Saint-Jean, Québec, Canada. Our study evaluated various data input combinations, including only meteorological data, SMP measurements, or a mix of both. The Extreme Learning Machine (ELM) model proved the most effective among the tested models. It outperformed the k-Nearest Neighbors (kNN) model and the Evolutionary Optimized Inverse Distance Method (gaIDW). The ELM model, with five inputs comprising SMP measurements, achieved a correlation coefficient of 0.992, a root-mean-square error of 0.164 cm, a mean absolute error of 0.122 cm, and a Nash-Sutcliffe efficiency of 0.983. The ELM model requires at least five inputs to achieve the best results in the study context. These can be meteorological inputs like relative humidity, dew temperature, land inputs, or a combination of both. The results were within 5% of the best-performing input combination we identified earlier. To mitigate the computational demands of these models, a quicker baseline model can be used for initial input filtering. With this method, we expect the output from simpler models such as gaIDW and kNN to vary by no more than 20%. Nevertheless, this discrepancy can be efficiently managed by leveraging more sophisticated models.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi 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.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,008 | 0,020 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,002 | 0,003 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,001 |
| Communication savante | 0,002 | 0,003 |
| Science ouverte | 0,002 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,002 | 0,002 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
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.
score_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 découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».