MétaCan
Menu
Retour à la cohorte
Enregistrement W4387359966 · doi:10.1080/17480272.2023.2265349

A chemistry-based explainable machine learning model based on NIR spectra for predicting wood properties and understanding wavelength selection

2023· article· en· W4387359966 sur OpenAlexaff
Laurence R. Schimleck, Samuel Ayanleye, Stavros Avramidis, Vahid Nasir

Notice bibliographique

RevueWood Material Science and Engineering · 2023
Typearticle
Langueen
DomaineEngineering
ThématiqueWood Treatment and Properties
Établissements canadiensUniversity of British Columbia
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésRandom forestSurface roughnessWestern HemlockSpectral lineNear-infrared spectroscopyWavelengthOvertoneTsugaMathematicsSoil scienceBiological systemMachine learningArtificial intelligenceRemote sensingMaterials scienceAnalytical Chemistry (journal)ChemistryComputer scienceEnvironmental scienceComposite materialGeologyBotanyOpticsPhysicsEnvironmental chemistryOptoelectronics

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

A chemistry-based explainable machine learning (ML) approach was used to predict wood properties using near infrared (NIR) spectral data collected from rough and smooth surfaces, and to provide better understanding of the role of important NIR wavelengths (features) in the performance of ML models. NIR spectra collected from western hemlock (Tsuga heterophylla) and coastal Douglas-fir (Pseudotsuga menziesii) boards with rough and smooth surfaces were fed into random forest and TreeNet; a gradient boosting machine algorithm, for predicting wood density, modulus of elasticity (MOE) and modulus of rupture (MOR). The TreeNet model could predict the MOE, MOR, and density with R2 of 0.66, 0.64, and 0.64 using spectra collected from rough surface and R2 of 0.54, 0.46, and 0.46 using spectra collected from smooth surface. TreeNet outperformed the random forest, and for both ML algorithms higher R2 and lower error were obtained using NIR data collected from rough surfaces. This suggested that for Douglass fir and western hemlock, NIR spectra could be collected on a sawn surface prior to surface planing. However, it is difficult to generalize the impact of surface roughness on the performance of predictive model as different factors (e.g. what constitutes a smooth or rough surface, variability of data set in terms of wood properties) impact the success of predictive models. NIR features having the greatest influence on TreeNet models were examined and consistently had wood chemistry specific band assignments. The most important features occurred in the O-H first overtone, and C–H second overtone regions and a narrow zone (approximately 2400–2500 nm) of the C–H stretch C–C stretch combination region. Important features also differed by property and with surface roughness. Explaining ML model performance using the relative importance of the NIR features showed the importance of wood chemistry related information when developing models, however MOE and MOR TreeNet models based on smooth surface NIR spectra showed an increased importance of water related features. Overall, the chemistry-based explainable machine learning model approach allows for identification of important NIR features, and regions, and aids in understanding how they contribute to the performance of NIR-based wood property predictive models.

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)0,001
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: Empirique · Signal consensuel: aucune
Score de désaccord entre enseignants0,005
Score d'incertitude au seuil0,010

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0010,001
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0000,001
Bibliométrie0,0010,000
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0010,001
Science ouverte0,0010,000
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 Opus0,027
Tête enseignante GPT0,189
Écart entre enseignants0,162 · 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
GenreEmpirique

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

En bref

Citations13
Publié2023
Routes d'admission1
Résumé présentoui

Explorer davantage

Même revueWood Material Science and EngineeringMême sujetWood Treatment and PropertiesTravaux en français237 207