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Enregistrement W4391809506 · doi:10.3390/rs16040683

Corn Grain Yield Prediction Using UAV-Based High Spatiotemporal Resolution Imagery, Machine Learning, and Spatial Cross-Validation

2024· article· en· W4391809506 sur OpenAlexaffabout
Patrick Killeen, Iluju Kiringa, Tet Yeap, Paula Branco

Notice bibliographique

RevueRemote Sensing · 2024
Typearticle
Langueen
DomaineEnvironmental Science
ThématiqueRemote Sensing in Agriculture
Établissements canadiensUniversity of Ottawa
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésOverfittingRandom forestComputer scienceImage resolutionArtificial intelligenceRemote sensingEnvironmental scienceGeographyArtificial neural network

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Food demand is expected to rise significantly by 2050 due to the increase in population; additionally, receding water levels, climate change, and a decrease in the amount of available arable land will threaten food production. To address these challenges and increase food security, input cost reductions and yield optimization can be accomplished using yield precision maps created by machine learning models; however, without considering the spatial structure of the data, the precision map’s accuracy evaluation assessment risks being over-optimistic, which may encourage poor decision making that can lead to negative economic impacts (e.g., lowered crop yields). In fact, most machine learning research involving spatial data, including the unmanned aerial vehicle (UAV) imagery-based yield prediction literature, ignore spatial structure and likely obtain over-optimistic results. The present work is a UAV imagery-based corn yield prediction study that analyzed the effects of image spatial and spectral resolution, image acquisition date, and model evaluation scheme on model performance. We used various spatial generalization evaluation methods, including spatial cross-validation (CV), to (a) identify over-optimistic models that overfit to the spatial structure found inside datasets and (b) estimate true model generalization performance. We compared and ranked the prediction power of 55 vegetation indices (VIs) and five spectral bands over a growing season. We gathered yield data and UAV-based multispectral (MS) and red-green-blue (RGB) imagery from a Canadian smart farm and trained random forest (RF) and linear regression (LR) models using 10-fold CV and spatial CV approaches. We found that imagery from the middle of the growing season produced the best results. RF and LR generally performed best with high and low spatial resolution data, respectively. MS imagery led to generally better performance than RGB imagery. Some of the best-performing VIs were simple ratio index(near-infrared and red-edge), normalized difference red-edge index, and normalized green index. We found that 10-fold CV coupled with spatial CV could be used to identify over-optimistic yield prediction models. When using high spatial resolution MS imagery, RF and LR obtained 0.81 and 0.56 correlation coefficient (CC), respectively, when using 10-fold CV, and obtained 0.39 and 0.41, respectively, when using a k-means-based spatial CV approach. Furthermore, when using only location features, RF and LR obtained an average CC of 1.00 and 0.49, respectively. This suggested that LR had better spatial generalizability than RF, and that RF was likely being over-optimistic and was overfitting to the spatial structure of the data.

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 distillée sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,001
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,000
Version: codex-gemma-dda1882f352aStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Simulation ou modélisation · Signal consensuel: aucune
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,875
Score d'incertitude au seuil0,995

Scores Codex et Gemma par catégorie

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

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 Opus0,013
Tête enseignante GPT0,248
Écart entre enseignants0,234 · 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 tête enseignante, 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

Citations60
Publié2024
Routes d'admission2
Résumé présentoui

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