Spatial cross-validation of wheat yield estimations using remote sensing and machine learning
Notice bibliographique
Résumé
Integration of Machine Learning (ML) with remote sensing data has been successfully used to create detailed agricultural yield maps at both local and global scales. Despite this advancement, a critical issue often overlooked is the presence of spatial autocorrelation in geospatial data used for training and validating ML models. Usually random cross-validation (CV) methods are employed that fail to account for this aspect. This study aimed to assess wheat yield estimations using both random and spatial CV. In contrast to random CV where the data is split randomly, spatial CV involves splitting the data based on spatial locations, to ensure that spatially close data points are grouped together, either entirely in the training or in the test set, but not both. Conducted in Northern Morocco during the 2020-2021 agricultural season, our research uses Sentinel 1 and Sentinel 2 satellite images as input variables as well as 1329 field data locations to estimate wheat yield. Three ML models were employed: Random Forest, XGBoost, and Multiple Linear Regression. Spatial CV was employed across varying spatial scales. The province represents predefined administrative division, while grid2 and grid1 are equally sized spatial blocks, with a spatial resolution of 20x20km and 10x10 km respectively. Our findings show that when estimating yield with Random CV, all models achieve higher accuracies (R² = 0.58 and RMSE = 840 kg ha-1 for the XGBoost model) as compared to the performance reported when using spatial CV. The10x10 km spatial CV led to the highest R² value equal to 0.23 and an RMSE value equal to 1140 kg ha-1 for the XGBoost model, followed by the 20x20 km grid-based strategy (R² = 0.11 and RMSE = 1227 kg ha-1 for the XGBoost model). Province-based spatial CV resulted in the lowest accuracy with an R² value equal to 0.032 and an RMSE value of 1282 kg ha-1. These results confirm that spatial CV is essential in preventing overoptimistic model performance. The study further highlights the importance of selecting an appropriate CV method to ensure realistic and reliable results in wheat yield predictions as increased accuracy can deviate from real-world conditions due to the effects of spatial autocorrelation.
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 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 | 0,009 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,002 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,000 |
| 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 ».