Agriculture-informed Neural Networks for Predicting Nitrous Oxide Emissions
Pourquoi ce travail est dans la base
Une base qui oublie comment elle a trouvé un travail ne peut pas être vérifiée. Voici les voies qui ont admis celui-ci.
Notice bibliographique
Résumé
Agriculture and Agri-Food Canada, in its unwavering commitment to sustainable agriculture, has launched a program to reduce nitrous oxide (N 2 O) emissions from fertilizer utilization in farming practices. This initiative is a response to the pressing environmental and climate challenges we face. To achieve our goal, we must delve into the mechanism of N 2 O emission by measuring and predicting the flux of N 2 O. This study proposes a novel architecture for neural network models, namely the agriculture-informed neural network (AINN) model, consisting of recurrent neural networks and a process-based ecosystem model, the Dynamic Land Ecosystem Model (DLEM), to predict N 2 O emissions from farming. During the 2021 and 2022 growing seasons, field data on the flux of N 2 O, soil temperature, and soil moisture were collected. However, the amount of nitrate in the soil was missing since collecting accurate data on nitrate quantities from the soil was challenging. Therefore, assumptions about the nitrate quantity in the soil were made when training and testing AINN with the data collected from the 2021 and 2022 growing seasons. In 2024, from January to April, an indoor experiment under controlled conditions was successfully executed to collect data on nitrate quantity in the soil. This experiment demonstrated that nitrate quantity is an essential factor for predicting the emission of N 2 O. To demonstrate the versatility of the AINN across various neural networks, we conduct a comprehensive comparison with four state-of-the-art models: multilayer perceptron, convolutional neural network, long short-term memory, and Transformer. Our experiment and simulation results unequivocally demonstrate that the performance of AINN is superior to single neural network models. The DLEM component of the AINN acts as a regularizer, facilitating the training process of the AINN. This mathematical formulation transforms the problem of N 2 O emission into a constrained optimization issue, minimizing the explicit objective function and satisfying the constraints of the parameters fed into the DLEM in the AINN. The empirical results show that by incorporating information from the agricultural field, the AINN significantly reduces the generalization error compared to the corresponding neural network, underscoring its potential to revolutionize the field of neural network modeling.
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Prédiction distillée sur la base complète
Imitation des enseignantsNi 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.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 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 découle