MétaCan
Menu
Retour à la cohorte
Enregistrement W4402821629 · doi:10.1145/3696113

Agriculture-informed Neural Networks for Predicting Nitrous Oxide Emissions

2024· article· en· W4402821629 sur OpenAlexaffabout
Ci Lin, Futong Li, Patrick Killeen, Tet Yeap, Iluju Kiringa

Notice bibliographique

RevueACM Transactions on Internet of Things · 2024
Typearticle
Langueen
DomaineEnvironmental Science
ThématiqueAir Quality Monitoring and Forecasting
Établissements canadiensUniversity of Ottawa
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésNitrous oxideAgricultureArtificial neural networkEnvironmental scienceBusinessComputer scienceArtificial intelligenceBiologyEcology

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

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.

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)0,002
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: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,022
Score d'incertitude au seuil0,044

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0010,002
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0000,000
Bibliométrie0,0000,000
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0000,001
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 Opus0,020
Tête enseignante GPT0,270
Écart entre enseignants0,250 · 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

Citations5
Publié2024
Routes d'admission2
Résumé présentoui

Explorer davantage

Même revueACM Transactions on Internet of ThingsMême sujetAir Quality Monitoring and ForecastingTravaux en français237 207