Machine Learning-Based Alfalfa Height Estimation Using Sentinel-2 Multispectral Imagery
Notice bibliographique
Résumé
Climate change is threatening the sustainability of crop yields due to an increasing frequency of extreme weather conditions, requiring timely agricultural monitoring. Remote sensing facilitates consistent and continuous monitoring of field crops. This study aimed to estimate alfalfa crop height through satellite images and machine learning methods within the Google Earth Engine (GEE) Python API. Ground measurements for this study were collected over three years in four Canadian provinces. We utilized Sentinel-2 data to obtain satellite imagery corresponding to the same timeframe and location as the ground measurements. Three machine learning algorithms were employed to estimate plant height from satellite images: random forest (RF), support vector regression (SVR), and extreme gradient boosting (XGB). The efficacy of these algorithms has been assessed and compared. Several widely used vegetation indices, for instance normalized difference vegetation index (NDVI), enhanced vegetation index (EVI), and normalized difference red-edge (NDRE), were selected and assessed in this study. RF feature importance was utilized to determine the ranking of features from most to least significant. Several feature selection strategies were utilized and compared with the situation where all features are used. We demonstrated that RF and XGB surpassed SVR when assessing test data performance. Our findings showed that XGB and RF could predict alfalfa crop height with an R2 of 0.79 and a mean absolute error (MAE) of around 4 cm Our findings indicated that SVR exhibited the lowest accuracy among the three algorithms tested, with R2 of 0.69 and an MAE of 4.63 cm. The analysis of important features showed that normalized difference red edge (NDRE) and normalized difference water index (NDWI) were the most important variables in determining alfalfa crop height. The results of this study also demonstrated that using RF and feature selection strategies, alfalfa crop height can be estimated with comparably high accuracy. Given that the models were fully trained and developed in Python (v. 3.10), they can be readily implemented in a decision support system and deliver near real-time estimations of alfalfa crop height for farmers throughout Canada.
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 | 0,000 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,001 |
| 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 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 ».