MétaCan
Menu
Retour à la cohorte
Enregistrement W7105661058 · doi:10.20381/ruor-31506

Analysis of IoT Spatial and Spatiotemporal Data: A Smart Farming Use Case

2025· dissertation· en· W7105661058 sur OpenAlexaboutno aff

Notice bibliographique

RevueUniversity of Ottawa - Library · 2025
Typedissertation
Langueen
DomaineAgricultural and Biological Sciences
ThématiqueSmart Agriculture and AI
Établissements canadiensnon disponible
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésSoftware deploymentCloud computingAgriculturePrecision agriculturePopulationResource (disambiguation)Spatial analysisScale (ratio)Big data

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Farmers will be expected to produce more food due to an increasing population despite challenges like climate change. Precision agriculture (PA) and smart farming can be used to help farmers achieve this goal by reducing input costs and enabling agriculture resource optimizations. Smart farming can enable PA by gathering site-specific agriculture data (agri-data) from a) sensors using in-field gateways and/or b) other data sources. The high spatiotemporal variability of agri-data, privacy concerns, and high system deployment costs act as challenges for PA. PA model performance evaluation risks being over-optimistic if spatial (and/or temporal) structure (such as spatial autocorrelation) is not carefully considered in the model evaluation process. Block cross-validation (CV) can be used to address this to create folds of spatially (or temporally) disjointed blocks of data, although data from new locations (or time periods) may lead to pessimistic model extrapolation performance when using this evaluation technique. Cloud computing-based centralized learning (CL) could be used to train PA models, but CL does not scale well in the Internet of Things (IoT) setting and suffers from poor privacy. In addition to high system deployment costs, ignoring farmers' privacy concerns will lead to poor smart farming system (SFS) adoption rates. Limiting a SFS's farmer user-base would result in less available training data, and this could in turn negatively impact model performance. Fog computing-based local learning (LL) could instead be used, by training many local models at the edge of networks using only local data, but unfortunately, applying LL to agri-data may lead to loss of useful geographical trends. Distributed machine learning (ML) can be applied to address these challenges by only sharing model updates to train models. We proposed an IoT SFS architecture that uses privacy-aware distributed ML to train PA models without having to share farmers' private data. Expensive sensing equipment is first required to train the models using expensive-to-sense ground truth data and affordable sensors' data, but once the training is complete, new farmers can join the system to benefit from the models without needing any expensive equipment. By leveraging data from a Canadian smart farm, we performed yield prediction and nitrous oxide (N$_2$O) emission prediction experiments as use cases to showcase the proposed architecture. We used various forms of spatial and temporal block CV for evaluating PA model performance using datasets of varying heterogeneity (independent and identically distributed (IID) and non-IID datasets). We performed experiments using CL, LL, federated learning, and distributed ensemble learning, where clients/nodes were simulated on a single machine. Our results showed that when using IID datasets, distributed ML could do reasonably well and even compete with CL in terms of model performance. However, the IID dataset experiment results may have been over-optimistic due to the stronger presence of spatial/temporal autocorrelation. When using non-IID datasets (which represents the more realistic scenario of having high spatiotemporal variability in agri-data), we found that distributed ML did more poorly and failed on multiple occasions. Despite this, by using distributed ML and non-IID datasets, we were able to generate useful yield precision maps for most clients. The results reported in this thesis demonstrate that the proposed smart farming IoT architecture combined with distributed ML can potentially be used for achieving high spatiotemporal resolution agri-data sensing in a manner that is a) privacy-aware, b) affordable, and c) scalable, at the expense of reduced sensing accuracy.

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)0,000
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: Observationnel · Signal consensuel: Observationnel
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,116
Score d'incertitude au seuil0,991

Scores Codex et Gemma par catégorie

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0000,000
Bibliométrie0,0000,001
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 Opus0,022
Tête enseignante GPT0,199
Écart entre enseignants0,177 · 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'étudeObservationnel
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

Citations0
Publié2025
Routes d'admission1
Résumé présentoui

Explorer davantage

Même revueUniversity of Ottawa - LibraryMême sujetSmart Agriculture and AITravaux en français237 207