CTGNN: UAV-satellite cross-domain transfer learning for monitoring oat growth in China’s key production areas
Notice bibliographique
Résumé
Modern agricultural production necessitates real-time, precise monitoring of crop growth status to optimize management decisions. While remote sensing technologies offer multi-scale observational capabilities, conventional crop monitoring models face two critical limitations: (1) the independent retrieval of individual physiological traits, which overlooks the dynamic coupling between structural and physiological traits, and (2) inadequate cross-platform model transferability (e.g., from UAV images to satellite images), hindering the scaling of field-level precision to regional applications. To address these challenges, we proposed a deep learning-based framework, Cross-Task Growth Neural Network (CTGNN). This framework employed a dual-stream architecture to process spectral features for Leaf Area Index (LAI) and Soil Plant Analysis Development (SPAD), while using cross-trait attention mechanisms to capture their interactions. We further assessed the knowledge transfer capabilities of the model by comparing two transfer learning strategies—Transfer Component Analysis (TCA) and Domain-Adversarial Neural Networks (DANN)—in facilitating the adaptation of UAV-derived (1.3 cm/pixel) data to satellite-scale (3 m/pixel) monitoring. Validation using UAV-satellite synergetic datasets from extensively field-tested oat cultivars in China's Bashang Plateau demonstrates that CTGNN significantly reduces the prediction errors for LAI and SPAD compared with independent trait models, with RMSE reductions of 6.4–14.4 % and 10.5–15.6 %, respectively. In a cross-domain transfer learning scenario, the CTGNN model with the DANN strategy requires only 5 % of satellite-labeled data for fine-tuning to achieve regional-scale monitoring (LAI: R2 = 0.769; SPAD: R2 = 0.714). This framework provides a novel approach for the collaborative inversion of multiple crop growth traits, while its UAV-satellite cross-scale transfer capability facilitates optimal decision-making in oat variety breeding and cultivation technique dissemination, particularly in arid and semi-arid regions. • A novel CTGNN framework was developed for synergistic LAI and SPAD estimation in oat growth monitoring. • CTGNN enabled effective transfer from UAV to satellite data, extending UAV model utility to regional scales. • Using DANN and fine-tuning, CTGNN achieved high accuracy with minimal satellite data, ideal for data-scarce scenarios.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
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 | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,002 |
| 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 | 0,001 |
| 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 tête enseignante, 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 ».