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基于知识的混合机器学习在农业产量预测中的应用

  • 2026-10-27 19:59:04
基于知识的混合机器学习在农业产量预测中的应用

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标题:

Knowledge informed hybrid machine learning in agricultural yield prediction

通讯作者&第一作者:Malte von Bloh

德国慕尼黑工业大学

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研究背景: 
        研究目标:
                  研究方法:

                                  主要发现:

                                        通过添加额外的特征或样本并扩展训练集的分布空间,生成了不同的数据集。这些训练集彼此连续补充。为了生成合成特征和样本,我们应用了农业技术转移决策支持系统框架(DSSAT-Nwheat)中的基于过程的作物模型 NWeath。DSSAT-Nwheat 模拟和扩展气候特征分布使用了历史数据(1986–2004 年)、观测数据(2005–2021 年)和未来天气预测数据(2037–2099 年)。为了进行测试,我们从记录的田间数据集中剔除了一年的数据。此过程在所有年份上迭代重复。

                                        a ) 显示了真实数据集(实地记录)以及三个合成数据集的产量分布,这些合成数据集分别来自历史时期(1986–2004 年)、气候预测模拟(2037–2099 年)和基于观测时间段(2005–2021 年)气象数据的模拟。b) 显示了德国境内各站点的空间分布。气泡大小表示每个站点的数据集长度。c) 显示了数据集中各时间段产量变量的趋势线。

                                        显示了目标时间段内作物特征的 rRMSE 损失(仅显示相对值,无单位,因为大多数特征的单位不同)。为了便于可视化,rRMSE 的阈值设置为 100%。损失峰值分别对应于水分胁迫发展(283%)、光合作用期间的水分胁迫(254%)和氮胁迫(241%)。每月 rRMSE 中位数的梯度表明,7 月份临近收获期的状态模拟效果更好。产量变量并非时间序列特征,始终与季末产量相关。

                                         a ) 显示了基于 2 月至 6 月平均温度和降水量阈值定义的合成样本的二维分布。这决定了类别的划分,这些类别显示在 b) 中,并表示将一个类别与现场记录关联时均方根误差 (RMSE) 的变化。c) 表示每个类别的样本量与误差变化的关系。

                                        值得学习的细节:

                                          推荐指数:⭐‍⭐⭐⭐⭐

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                                          https://doi.org/10.1016/j.compag.2024.109606

                                          【权责声明】

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