Estimating Grass Sward Quality and Quantity Parameters Using Drone Remote Sensing with Deep Neural Networks
Publiceringsår
2022
Upphovspersoner
Karila, Kirsi; Alves Oliveira, Raquel; Ek, Johannes; Kaivosoja, Jere; Koivumäki, Niko; Korhonen, Panu; Niemeläinen, Oiva; Nyholm, Laura; Näsi, Roope; Pölönen, Ilkka; Honkavaara, Eija
Abstrakt
The objective of this study is to investigate the potential of novel neural network architectures for measuring the quality and quantity parameters of silage grass swards, using drone RGB and hyperspectral images (HSI), and compare the results with the random forest (RF) method and handcrafted features. The parameters included fresh and dry biomass (FY, DMY), the digestibility of organic matter in dry matter (D-value), neutral detergent fiber (NDF), indigestible neutral detergent fiber (iNDF), water-soluble carbohydrates (WSC), nitrogen concentration (Ncont) and nitrogen uptake (NU); datasets from spring and summer growth were used. Deep pre-trained neural network architectures, the VGG16 and the Vision Transformer (ViT), and simple 2D and 3D convolutional neural networks (CNN) were studied. In most cases, the neural networks outperformed RF. The normalized root-mean-square errors (NRMSE) of the best models were for FY 19% (2104 kg/ha), DMY 21% (512 kg DM/ha), D-value 1.2% (8.6 g/kg DM), iNDF 12% (5.1 g/kg DM), NDF 1.1% (6.2 g/kg DM), WSC 10% (10.5 g/kg DM), Ncont 9% (2 g N/kg DM), and NU 22% (11.9 N kg/ha) using independent test dataset. The RGB data provided good results, particularly for the FY, DMY, WSC and NU. The HSI datasets provided advantages for some parameters. The ViT and VGG provided the best results with the RGB data, whereas the simple 3D-CNN was the most consistent with the HSI data.
Visa merOrganisationer och upphovspersoner
Aalto-universitetet
Ek Johannes
Publikationstyp
Publikationsform
Artikel
Moderpublikationens typ
Tidning
Artikelstyp
En originalartikel
Målgrupp
VetenskapligKollegialt utvärderad
Kollegialt utvärderadUKM:s publikationstyp
A1 Originalartikel i en vetenskaplig tidskriftPublikationskanalens uppgifter
Journal
Förläggare
Volym
14
Nummer
11
Artikelnummer
2692
ISSN
Publikationsforum
Publikationsforumsnivå
1
Öppen tillgång
Öppen tillgänglighet i förläggarens tjänst
Ja
Öppen tillgång till publikationskanalen
Helt öppen publikationskanal
Parallellsparad
Ja
Övriga uppgifter
Vetenskapsområden
Data- och informationsvetenskap; Fysik; El-, automations- och telekommunikationsteknik, elektronik; Övrig teknik och teknologi; Geovetenskaper; Jordbruksvetenskap
Nyckelord
[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object]
Förlagets internationalitet
Internationell
Språk
engelska
Internationell sampublikation
Nej
Sampublikation med ett företag
Ja
DOI
10.3390/rs14112692
Publikationen ingår i undervisnings- och kulturministeriets datainsamling
Ja