Predicción de parámetros de trigo de invierno con imágenes SuperDove de Planet y inteligencia artificial explicativa
Autores: De Carolis, Gabriele; Giannico, Vincenzo; Costanza, Leonardo; Ardito, Francesca; Stellacci, Anna Maria; Thameur, Afwa; Ruggieri, Sergio; Tangaro, Sabina; Mastrorilli, Marcello; Sanitate, Nicola; Garofalo, Simone Pietro
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Predicción de parámetros de trigo de invierno con imágenes SuperDove de Planet y inteligencia artificial explicativa
Categoría
Ciencias Agrícolas y Biológicas
Subcategoría
Agronomía y Ciencia de los Cultivos
Palabras clave
Imágenes de satélite
Algoritmos de aprendizaje automático
Parámetros de trigo de invierno
Datos de bandas espectrales
índices de vegetación
Modelos de ML
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 27
Citaciones: Sin citaciones
Este estudio investigó la aplicación de imágenes de satélite de alta resolución de los satélites SuperDove combinadas con algoritmos de aprendizaje automático para estimar la variabilidad espacio-temporal de algunos parámetros de trigo de invierno, incluido el contenido relativo de clorofila de la hoja (RCC), contenido relativo de agua (RWC) y materia seca sobre el suelo (DM). La investigación se llevó a cabo en un campo experimental en el sur de Italia durante la temporada de crecimiento de 2024. Diferentes algoritmos de aprendizaje automático (ML) fueron entrenados y comparados utilizando datos de bandas espectrales e índices de vegetación calculados (VIs) como predictores. El rendimiento del modelo se evaluó utilizando R y RMSE. Los modelos de ML probados fueron bosque aleatorio (RF), regresor de vector de soporte (SVR) y aumento extremo de gradiente (XGB). RF superó a los otros algoritmos de ML en la predicción de RCC al utilizar VIs como predictores (R = 0.81) y en la predicción de RWC y DM al utilizar datos de bandas espectrales como predictores (R = 0.71 y 0.87, respectivamente). La explicabilidad del modelo se evaluó con el método SHAP. Un análisis SHAP destacó que GNDVI, Cl1 y NDRE fueron los VIs más importantes para predecir RCC, mientras que las bandas amarilla y roja fueron las más importantes para la predicción de DM, y las bandas amarilla y nir para la predicción de RWC. Se utilizó el mejor modelo encontrado para cada objetivo para modelar su tendencia estacional y producir un mapa de variabilidad. Este enfoque destaca el potencial de integrar ML e imágenes de satélite de alta resolución para el monitoreo remoto del trigo, lo que puede respaldar prácticas agrícolas sostenibles.
Descripción
Este estudio investigó la aplicación de imágenes de satélite de alta resolución de los satélites SuperDove combinadas con algoritmos de aprendizaje automático para estimar la variabilidad espacio-temporal de algunos parámetros de trigo de invierno, incluido el contenido relativo de clorofila de la hoja (RCC), contenido relativo de agua (RWC) y materia seca sobre el suelo (DM). La investigación se llevó a cabo en un campo experimental en el sur de Italia durante la temporada de crecimiento de 2024. Diferentes algoritmos de aprendizaje automático (ML) fueron entrenados y comparados utilizando datos de bandas espectrales e índices de vegetación calculados (VIs) como predictores. El rendimiento del modelo se evaluó utilizando R y RMSE. Los modelos de ML probados fueron bosque aleatorio (RF), regresor de vector de soporte (SVR) y aumento extremo de gradiente (XGB). RF superó a los otros algoritmos de ML en la predicción de RCC al utilizar VIs como predictores (R = 0.81) y en la predicción de RWC y DM al utilizar datos de bandas espectrales como predictores (R = 0.71 y 0.87, respectivamente). La explicabilidad del modelo se evaluó con el método SHAP. Un análisis SHAP destacó que GNDVI, Cl1 y NDRE fueron los VIs más importantes para predecir RCC, mientras que las bandas amarilla y roja fueron las más importantes para la predicción de DM, y las bandas amarilla y nir para la predicción de RWC. Se utilizó el mejor modelo encontrado para cada objetivo para modelar su tendencia estacional y producir un mapa de variabilidad. Este enfoque destaca el potencial de integrar ML e imágenes de satélite de alta resolución para el monitoreo remoto del trigo, lo que puede respaldar prácticas agrícolas sostenibles.