Title of article :
Application of Artificial Neural Networks for Multi-Criteria Yield Prediction of Winter Wheat
Author/Authors :
iedbala, G Institute of Biosystems Engineering - Faculty of Agronomy and Bioengineering - Poznan University of Life Sciences, Poland , Kozlowski, R.J Institute of Biosystems Engineering - Faculty of Agronomy and Bioengineering - Poznan University of Life Sciences, Poland
Abstract :
Three independent models were constructed for the prediction of yields of winter wheat.
The models were designed to enable the prediction of yield at three dates: 15th April, 31st
May, and 30th June. The models were built using artificial neural networks with MLP
(multilayer perceptron) topology, based on meteorological data (air temperature and
precipitation) and information on applications of mineral fertilizer. Data were collected in
the 2008–2015 from 301 crop fields in the Wielkopolska region of Poland. The evaluation
of the quality of predictions made using the neural models was verified by determination
of prediction errors using the RAE, RMS, MAE and MAPE measures. An important
feature of the constructed predictive models is the ability to make a forecast in the current
agricultural year based on up-to-date weather and fertilization information. The lowest
MAPE error values were obtained for the neural model WW30_06 (30th June) based on
an MLP network with the structure 19:19-15-13-1:1, the error was 8.85%. Sensitivity
analysis revealed which factors had the greatest impact on winter wheat yield. The
highest rank (1) was obtained by all networks for the same independent variable, namely,
the mean air temperature in the period from 1st September to 31st December of the
previous year (T9-12_LY).
Farsi abstract :
در اين پژوهش ، سه مدل مستقل براي پيش بيني عملكردهاي گندم زمستانه ساخته شد. اين مدل ها به گونه اي طراحي شده بود كه پيش بيني عملكرد را در سه تاريخ 15 آوريل، 31 ماه مه، و 30 ژوئن ممكن مي ساخت. در ساختن اين مدل ها از شبكه مصنوعي با توپولوژي multilayer) MLP perceptron) بر پايه آمار هواشناسي (درجه حرارت هوا و بارندگي و اطلاعات مربوط به مصرف كودهاي معدني استفاده شد. داده ها در سال هاي 2015-2008 از 301 مزرعه در منطقه Wielkopolska لهستان برداشت شد. كيفيت پيش بيني هاي به دست آمده از شبكه عصبي مصنوعي با تعيين خطاهاي پيش بيني با استفاده از سنجه هاي MAE، RMS, RAE و MAPE ارزيابي شد. در مورد اين مدل هاي پيش بيني، يك جنبه مهم اين است كه مي توان بر مبناي آمار به روز هواشناسي و اطلاعات مصرف كود، عملكرد را در سال زراعي جاري پيشگويي كرد. در اين پژوهش، كمترين مقدار خطاي MAPE در شبكه عصبي مدل ( WW30
_ 06 (30 June و بر مبناي شبكه MLP با ساختار 19 : 19 - 15 - 13 - 1 : 1برابر 8/ 85٪بود. تحليل حساسيت داده ها آشكار ساخت كه كدام عوامل بيشترين تاثير را روي عملكرد گندم زمستانه داشت. بالاترين رتبه (1) در تمام شبكه ها به طور يكسان به متغيير مستقل با نام ميانگين درجه حرارت هوا از 1 سپتامبر تا 31 دسامبر سال قبل ( T9- 12 _LY ) تعلق داشت.
Keywords :
Yield forecast , Winter wheat , Predictive models , Neural model , MLP network