Plant traits prediction for ecosystem modeling: Combined model based on images and auxiliary data
https://doi.org/10.35266/1999-7604-2024-4-2
Abstract
The study presents a combined machine learning model for predicting plant traits. The model combines a pre-trained convolutional neural network (CNN) with auxiliary variables represented as comma- separated values (CSV). The aim of the study is to improve the accuracy of plant trait prediction using both visual information and contextual data.
The model is trained on a dataset consisting of 9,147 plant images and the corresponding 167 auxiliary variables. The images are preprocessed using three pre-trained convolutional neural network architectures (InceptionV3, ResNet, VGG19). The supplementary data are combined using a concatenate layer after directing the outputs of the above CNNs. The model is optimized using the Adam algorithm and evaluated with appropriate metrics.
The results show the superiority of the combined model over the baseline CNN in predicting plant traits, confirming the effectiveness of using supplementary data to improve performance. The study demonstrates the potential of hybrid machine learning models to analyze plant data from users around the world.
About the Authors
V. V. BrykinRussian Federation
Postgraduate
O, S. Kramarov
Russian Federation
Doctor of Sciences (Physics and Mathematics), Professor
A. Grosu
Russian Federation
Postgraduate
References
1. Демидчик В. В., Шашко А. Ю, Бондаренко В. Ю. и др. Феномика растений: фундаментальные основы, программно-аппаратные платформы и методы машинного обучения // Физиология растений. 2020. Т. 67, № 3. С. 227–245.
2. Гончаров С. В. Цифровое фенотипирование растений в ботанических садах // Наследие академика Н. В. Цицина: ботанические сады. Отдаленная гибридизация растений и животных : материалы Всерос. науч. конф. 03–07 июля 2023 г., г. Москва. Воронеж : Воронежский ГАУ имени Императора Петра I, 2023. С. 62–64.
3. Покровская Я. К., Каюгина С. М. Перспективы использования искусственного интеллекта в сельском хозяйстве // Достижения молодежной науки для агропромышленного комплекса : сб. материалов LVI науч.-практ. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых. 14–18 марта 2022 г., г. Тюмень. Тюмень : ГАУ Северного Зауралья, 2022. Т. 1, ч. 4. С. 350–358.
4. Мишуров Н. П., Чавыкин Ю. И., Моторин О. А. Цели и задачи искусственного интеллекта в сельском хозяйстве // Управление рисками в АПК. 2021. № 3. С. 39–49.
5. Хайкин С. Нейронные сети: полный курс. 2-е изд. / пер. с англ. Н. Н. Куссуль. М. : Изд. дом «Вильямс», 2016. 1104 с.
6. PlantTraits2024–FGVC11. URL: https://www. kaggle.com/competitions/planttraits2024 (дата обра- щения: 13.09.2024).
7. Ковалев А. В., Исаева А. С. Оценка качества семян пшеницы с использованием сверточной нейронной сети // Инженерный вестник Дона. 2021. № 12. С. 206–215.
8. Предварительная обработка данных. URL: https://scikit-learn.ru/ (дата обращения: 25.09.2024).
9. Сабитов Б. Р., Сейтказиева Н. С. Методы компьютерного зрения в задачах прогнозирования болезней растений с использованием трансферного обучения // Проблемы автоматики и управления. 2022. № 3. С. 135–144.
10. Hastie T., Tibshirani R., Friedman J. The Elements of Statistical Learning: Data Mining, Inference, and Prediction. 2nd ed. Springer-Verlag, 2009. 746 p.
Review
For citations:
Brykin V.V., Kramarov O.S., Grosu A. Plant traits prediction for ecosystem modeling: Combined model based on images and auxiliary data. Proceedings in Cybernetics. 2024;23(4):18-24. (In Russ.) https://doi.org/10.35266/1999-7604-2024-4-2