Agricultural research is essential for increasing food production to meet the requirements of an increasing population in the coming decades. Recently, satellite technology has been improving rapidly and deep learning has seen much success in generic computer vision tasks and many application areas which presents an important opportunity to improve analysis of agricultural land. Here we present a systematic review of 150 studies to find the current uses of deep learning on satellite imagery for agricultural research. Although we identify 5 categories of agricultural monitoring tasks, the majority of the research interest is in crop segmentation and yield prediction. We found that, when used, modern deep learning methods consistently outperformed traditional machine learning across most tasks; the only exception was that Long Short-Term Memory (LSTM) Recurrent Neural Networks did not consistently outperform Random Forests (RF) for yield prediction. The reviewed studies have largely adopted methodologies from generic computer vision, except for one major omission: benchmark datasets are not utilised to evaluate models across studies, making it difficult to compare results. Additionally, some studies have specifically utilised the extra spectral resolution available in satellite imagery, but other divergent properties of satellite images - such as the hugely different scales of spatial patterns - are not being taken advantage of in the reviewed studies.


翻译:近几十年来,卫星技术在通用计算机视觉任务和许多应用领域取得了巨大成功,这是改进农业土地分析的一个重要机会。在这里,我们系统地审查了150项研究,以找到目前对卫星图像进行深层学习用于农业研究的情况。虽然我们确定了5类农业监测任务,但大部分研究兴趣是作物分化和产量预测。我们发现,现代深层学习方法在使用时,在大多数任务中始终优于传统机器学习;唯一的例外是,长期短期内存(LSTM)经常性神经网络没有一贯优于产出预测的完美随机森林。经过审查的研究基本上采用了通用计算机视觉方法,但一个重大遗漏除外:基准数据集没有用来评价各种研究的模型,因此难以比较结果。此外,一些研究具体利用了卫星图像中现有的超光谱分辨率,但卫星图像的其他不同特性,如空间模式的高度不同尺度,并没有在所审查的研究中加以利用。

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