Many commodity crops have growth stages during which they are particularly vulnerable to stress-induced yield loss. In-season crop progress information is useful for quantifying crop risk, and satellite remote sensing (RS) can be used to track progress at regional scales. At present, all existing RS-based crop progress estimation (CPE) methods which target crop-specific stages rely on ground truth data for training/calibration. This reliance on ground survey data confines CPE methods to surveyed regions, limiting their utility. In this study, a new method is developed for conducting RS-based in-season CPE in unsurveyed regions by combining data from surveyed regions with synthetic crop progress data generated for an unsurveyed region. Corn-growing zones in Argentina were used as surrogate 'unsurveyed' regions. Existing weather generation, crop growth, and optical radiative transfer models were linked to produce synthetic weather, crop progress, and canopy reflectance data. A neural network (NN) method based upon bi-directional Long Short-Term Memory was trained separately on surveyed data, synthetic data, and two different combinations of surveyed and synthetic data. A stopping criterion was developed which uses the weighted divergence of surveyed and synthetic data validation loss. Net F1 scores across all crop progress stages increased by 8.7% when trained on a combination of surveyed region and synthetic data, and overall performance was only 21% lower than when the NN was trained on surveyed data and applied in the US Midwest. Performance gain from synthetic data was greatest in zones with dual planting windows, while the inclusion of surveyed region data from the US Midwest helped mitigate NN sensitivity to noise in NDVI data. Overall results suggest in-season CPE in other unsurveyed regions may be possible with increased quantity and variety of synthetic crop progress data.


翻译:许多商品作物有增长阶段,其间特别容易受到压力导致的产量损失的影响。在季节性作物进展信息可用于量化作物风险,卫星遥感可用于跟踪区域范围的进展。目前,所有现有的基于RS的作物进展估计方法,针对具体作物阶段的基于RS的现有作物进展估计方法都依靠地面真相数据进行培训/校正。这种依赖地面调查数据的方法将CPE方法局限于调查区域,限制了其效用。在这项研究中,开发了一种新的方法,在未经调查的区域进行基于RS的季节性化学反应调查,将所调查区域的数据与为未经调查的区域生成的合成作物进展数据结合起来,使用卫星遥感数据跟踪;阿根廷的玉米生长区被用作surogate 'un调查'区域;现有的天气生成、作物增长和光热传输模型与合成数据挂钩,以合成天气、作物进展和光学数据相结合的方式;在经过培训的中期内,仅用双向的短期内存储网络(NNE)方法,从调查的数据、合成数据以及两个不同的调查和合成数据组合,用于未经调查的合成作物进展数据;在经过培训的中期数据中,在经过测试的实地数据中,通过经过测试的18度数据整合的数据显示,在实时数据中,在实时数据中,在进行的所有数据整合数据中,采用。

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