T E L K O M NIKA   T elec o mm un ica t io n Co m pu t i ng   E lect ro nics   a nd   Co ntr o l   Vo l.  2 3 ,   No .   2 A p r il   2 0 2 5 ,   p p .   402 ~ 415   I SS N:  1 6 9 3 - 6 9 3 0 ,   DOI : 1 0 . 1 2 9 2 8 / T E L KOM NI K A . v 2 3 i 2 . 26621           402     J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //telko mn ika . u a d . a c. i d   Adv a nced  crop  yi eld predi ction usi ng   m a chin e learni ng  and  deep learning a  c o m preh ensiv e re v iew         Ay us h Ana n d,  K a v it a   J ha j ha ria   D e p a r t me n t   o f   I n f o r mat i o n   T e c h n o l o g y ,   F a c u l t y   o f   En g i n e e r i n g ,   M a n i p a l   U n i v e r si t y   Jai p u r ,   R a j a s t h a n ,   I n d i a       Art icle  I nfo     AB ST RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Au g   2 8 2024   R ev i s ed   Dec   2 8 2 0 2 4   A cc ep ted   J an   2 2 2 0 2 5       T h e   a d v a n c e m e n o f   m a c h in e   lea rn in g   (M L a n d   d e e p   lea rn i n g   (DL )   tec h n iq u e h a sig n if ica n tl y   i m p ro v e d   c ro p   y ield   p re d ictio n ,   m a k i n g   it   m o re   a c c u ra te  a n d   re li a b le.  In   th is  re v ie w ,   th e   i m p le m e n tatio n   o f   M L   a n d   DL   a lg o rit h m f o c ro p   y ield   p re d icti o n   is  th o ro u g h ly   in v e stig a ted ,   f o c u sin g   o n   th e ir  c ru c ial  ro le  in   e n h a n c in g   c ro p   p r o d u c ti v it y .   A lo n g   w it h   M L   a n d   DL  a lg o rit h m e x a m in e ,   th e   re v ie w   a n a l y se th e   u se   o f   r e m o te  se n sin g   tec h n o l o g ies ,   su c h   a sa telli te   a n d   d ro n e   d a ta,  i n   p r o v id in g   h ig h - re so lu ti o n   in p u ts  e ss e n ti a f o a c c u ra te  y iel d   p re d ictio n s.  T h e   stu d y   id e n ti f ies   th e   sta te  o f   a rt  a lg o rit h m s,  m o st  u se d   f e a t u re s,  d a ta  so u rc e a n d   e v a lu a ti o n   m e tri c s,   p ro v id i n g   a   c o m p a riso n   o f   M L   a n d   DL .   T h e   f in d in g in d ica te   th a DL  m o d e ls  a re   m o re   e ff e c ti v e   w it h   larg e   d a tas e ts,  w h il e   M L   m o d e ls  re m a in   ro b u st  f o sm a ll e d a tas e ts.  T h e   fu t u re   d irec ti o n a re   p r o p o se d   to   d e v e lo p   th e   g e n e ra li se d   m o d e ls  f o d iff e re n c ro p a n d   re g io n s.  T h e   re v ie w   a i m to   a ss ist  re se a rc h e rs  b y   su m m a risin g   st a te  o f   a rt  te c h n iq u e a n d   id e n ti fy in g   th e   p re se n t.   K ey w o r d s :   C r o p   y ield   p r ed ictio n   Dee p   lear n in g   Ma ch i n lear n i n g   R e m o te  s e n s in g   S y s te m a tic  liter at u r r ev ie w   Veg etatio n   in d ice s   T h is i a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Kav ita  J h aj h ar ia   Dep ar t m en t o f   I n f o r m a tio n   T e ch n o lo g y ,   Fac u lt y   o f   E n g i n ee r in g ,   Ma n ip al  U n iv er s it y   J aip u r   R aj asth a n   3 0 3 0 0 7 ,   I n d ia   E m ail:  Ka v ita. j h aj h ar ia@ j aip u r . m a n ip al. ed u       1.   I NT RO D UCT I O N   T h f ield   o f   co m p u ter   s cie n c is   co n s tan t l y   ad v an ci n g   an d   ev er - e v o lv in g ,   d r iv e n   b y   t h e   p u r s u i o f   ev en   m o r s o p h i s ticated   s o l u t io n s   to   co m p le x   p r o b lem s .   M ac h in lear n i n g   ( ML )   h as  e m er g ed   as  p o w er f u l   p ar ad ig m   w it h i n   th i s   d o m ai n ,   en ab lin g   co m p u ter s   to   lear n   an d   ad ap w it h o u e x p licit  p r o g r a m m i n g   [ 1 ] .   ML   en co m p as s es  d iv er s s et  o f   tech n iq u es,  ea ch   w it h   its   u n iq u s tr en g th s   an d   ap p licatio n s   [ 2 ] .   So m co m m o n   ap p r o ac h es  in clu d s u p er v i s ed   lear n in g ,   w h ich   i n v o l v es  tr ai n in g   alg o r it h m s   o n   lab elled   d ata  to   p er f o r m   tas k s   lik clas s i f icatio n   a n d   r eg r ess io n .   Un s u p er v i s ed   lear n i n g ,   o n   th o t h er   h an d ,   f o c u s e s   o n   u n co v er in g   h id d en   s tr u ct u r es  w i th in   u n lab elled   d ata,   allo w i n g   f o r   task s   li k e   d ata  clu s ter in g   a n d   d i m e n s io n alit y   r ed u ctio n .   A d d itio n al l y ,   r ei n f o r ce m en l ea r n in g   e n ab les  s y s te m s   to   l ea r n   th r o u g h   tr ial  an d   er r o r ,   in ter ac ti n g   w i th   a n   en v ir o n m e n t.   ML   is   al s o   m ak in g   s i g n if ican co n tr ib u t io n   in   t h ag r ic u l tu r in d u s tr y ,   p ar ticu lar l y   i n   th ar ea   o f   cr o p   y ield   p r ed ictio n   [ 3 ] ML   ca n   h e lp   f ar m er s   a n d   p o lic y m ak er s   m iti g ate  f o o d   in s ec u r itie s .   I is   b ased   o n   th e   co n ce p o f   s tatis tic s   an d   ML   in   w h ic h   cr o p   y ield   is   p r ed icte d   u s in g   h is to r ical  d ata  ass o ciate d   w ith   t h cr o p s   lik cli m ate,   s o il,  an d   r eg io n .   Mo d er n   to o ls   s u ch   as  s ate l lite s ,   d r o n es  an d   s en s o r s   ar also   u s ed   to   o b tain   d ata  an d   m o n ito r   cr o p s .   On o f   th k e y   d r iv er s   o f   th is   p r o g r ess   is   th in teg r atio n   o f   r em o te  s e n s in g   tec h n o lo g y   [ 4 ] Satellite s   an d   d r o n es  eq u ip p ed   w it h   v ar io u s   s e n s o r s   ca n   g a th er   d ata  o n   f ac to r s   li k s o il   m o is t u r e,   v e g etatio n   h ea lt h ,   an d   w ea t h er   p atter n s   f r o m   a   d is ta n ce   [ 5 ] .   T h ese  m o d els  th e n   id e n ti f y   in tr ica te  r el atio n s h ip s   b et w ee n   th ese  d i v er s f ac to r s   a n d   h i s to r ical  cr o p   y ield s ,   allo w i n g   f o r   ac cu r ate  p r ed ictio n s .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KOM NI K A   T elec o m m u n   C o m p u t E C o n tr o l           A d va n ce d   cro p   yield   p r ed ictio n   u s in g   m a ch in lea r n in g   a n d   d ee p   le a r n in g :     ( A yu s h   A n a n d )   403   W ith   s u r g e   in   d e m a n d   o f   f o o d   w it h   i n cr ea s i n g   p o p u lat io n ,   ML   in   a g r ic u lt u r h a s   p r o p elled   to   th e   f o r ef r o n o f   r esear ch   ai m ed   at  ad v an ci n g   t h s ec to r .   Ho w e v er ,   n av ig ati n g   th co m p l ex itie s   o f   ch o o s in g   s u itab le  d atase ts ,   al g o r ith m s ,   an d   m et h o d o lo g ies  ca n   b ch alle n g i n g   f o r   r esear ch er s   as   th ese  v ar y   g r ea tl y   d ep e n d in g   o n   th ar ea   o f   s tu d y   a n d   t y p o f   cr o p .   T h is   r ev iew   p ap er   ad d r ess es  q u esti o n s   s u ch   as  th m o s u s ed   f ea t u r es,  d ata  s o u r ce s ,   ty p es  o f   ev alu at io n   m etr ic s ,   th alg o r ith m s   an d   m o d els  u s ed   an d   th ty p o f   r e m o te   s en s in g   tech n iq u es  u s ed   in   r ec en s t u d ies.  O u r   r ev ie w   ad d r ess es  t h ese  g ap s   b y   co m p ar in g   an d   s u m m ar izi n g   th m o s r ec en ad v an ce s   b ase d   o n   th liter at u r av ailab le  to   an s w er   o u r   p r ep ar ed   r esear ch   q u esti o n   t h at  ai m s   to   cr ea te  m o r g en er ali s ed   ap p r o ac h   f o r   r esear ch er s   th at  ca n   b u s ed   f o r   m o s cr o p s   an d   ar ea s .   T h aim   is   to   eq u ip   r esear ch er s   w it h   th i n s i g h t s   n ee d ed   to   m a k in f o r m ed   d ec is io n s   b y   a n s w er i n g   th f o llo w i n g   q u est io n s :   R Q1 w h at  ar t h s tate - of - t h e - ar t te ch n iq u e s   u s ed ?   R Q2 w h ic h   a m o n g   M L   an d   d ee p   lear n in g   ( DL )   is   b etter   f o r   m ak in g   y ield   p r ed ictio n s ?   R Q3 w h at  ar m atr ices  u s ed   f o r   m o d el  ev al u atio n ?   R Q4 w h at  ar t h d ata  s o u r ce s ?   R Q5 w h at  ar t h m o s t u s ed   f ea tu r es?   R Q6 w h ic h   a m o n g   en s e m b le d   m o d els a n d   tr ad itio n al  M L   an d   DL   p er f o r m   b etter ?   R Q7 w h at  ar t h li m itatio n s   an d   f u tu r d ir ec ti o n s ?   Si m i lar   r ev ie w s   ar co n d u cte d   b y   r esear ch er s   b u ea ch   v ar y   w i th   o n a n o th er   b ased   o n   th t y p o f   cr o p   o r   a r ea   b ein g   s tu d ied .   I i s   cr u cial  to   an al y s th r ec en r ev ie w s   to   g et  in s i g h t s   o n   th r ec en p r ac tices  in   cr o p   y ield   p r ed ictio n .   A cc o r d in g   to   th e   s tu d y   [ 6 ]   w h ic h   w as  ca r r ied   o u o n   d if f er en cr o p s ,   g eo g r ap h ical   p o s itio n s   an d   v ar io u s   f ea t u r e s .   I w as  f o u n d   th a DL   p er f o r m s   b etter   th an   M L   f o r   m a k in g   p r ed ictio n s   o f   w h ic h   co n v o lu t io n al  n eu r al  n et w o r k   ( C NN )   an d   lo n g   s h o r t - ter m   m e m o r y   ( L ST M ) - b ased   m o d els  w er e   id en ti f ied   to   b m o s e f f ec tiv e.   I w a s   al s o   co n cl u d ed   th at   m eteo r o lo g ical  d ata  a n d   Ve g e tatio n   ar t h m o s t   u s ed   f ea t u r es.  Si m i lar l y ,   t h r ev ie w   [ 7 ]   also   in clu d ed   p ap er s   th at  co n d u c ted   s tu d ie s   p er f o r m ed   i n   d if f er en t   en v ir o n m e n t s   s ta ted   th at   th er e   w er n o   s i n g le  o r   m u l tip le  s p ec if ic  m o d els  f o u n d   t h at  w er ab le  to   o u tp er f o r m   o th er s   a n d   also   s tated   th a i n c lu d in g   m o r f ea tu r es   in   t h e   d ataset  d o esn t   n ec e s s ar il y   m ea n   t h at  t h e y   p er f o r m   b etter .   Ho w ev er ,   it  co n c lu d ed   th at  t h er w er f e w   p o p u lar   m o d els  t h at  ar u s ed   v er y   o f t en   s u ch   a s   r an d o m   f o r est n e u r al  n et w o r k ,   li n ea r   r eg r ess io n ,   an d   g r ad ien b o o s ti n g   tr e e.   Fu r t h er ,   th e   r ev ie w   co n clu d ed   t h at  o u o f   th n e u r al  n e t w o r k ,   th m o s u s ed   m o d els  w er C NN,   L ST M ,   an d   d ee p   n eu r al  n et w o r k   ( D NN) .   A cc o r d in g   to   th s tu d y   [ 8 ]   w h ich   w a s   co n d u cted   o n   P alm   o il  p r ed ictio n   s tated   th at  w h i l th er w as   n o   p ar ticu lar   alg o r ith m   t h at  c o u ld   b co n clu d ed   as  th b est  b u f e w   m o s p r o m is i n g   ML   alg o r it h m s   w er e   lin ea r   r eg r ess io n ,   r an d o m   f o r est  an d   n eu r al  n et w o r k .   Ou o f   th DL   alg o r it h m s ,   th p o p u lar   alg o r ith m s   w er e   DNN,   C NN ,   a n d   L ST M.   T h r ev ie w   also   co n c lu d ed   th a th e r ar v er y   f e w   s t u d ies  o n   P al m   o il  w it h   v er s atil e   f ea t u r es   w h ic h   m ak e s   it   d if f ic u lt  to   d eter m in e   w h ich   alg o r it h m   o r   f ea t u r es  ar b es s i n ce   i t’ s   s til i n   t h ea r l y   s tag e s .   A cc o r d in g   to   an o t h er   r ev ie w   w it h   e m p h asi s   s p ec if i ca ll y   o n   D L   al g o r ith m s   f o r   y ield   p r ed ictio n   [ 9 ] C r o p   y ield   w it h   D L   d ep en d s   m aj o r ly   o n   t h t y p o f   d ata  an d   cr o p s .   I w a s   also   n o ted   th at  i m a g w as  t h m o s t   d em a n d ed   s o u r ce   o f   d ata  w it h   th m aj o r ity   o f   p u b licat io n s   f o cu s i n g   o n   s u p er v i s ed   lear n i n g .   C N w as  w id el y   u s ed   f o r   m a k in g   p r ed ictio n s   w h ic h   also   o u tp er f o r m ed   o th er   DL   al g o r ith m s   s u ch   a s   D NN,   L ST M,   Fas ter     R - C NN  an d   h y b r id   m o d els.  T h m o s u s ed   ev alu at io n   m etr i w as  r o o m ea n   s q u ar er r o r   ( R MSE )   f o llo w e d   b y   R ^2 ,   m ea n   ab s o lu te  p er ce n tag er r o r   ( MA P E ) m ea n   ab s o lu te  er r o r   ( MA E ) ,   an d   m ea n   s q u ar er r o r   ( MSE ) Si m i lar l y   [ 1 0 ]   also   co n clu d ed   th at  D L   p r o v id es a   p r o m i s i n g   s o lu tio n   f o r   cr o p   y ield   esti m at io n .   Ho w ev er ,   t h e y   ar lar g el y   d ep en d   o n   m a n y   f a cto r s   in cl u d in g   s ca lab ilit y ,   a v a ilab ilit y   o f   t h d ata s et,   a n d   lo ca tio n   o f   s t u d y .   W e   s till   ar v er y   f ar   f r o m   f i n d i n g   g en er alis ed   ap p r o ac h   to   p r e d ict  cr o p   y ield   in   all  t y p es  o f   e n v ir o n m e n t s .   Ou r   s tu d y   ai m s   at  f i n d in g   th m o s r elev a n an d   co m m o n   f ea tu r es  f o r   cr o p   y ield   p r ed ictio n   in   v ar io u s   en v ir o n m e n t s   w it h   s tate  o f   t h e   ar tech n iq u e s   an d   d ata  s o u r ce s   to   g iv b etter   an d   clea r ed   id ea   to   r esear ch er s   to   s tar w i th   cr o p   y ield   p r ed i ctio n   w it h   th u p d ated   tech n i q u es  th at  ca n   b b e   ap p lied   o v er   m o s cr o p s   an d   en v ir o n m e n t s .   T ab le  1   s u m m ar izes  th g ap s   i n   t h co n s id er ed   s tu d ies  f o r   co m p ar is o n   w it h o u s t u d y .   Y’   r ep r esen ts   YE S a n d   N   r ep r esen ts   NO .       T ab le  1 .   T est  m o d el  s p ec if ica t io n s   an d   te s t c o n d itio n s   C o mp a r i so n   po i n t s   [ 6 ]   [ 7 ]   [ 8 ]   [ 9 ]   [ 1 0 ]   O u r   r e v i e w   S t a t e   o f   t h e   a r t   t e c h n i q u e d i s c u sse d   Y   Y   Y   Y   N   Y   C o mp a r i so n   b e t w e e n   M L   a n d   DL   N   N   N   N   N   Y   Ev a l u a t i o n   me t r i c   N   Y   N   Y   N   Y   D a t a   so u r c e s   N   N   N   Y   N   Y   En se mb l e d   v c l a ssi c   M L ,   D L   mo d e l s   N   N   N   N   N   Y   M o st   u se d   f e a t u r e s   N   Y   Y   Y   Y   Y   L i mi t a t i o n s a n d   f u t u r e   w o r k   Y   Y   Y   Y   N   Y         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   1 6 9 3 - 6930   T E L KOM NI K A   T elec o m m u n   C o m p u t E C o n tr o l ,   Vo l.  2 3 ,   No .   2 A p r il   20 2 5 4 0 2 - 415   404   2.   M E T H O D   T h is   r ev ie w   ad d r ess es  u n a n s w er ed   q u esti o n s   o u tli n ed   in   T ab le  1   an d   u p d ates  th ex is ti n g   liter atu r e   w it h   th late s f i n d in g s .   I ex a m i n es  th co m p ar is o n   b et w e en   en s e m b le  an d   tr ad itio n al  ML /D L   m o d els,  as   w ell  a s   b et w ee n   M L   an d   DL   m o d els  s p ec i f icall y   f o r   cr o p   y ield   p r ed ictio n ,   ar ea s   n o clea r l y   co v er ed   in   p r ev io u s   r ev ie w s .   B y   s y n t h es i zin g   r ec en f i n d in g s ,   t h i s   r ev ie w   p r o v id es r esear c h er s   w i th   u p d ated   in s ig h t s   in to   b est  p r ac tices,  d ata  s o u r ce s ,   a n d   m eth o d o lo g ie s   in   th f ield .   T h is   co n tr ib u tio n   ai m s   to   s u p p o r r esear ch er s   in   b u ild in g   u p o n   c u r r en w o r k   a n d   ad v an cin g   f u t u r r esear ch   i n   cr o p   y ield   p r ed ictio n .     2 . 1 .     L it er a t ure  re v iew   A   d etailed   s y s te m atic  r ev ie w   is   ca r r ied   o u in   th i s   s t u d y   to   an s w er   o u r   s p ec i f ic  r esear ch   q u esti o n s .   T h is   in clu d es  t h s elec tio n   cr ite r ia  o f   all  th liter atu r in cl u d ed   an d   r ev ie w ed   in   th i s   s t u d y .   T h s elec tio n   o f   all  th liter atu r w as  d o n u s i n g   b u n ch   o f   r ele v an t   k e y w o r d s   f o r   o u r   s t u d y .   T h liter at u r in cl u d ed   in   t h is   r ev ie w   w er p u lled   f r o m   Go o g le  Sch o lar   in   y ea r - w i s m an n er .   T h k e y w o r d s   u s ed   ar m e n tio n ed   i n     T ab le  2 .   T h y ea r l y   f il ter   w as   u s ed   o n   Go o g le  Sch o lar   to   d o w n lo ad   p ap er s   th at   w er o f   r e lev an ce .   Af ter   t h is ,   ea ch   p ap er   w a s   r ev ie w ed   f o r   r elev an ce   b ased   o n   t h ab s tr ac t,  in tr o d u ctio n   an d   tec h n o lo g ie s   u s ed .   T h p ap er s   f u r t h er   d is ca r d ed   w er d u to   th r ea s o n s   t h at  t h e y   w er a s s o ciate d   w i th   p la n d is ea s d etec tio n ,   tr ad itio n al   p h en o lo g y   w i th o u u s in g   ML  o r   DL ,   s p ec if ic  to   d ata   m i n i n g ,   in ter n et  o f   th i n g   ( I o T )   an d   s o il  m an a g e m en t.   Fin all y ,   w w er lef w it h   8 0   q u alit y   l iter atu r to   r ev ie w   i n   t h is   s tu d y   w h ich   w a s   in cl u d ed .       T ab le  2 .   T h k e y w o r d s   u s ed   t o   s ea r ch   p ap er s   S r .   N o .   K e y w o r d s   1   C r o p   y i e l d   p r e d i c t i o n   2   C r o p   y i e l d   p r e d i c t i o n   M L   3   C r o p   y i e l d   p r e d i c t i o n   D L   4   C r o p   y i e l d   p r e d i c t i o n   D L   r e mo t e   se n si n g   5   C r o p   y i e l d   p r e d i c t i o n   M L   r e m o t e   se n si n g       Mo r p r ec is ely   as  s h o w n   in   Fig u r 1 ,   th to tal  n u m b er   o f   d o w n lo ad ed   p ap er s   w a s   2 3 8 .   Fro m   t h e   d o w n lo ad ed   p ap er s   1 9 8   p ap e r s   w er s elec ted   b ased   o n   th ti tle  an d   f u r t h er   1 6 5   p ap er s   w er s elec ted   f r o m   t h e   th en   s elec ted   p ap er s   b ased   o n   th ab s tr ac t o f   th p ap er .   Am o n g   th 1 6 5   p ap er s   f in al l y   8 0   p ap er s   w er s elec ted   th at  ar u s ed   f o r   o u r   s tu d y .   T h F ig u r 1   g iv e s   an   i n s i g h t o n   th s elec t io n   cr iter ia.           Fig u r 1 .   P ap er   s elec tio n   cr iter ia       As  s h o w n   i n   Fig u r 2   th s el ec ted   p ap er s   r an g f r o m   th y ea r   2 0 1 4   to   2 0 2 4 .   T h in cr em en in   t h e   p ap er s   ca n   b s ee n   f r o m   2 0 1 9 .   T h r esear ch er s   i n ter es i n   th d o m a in   h a s   g r o w n   w i th   t h ad v a n ce m en i n   s atellite  tec h n o lo g y   a n d   en h an ce d   co m p u ta tio n .           Fig u r 2 .   Yea r   w is p ap er   d is tr ib u tio n   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KOM NI K A   T elec o m m u n   C o m p u t E C o n tr o l           A d va n ce d   cro p   yield   p r ed ictio n   u s in g   m a ch in lea r n in g   a n d   d ee p   le a r n in g :     ( A yu s h   A n a n d )   405   2 . 2 .     Alg o rit h m s   T h er ar s ev er al   alg o r ith m s   av ailab le  f o r   m a k i n g   cr o p   y ie ld   p r ed ictio n ,   an d   th s elec tio n   o f   m o s t   s u itab le  o n e   d ep en d s   o n   m u lti p le  f ac to r s ,   in cl u d in g   th t y p e   o f   d ata  av ailab le,   th n u m b er   o f   f ea tu r e s   in   t h e   d ataset,   an d   t h n a tu r o f   t h d ata w h et h er   it  is   s tati s tical,   i m a g e - b ased ,   o r   co m b in at io n   o f   b o th .   A d d itio n al l y ,   u n d er s tan d i n g   t h lin ea r it y   o r   n o n - lin ea r it y   o f   t h d ata  p la y s   cr u cial  r o le  i n   d eter m in i n g   w h ic h   alg o r ith m   w il p er f o r m   b est .   C r o p   y ield   p r ed ictio n   is   c o m p le x   is s u in v o lv in g   v ar io u s   f ac to r s   s u ch   a s   c li m ate  co n d itio n s ,   s o il  p r o p er ties ,   r ain f all,   te m p er at u r e,   h u m id it y ,   f er tili ze r   u s a g e,   an d   cr o p   v ar iet y .   T h e   ac cu r ac y   o f   p r ed ictio n s   d ep en d s   o n   s elec tin g   an   ap p r o p r iate   ML   o r   DL   m o d el  th at  ca n   ef f ec tiv el y   ca p t u r th e   r elatio n s h ip s   b et w ee n   t h ese  f a cto r s .     2 . 2 . 1 .   Su pp o rt   v ec t o m a chi nes   T h ese  alg o r ith m s   f in d   h y p er p lan in   th f ea t u r s p ac th at   b est  s ep ar ates  th d ata  p o in ts   b elo n g i n g   to   d if f er e n t c la s s e s .   S u p p o r t v ec to r   m ac h i n ( SVM )   f o cu s   o n   id en ti f y i n g   s m all  s u b s et   o f   tr ain i n g   d ata  p o in t s   ( s u p p o r v ec to r s )   th at  d ef in th h y p er p la n e ' s   m ar g i n s .   T h is   ap p r o ac h   m ak e s   th e m   r o b u s to   o u tlier s   an d   ef f icien f o r   h ig h - d i m e n s io n al   d ata.   SVM  h as  g i v e n   p r o m is i n g   r e s u l ts   i n   m an y   s tu d ies  s u c h   as  t h i s   s t u d y   [ 1 1 ]   th at  p r ed icts   p o tato   y ield   u s i n g   Sen ti n el  2   d ata  in   Seg o v ia,   Sp ain   w ith   h i g h   r ^2   v alu o f   0 . 9 3 .   A n o th er   s tu d y   [ 1 2 ]   c o n d u cted   in   T am il  Nad u ,   I n d ia,   co m p ar ed   d if f er en f ea tu r s u b s ets  f o r   cr o p   y ield   p r ed ictio n   an d   also   s h o w ed   th at  SV h ad   h ig h   R   Sco r o f   0 . 9 2 .   A   r esear ch   w o r k   [ 1 3 ]   w h ic h   also   u s ed   L an d s at - 8   d ata  s h o w ed   th at  SVM  h ad   ac h iev ed   h i g h   ac c u r ac y   o f   9 8 . 7 2 %.  A   r ec en s t u d y   [ 1 4 ]   aim ed   at  co m p ar i n g   v ar io u s   ML  m o d el s   f o r   So y b ea n   y ield   p r ed ictio n   u s in g   r e m o te  s e n s i n g   an d   w ea th er   d ata  also   s h o w e d   th at  SVM  h ad   a   d ec en t R^2   s co r o f   0 . 7 2 2 .   A   s tu d y   [ 1 5 ]   w as  ea c h   o n   t h p r ed ictio n   o f   W i n ter   W h ea t o n   m u lti - s o u r ce d   d ata  in   C h i n a n d   also   s h o w ed   t h at  S VM   w as  a m o n g   o n o f   th h i g h e s ac c u r ate  al g o r ith m s   f o r   m ak in g   p r ed ictio n s .   T h is   b ein g   s aid   SVM  th o u g h   n o th b est  in   all  ca s es  g i v es  p r o m i s in g   r esu l ts   b ec au s o f   it s   in ab ilit y   to   h a n d le  n o n   li n ea r   an d   v er y   lar g d ata s ets.  SVM  i s   also   co m p u tatio n all y   v er y   ex p e n s i v e.     2 . 2 . 2 .   Ra nd o m   f o r ests   I is   b u ild   u p o n   d ec is io n   tr ee s   b y   cr ea ti n g   a n   e n s e m b le  o f   th e m .   E ac h   tr ee   is   tr ain ed   o n   r an d o m   s u b s et   o f   f ea t u r es  a n d   d ata  p o i n ts ,   e n h an c in g   ac c u r ac y   a n d   r ed u cin g   o v er f itt in g .   P r ed ictio n s   f r o m   all  tr ee s   ar th en   ag g r eg ated   f o r   f i n al  o u t p u t.  A   s t u d y   [ 1 6 ]   d o n o n   s o y b ea n   an d   co r n   d ataset s   4   ti m e s   y ea r   f o r   3   y ea r s   as  test   d ata  co n cl u d ed   th at  r a n d o m   f o r est  g iv e s   g o o d   ac cu r ac y   w it h   R M SE  o b s er v ed   5 . 6 2   b u s h els  p er   ac r f o r   th s o y b ea n   d ataset  f o r   A u g u s 2 0 1 7 .   Si m ilar l y ,   a n o th er   r esear ch   [ 1 7 ]   th at  w as  d o n in   th m ai n   w h ea t - p r o d u cin g   r eg io n   o f   C h i n u s in g   d ata  f r o m   v ar io u s   s o u r ce s   s u ch   as  r e m o te  s en s i n g   m ete o r o lo g ical  d ata  etc   also   r ec eiv ed   th s ec o n d   h ig h est  R ^2   s co r am o n g   all  alg o r i th m s   s t u d ied .   T h r ^ 2   o f   r an d o m   f o r est  wa s   0 . 7 2 .   A   s tu d y   [ 1 8 ]   p er f o r m ed   o n   wh ea cr o p s   ai m ed   to   co m p ar r an d o m   f o r est  a n d   th r ee   d i f f e r en D L   alg o r it h m s   an d   co n clu d ed   t h at  r an d o m   f o r est  h ad   th b est  R ^2   s co r o f   0 . 8 9 .   A n o th er   r esear c h   [ 1 4 ]   also   co n d u cted   o n   s o y b ea n s   also   co n cl u d ed   th at   r an d o m   f o r est  a f ter   t u n i n g   it s   h y p er p ar a m eter s   s p ec if icall y   g av e   p r o m is in g   an d   th h i g h e s R ^2   o f   0 . 7 4 8   in   t h p ar ticu lar   s t u d y   o u tp er f o r m in g   s u p p o r v ec to r   r eg r ess i o n   ( SVR ) .   An o th er   s tu d y   [ 1 5 ]   th at  w as  d o n to   p r ed ict  w i n ter   w h ea y ie ld   co n clu d ed   th at  r an d o m   f o r est  d e m o n s tr ates  t h b es t   g en er aliza tio n   ab ilit y   a m o n g   o th er   p o p u lar   alg o r ith m s   u s ed .   A ls o ,   ac co r d in g   to   Sar r   an d   Su lta n   [ 1 9 ]   r an d o m   f o r est  p er f o r m ed   t h b est  i n   p r ed ictin g   Ma ize  y ield   w i th   a n   R ^2   v al u o f   0 . 6 4 .   T h s tu d y   a ls o   h ad   p ea n u t ,   m illet a n d   s o r g h u m   d a taset s   in   w h ic h   r an d o m   f o r est als o   p er f o r m ed   w ell  a n d   w a s   b eh i n d   b y   s m all  m ar g i n .     2 . 2 . 3 .   Art if icia neura l net wo rks   T h ey   co n s is o f   i n ter co n n ec te d   lay er s   o f   p r o ce s s i n g   u n i ts   ( n eu r o n s )   th at  lear n   p atter n s   f r o m   d ata  th r o u g h   an   iter ati v p r o ce s s   ca lled   b ac k p r o p ag atio n .   Stre n g t h s   in c lu d tack l in g   co m p lex ,   n o n - li n ea r   p r o b lem s   an d   ex ce lli n g   at  f ea t u r ex tr ac tio n .   A cc o r d in g   to   s tu d y   [ 2 0 ]   p o tato   y ield   in   B an g la d esh   u s i n g   r e m o te  s en s in g   s a te llit es  u s in g   ar tific ial  n eu r al  n et w o r k   ( A NN )   a n d   th er r o r   o f   p r e d ictio n   w as  v er y   s m all  a n d   less   th an   1 0 %.  W h ic h   i n d icate d   th at  A NN  i s   h ig h l y   ac c u r ate  i n   p r ed ictin g   p o tato   y i e ld   in   B a n g lad es h .   T h s t u d y   [ 2 1 ]   w h ic h   w as  d o n o n   R ice   cr o p s   in   th I n d ian   r eg io n   f o u n d   th a th ac cu r ac y   o f   A N w as  9 7 . 5   in   th is   s tu d y   w it h   s e n s iti v it y   o f   9 6 . 3 .   A n o th er   r esear c h   [ 1 9 ]   w as  p er f o r m ed   in   Sen e g al  lo ca ted   in   t h Af r ican   co n tin e n an d   s tat is tica an d   s a tellite  d ata  w er u s ed   A NN  o u tp er f o r m ed   all  o th er   m o d els  in   p r ed ictin g   P ea n u t   an d   So r g h u m   y ield   w ith   a n   R ^2   s co r o f   0 . 6 6   an d   0 . 5 7   r esp ec tiv el y .   Si m ilar l y   [ 2 2 ]   w as  ca r r ied   to   p r e d ict   Mu s tar d   cr o p   y ield   w h ich   co n clu d ed   t h at  A NN  h ad   a n   ac cu r ac y   o f   9 9 . 9 4 %,  p r ec is io n   o f   9 9 . 9 4 an d   an     F - Sco r o f   0 . 9 9 7 6 .   A n o t h er   s t u d y   [ 1 2 ]   w h ic h   w as  ex ec u ted   to   p r ed ict  p ad d y   cr o p s   in   th s tate  o f   T am il  Nad u   in   I n d ia  w h ich   ac h iev ed   an   R ^ 2   s co r e   o f   0 . 9 2   f o r   A NN.   Si m i lar l y   [ 2 3 ]   aim i n g   to   p r e d ict  r ic p r o d u ce d   a   h ig h   test i n g   R ^2   s co r o f   0 . 9 7 8 .     2 . 2 . 4 .   E x t re m g ra dient  bo o s t ing   I lev er ag es  e n s e m b le  lear n i n g   w it h   g r ad ien b o o s tin g .   Ne w   m o d el s   ar s eq u en t iall y   ad d ed   to   co r r ec th er r o r s   o f   p r ev io u s   m o d el s ,   f o cu s i n g   o n   m i n i m is in g   t h l o s s   f u n ctio n   w h ile  co n tr o llin g   m o d el  co m p le x it y   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   1 6 9 3 - 6930   T E L KOM NI K A   T elec o m m u n   C o m p u t E C o n tr o l ,   Vo l.  2 3 ,   No .   2 A p r il   20 2 5 4 0 2 - 415   406   to   p r ev en o v er f it tin g .   A cc o r d in g   to   r esear ch   [ 2 4 ]   ex tr e m g r ad ien b o o s ti n g   ( XGB o o s t )   w a s   t h b est - p er f o r m in g   al g o r ith m   f o r   cr o p   p r ed ictio n   w it h   th h i g h e s R ^2   s co r o f   8 4 . 7 9 ,   w h ich   o u tp er f o r m ed   all  o th er   alg o r ith m s   i n   t h s t u d y .   T h h ig h e s R ^2   s co r b y   XGB o o s w as  0 . 9 2   in   th m o n t h   o f   A p r il  2 0 2 2 .   A   s tu d y   [ 2 5 ]   aim ed   at  p r ed ic tin g   m a iz y ield   an d   Nitr o g e n   lo s s   f r o m   s o il  u s i n g   d ata  f r o m   s e v en   lo ca tio n s   in   t h US   Mid w e s o v er   5 - 7   y ea r s   a n d   co n clu d ed   th at  X GB o o s h ad   3 rd   h ig h e s R ^2   s co r a m o n g   all   alg o r ith m s   u s ed   i n   th s tu d y .   Ho w ev er ,   XGB o o s t   h ad   th e   h i g h est   R - R MSE   i n   p r ed ictin g   N - L o s s   at  9 8 . 3 %.  Si m ilar l y   [ 2 6 ]   ai m ed   at  p r ed ictin g   cr o p   y ield   u s i n g   m eteo r o lo g ical  d ata  a n d   r e m o t s en s i n g   d ata  f r o m   m o d er ate  r eso lu tio n   i m a g i n g   s p ec tr o r ad io m eter   ( MO DI S )   a n d   it  w a s   co n c lu d ed   th at  XG B o o s h ad   th b est  ac cu r ac y   i n   th s t u d y   w it h   a n   R ^2   s co r o f   0 . 8 4 5 .   Ho w e v er ,   r esear ch   [ 2 7 ]   aim ed   at  p r e d ictin g   co r n   y ield   i n   US A   co u n t y - w i s f r o m   th e   y ea r   2 0 0 0 - 2 0 1 8   XGB o o s d id   n o p e r f o r m   w ell  as  it  h ad   o n o f   th h ig h est  R M SE  s co r es  am o n g   all  th e   alg o r ith m s   u s ed .   Si m ilar l y   [ 2 8 ]   w as  co n d u c ted   o n   n in f ea t u r es  f r o m   r e m o te  s e n s i n g   s atellites  an d   M L   alg o r ith m s   w er ap p lied   m o n th   w i s o u o f   w h ic h   XGB o o s t’ s   p er f o r m a n ce   w a s   n o o u t s tan d i n g   w it h   v er y   h ig h   R ^2 .     2 . 2 . 5 .   L o ng   s ho rt - t er m   m e mo ry   I is   s p ec if ic  ty p o f   r ec u r r en n e u r al  n et w o r k   ( R NN) ,   th at   ex ce ls   at  h an d li n g   s eq u e n tia d ata  ( tim e   s er ies)  b y   lear n i n g   lo n g - t er m   d ep en d en cies.  L ST Ms  u til ize  m e m o r y   ce ll s   w ith   g ates  to   co n tr o in f o r m at io n   f lo w ,   allo w i n g   t h n et w o r k   to   r etain   r ele v an i n f o r m atio n   f o r   ex ten d ed   p er io d s .   s t u d y   [ 2 9 ]   w as  ai m ed   a t   p r ed ictin g   w in ter   w h ea y ield   u s ed   B ay e s ian   o p ti m iza tio n - b a s ed   L ST m o d el  w h ic h   co n clu d ed   th at  th e   p r o p o s ed   m o d el  p er f o r m ed   t h b est  co m p ar ed   to   all  o t h e r   m o d els  in   th s t u d y   w i th   a   R ^2   s co r o f   0 . 8 2 .   An o th er   s t u d y   [ 3 0 ]   p er f o r m ed   o v er   th e   r eg io n   o f   P u n j ab ,   I n d ia  to   p r e d ict  w h ea cr o p s   s h o w ed   th a R NN  w i th   L ST o u tp er f o r m ed   all  o th er   alg o r ith m s   i n   t h s t u d y   b y   co n s id er ab le  m ar g i n .   Si m ilar l y ,   th s t u d y   [ 3 1 ]   w a s   ex ec u ted   o v er   d ataset  co n s is ti n g   o f   m eteo r o lo g ical  d ata  an d   s o il  an d   cr o p   d ata  an d   co m p ar ed   d if f er en t   m o d el s   i n   t h s tu d y .   L ST p er f o r m ed   th e   b est  a m o n g   all   o th er   m o d els  w it h   m ar g i n al   d if f er en ce   w i th   an   ac cu r ac y   o f   8 6 in   p r ed ictin g   y ie ld .   An o th er   s t u d y   [ 3 2 ]   also   s h o w ed   th a Stack ed   L ST p er f o r m ed   th b est   o u o f   a ll  al g o r ith m s   co n s id er ed   f o r   th s t u d y   w i th   w ea t h er   v ar iab les  a n d   h ad   an   R ^2   s c o r o f   ~0 . 7 3 2 .   T h is   s h o w s   t h at  L ST ca n   p r o d u ce   p r o m is i n g   r es u lts   f o r   cr o p   y ie ld   p r ed ictio n .     2 . 2 . 6 .   Co nv o lutio na neura net w o rk s   C NNs  ar s p ec ialized   ANN  ar ch itect u r es  d esig n ed   f o r   p r o ce s s i n g   g r id - li k d ata,   p ar ticu lar l y   i m a g e s .   C NNs  e f f icien tl y   e x tr ac s p a tial  f ea t u r es  th r o u g h   co n v o l u tio n al  la y er s   w i th   lear n ab le  f ilter s   a n d   p o o lin g   l a y er s   f o r   d i m e n s io n alit y   r ed u ctio n .   r esear c h   [ 3 3 ]   ai m ed   to   m a k cr o p   y ie ld   p r ed ictio n   u s i n g   C NN - R N p er f o r m ed   w ell  o u tp er f o r m i n g   all   o th er   al g o r ith m s   u s ed   i n   th s t u d y .   S i m il ar l y ,   a n o t h er   s tu d y   [ 3 4 ]   ai m ed   at  p r ed ictin g   s o y b ea n   y ield s   als o   s h o w ed   C NN  p er f o r m ed   well  w h e n   co m b i n ed   w ith   L ST th C NN - L ST m o d el  p r o d u ce d   th b est  R MSE   co m p ar ed   to   all   o th er   m o d els  in   th s tu d y .   An o th er   s t u d y   [ 3 5 ]   aim ed   at   p r ed ictin g   cr o p   y ield   u s i n g   s a tellite  i m a g es  i n   th US  s h o w ed   th at  th C NN - L ST m o d e h ad   an   R ^2   s co r e   o f   0 . 9 1 .   Sim i lar l y   [ 3 6 ]   au th o r s   also   s h o w ed   th a C NN+ R NN+ 2 FF NN  p r o d u ce d   th h ig h e s co r r elatio n   co ef f icie n 0 . 9 1 8 3 .   T h is   s h o w s   th at  i f   th r ig h d ata  is   o b tain ed   C NN  in   co m b i n atio n   w ith   o th er   n et w o r k s   ca n   b v er y   ac cu r ate  i n   p r ed ictin g   cr o p   y ield .       3.   E VA L UA T I O M E T RIC S   3 . 1 .     Reg re s s io m et rics   R eg r es s io n   i s   s u p er v i s ed   ML   tech n iq u th at  is   u s ed   to   p r e d ict  co n tin u o u s   v al u es.  I p lo ts   b est - f it   lin p ass i n g   th r o u g h   t h d ata.   C r o p   y ield   p r ed ictio n   is   t y p icall y   r eg r ess io n   tas k ,   w h er m o d els  p r ed ict  co n tin u o u s   v al u es  ( y ield   in   to n s   p er   h ec tar e) .   No   m o d el  is   p er f ec an d   th er is   al w a y s   s co p o f   s o m er r o r .   R eg r es s io n   m etr ic s   h e lp   in   e v alu ati n g   th m o d els.  Her ar th k e y   m etr ic s   f o r   ev a lu at in g   r eg r ess io n   m o d els R MSE   m ea s u r es  t h a v er ag d if f er e n ce   b et w ee n   p r ed icted   an d   ac tu al  y ield   v al u es.  L o we r   R MSE   i n d icate s   b etter   m o d el  p er f o r m a n ce .   MA E   ca lcu la tes  th av er a g ab s o lu te  d if f er en ce   b et w ee n   p r ed icted   an d   ac tu al  y ield   v al u es.  R - s q u ar ed   ( R ²)   m etr ic  r ep r esen ts   t h p r o p o r ti o n   o f   v ar ia n ce   in   t h ac tu a y i eld   d ata  ex p lain ed   b y   th m o d el ' s   p r ed ictio n s .   A   v al u clo s er   to   1   in d icate s   b etter   f it.     3 . 2 .     Cla s s if ica t io m et ric s   C las s i f icatio n   tas k s   ar also   p ar o f   s u p er v is ed   ML   an d   ar ty p icall y   u s ed   f o r   ca teg o r is in g   d ata  b y   p r ed ictin g   its   co r r ec lab el.   I n   s o m ca s es,  m o d els  m i g h p r ed ict  y ie ld   ca teg o r ies   ( lo w ,   m e d iu m ,   h ig h )   in s tead   o f   co n ti n u o u s   v a lu e s .   Her ar th r elev an ev al u atio n   m e tr ics  u s ed   to   ev al u ate  clas s i f i ca tio n   alg o r it h m s :   A cc u r ac y   m etr ic  s i m p l y   m ea s u r es  t h p er ce n ta g o f   co r r e ctl y   cla s s i f ied   y ield   ca teg o r ie s .   F1 - s co r e   m etr ic  co n s id er s   b o th   p r ec is io n   ( p r o p o r tio n   o f   tr u p o s iti v es  a m o n g   p r ed icted   p o s itiv e s )   an d   r ec all  ( p r o p o r tio n   o f   tr u p o s itiv e s   id en ti f ied   b y   th m o d el) .   An   F1 - s co r clo s er   to   1   in d icate s   b etter   m o d el  p er f o r m a n ce ,   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KOM NI K A   T elec o m m u n   C o m p u t E C o n tr o l           A d va n ce d   cro p   yield   p r ed ictio n   u s in g   m a ch in lea r n in g   a n d   d ee p   le a r n in g :     ( A yu s h   A n a n d )   407   esp ec iall y   f o r   i m b ala n ce d   d ata s ets  w h er s o m y ie ld   ca teg o r ies   m i g h b less   f r eq u e n t.   Am o n g   th 8 0   p a p er s   co n s id er ed   in   o u r   r ev ie w   f o u r   class i f icat io n   m etr ics   w er u s ed   F - Sco r e,   r ec all,   p r ec is io n ,   ac cu r ac y   to tal  2 0   ti m e s   an d   r eg r ess io n   m etr ic s   w er u s ed   1 3 5   tim e s   in   to ta w h ich   co n s is ted   o f   MSE ,   R MSE ,   M A E ,   R ^2 ,   MA P E ,   r elativ r o o m ea n   s q u ar ed   er r o r   ( R R MSE ) an d   R   S co r e.       4.   RE SU L T S AN D I SCU SS I O N   Fo r   th p r esen r ev ie w ,   w h av co n s id er ed   b o th   co n f er en ce   an d   j o u r n al  ar ticles   to   en s u r a   co m p r e h en s iv e   an a l y s is   o f   t h ex i s ti n g   liter at u r e T o   m ai n tain   t h q u alit y   a n d   r elev a n ce   o f   th e   r ev ie w ,   w e   ap p lied   r ig o r o u s   i n clu s io n   a n d   ex cl u s io n   cr iter ia b ased   o n   p ar a m eter s   s u c h   as  r ele v a n ce   o f   s tu d ies   to   t h th e m e an d   alig n m e n w it h   th o b j ec tiv es  o f   o u r   s tu d y W h av f i n ali s ed   6 7   jo u r n al  ar ticles  an d   1 3   a r ticles  f r o m   co n f er en ce s   i.e . ,   8 4 % f r o m   j o u r n als a n d   1 6 % f r o m   co n f er en ce s   as r ep r esen ted   i n   Fi g u r 3 .           Fig u r 3 .   J o u r n al  v s   co n f er en c p ap er s         4 . 1 .     Resea rc q ues t io ns   4 . 1 . 1 .   RQ 1 :   w ha t   a re   t he  s t a t e - of - t he - a rt   t ec hn iqu es us e d ?   State - of - th e - ar tec h n iq u e s   ca n   b j u d g ed   b ased   o n   t h m o s u s ed   tec h n iq u es  i n   r ec e n p u b licatio n s   an d   th e   tec h n iq u es  o r   m o d els  t h at  te n d   to   p er f o r m   th e   b est  i n   v ar io u s   s t u d ies   to   p r ed ict  cr o p   y ield   p r o d u ctio n .   I n   th s tu d [ 3 7 ]   co n clu d ed   th at  r an d o m   f o r e s r eg r es s o r   o u tp er f o r m ed   all  o th er   s u p er v i s ed   lear n in g   m o d el s   in cl u d ed   in   t h s t u d y .   An o th er   s tu d y   [ 3 8 ]   th at  w as d o n o n   S o y ab ea n   cr o p   co n clu d ed   th at  t h b est - p er f o r m i n g   m o d el  w a s   R NN  i n   th s t u d y .   A   s i m ilar   s t u d y   [ 3 9 ]   s h o w ed   th r eliab ilit y   o f   m ak i n g   s i g n if ica n p r ed ictio n s .   T h s tu d y   [ 3 1 ]   also   co m p ar ed   v ar io u s   m o d els a n d   co n cl u d ed   th at  L ST o u tp er f o r m ed   all  o th er   m o d els i n   t h e   s tu d y .   An o th er   s t u d y   [ 4 0 ]   u s ed   an   o p tim is ed   L ST ap p r o a ch   to   r ec eiv h ig h   ac cu r ac y   in   p r ed ictio n .   T h s tu d y   [ 4 1 ]   ca r r ied   in   r eg io n   o f   C h i n o n   w i n ter   w h ea also   s h o w ed   th at  L ST p er f o r m ed   th b est  a m o n g   all   o th er   m o d els  in cl u d ed   in   th e   s tu d y .   T h r esear ch er s   [ 2 9 ]   th at  u s ed   B as s ei n   o p ti m izer   w i t h   L ST p er f o r m ed   th b est  a m o n g   all  m o d els.  C o n s id er in g   th d is c u s s ed   s t u d i es  an d   o th er   d etailed   s tu d ies  th at  w co m p ar ed   in   th i s   r e v ie w ,   w ca n   i n f er   t h a s tate  o f   ar alg o r ith m s   u s ed   ar en s e m b led   tr ee   m o d els  lik d ec is io n   tr ee ,   r an d o m   f o r est,  XGB o o s an d   L ST M,   R NN ,   an d   C NN  ar also   u s ed   th at  u s u all y   ten d   to   p er f o r m   b etter   co m p ar ed   to   th clas s ic  M L   m o d els.   Fig u r 4   s h o w s   t h n u m b er   o f   ti m e s   th e s alg o r it h m s   wer u s ed   in   all  t h co n s id er e d   s tu d ies.   r an d o m   f o r est  e m er g ed   as  t h m o s f r eq u en tl y   e m p lo y ed   alg o r ith m   ac r o s s   3 4   s t u d ies.  Fo llo w i n g   clo s el y   b eh in d   w er SVM ,   A NN,   L S T M,   least  ab s o lu te  s h r i n k a g e   an d   s elec tio n   o p er ato r   ( L A S SO ) ,   d ec is io n   tr ee   r eg r ess io n ,   lin ea r   r eg r ess io n ,   C NN,   an d   g r ad ien b o o s tin g   r eg r ess io n ,   w i th   u s ag co u n ts   o f   2 0 ,   1 6 ,   1 4 ,   1 4 ,   1 3 ,   1 3 ,   1 0 ,   an d   1 0   s tu d ies,  r esp ec tiv el y .   T h d iv er s it y   o f   alg o r i th m s   i n d icate s   th v ar iet y   o f   task s   p er f o r m ed   i n   th r esear ch .   T h o t h er s   in   th b elo w   f i g u r co n s is ted   o f   B a y esia n   R id g e,   R - C NN,   A C N N - B D L ST M,   lig h t   u s e f f ic ien c y   ( LU E) b a y es i an   r id g ( BR ) ,   Hu b er g   r eg r es s io n ,   lo n g   s h o r t - ter m   m e m o r y - Gau s s ia n   p r o ce s s   ( L ST M - GP ) w a v elet  co n v o l u tio n al  n eu r al  n et w o r k   ( W - C N N ) r ad ial  b asis   f u n c tio n   n e u r al  n et w o r k   ( R B F - NN ) ca b o o s r eg r ess io n ,   R es - NE T   2 D,   3 D ,   A B R ,   DC NN,   m u ltip le  lo g i s tic  r eg r ess io n ,   te m p o r al   co n v o lu tio n al  n e u r al  n et w o r k   ( T C NN ) ,   C NN - R N N,   co n v o l u tio n al  n eu r al  n et w o r k - Ga u s s ian   pr o ce s s   ( C NN - GP ) m u lti - v ie w   g ated   F u s io n   ( M V GF ) an d   ad ap tiv e   b o o s tin g   ( A D A   B o o s t )   ea ch   b ein g   u s ed   s i n g le  ti m i n   o u r   s elec ted   p ap er s   an d   co llectiv co u n t b ein g   1 9 .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   1 6 9 3 - 6930   T E L KOM NI K A   T elec o m m u n   C o m p u t E C o n tr o l ,   Vo l.  2 3 ,   No .   2 A p r il   20 2 5 4 0 2 - 415   408       Fig u r 4 .   C o u n t o f   al g o r it h m s       4 . 1 . 2 .   RQ 2 :   w hich a m o ng   ma chine le a rning   a nd   deep  lea rning   is   bet t er   f o m a k i ng   y ield  predict io n s ?   A   s t u d y   [ 4 2 ]   th a co m p ar ed   SVR ,   p ar tial  least  s q u ar es   ( P L S)  re g r ess io n ,   r an d o m   f o r est   r eg r ess io n   ( R FR )   an d   DNN  s h o w ed   th at  DNN  o u tp er f o r m ed   all  o th er   m o d el s   in   th s t u d y .   An o th er   s tu d y   [ 3 8 ]   d o n o n   s o y b ea n   cr o p   co m p ar ed   v ar io u s   M L   a n d   DL   m o d els  s u ch   a s   A D A   B o o s t,  DNN least  ab s o lu te  s h r i n k a g an d   s elec tio n   o p er ato r ,   r an d o m   f o r est,   an d   SVM  o u o f   w h ich   D NN  o u tp er f o r m ed   all  th m o d els.  T h s tu d y   [ 4 3 ]   w h ic h   i n cl u d ed   DNN  co m p a r ed   v ar io u s   m o d els   o u o f   w h i ch   SV R   a n d   KNN   o u tp er f o r m ed   all  o th er   m o d el s .   T h is   h ap p en ed   d u to   th s m a ll  d ataset  u s ed   to   tr ain   t h m o d el  s in ce   DNN  is   m o r s en s iti v to   th a m o u n o f   d ata  f ed   in to   it.  A   s i m ilar   s t u d y   [ 4 1 ]   w h ich   i n cl u d ed   L ASSO,  ra n d o m   f o r est,  an d   L S T co n clu d ed   th at  L ST p er f o r m ed   th b est  a m o n g   all  s tu d ied   m o d els  i n   p r ed ictin g   w i n ter   w h ea y ield   in   C h in a.   T h s tu d y   [ 1 8 ]   th at  co m p ar ed   DL   m o d els  s u c h   as  DNN,   C N N,   L ST M ,   an d   r an d o m   f o r est  s h o w ed   t h at  DNN  p er f o r m ed   b est  a m o n g   th co m p ar ed   m o d els.  T h r esear ch   w o r k   [ 4 4 ]   s h o w ed   th at  XGB o o s p er f o r m ed   b etter   th an   C NN   an d   L ST d u to   s m al d ata s et  a g ain   s h o w in g   th at   D L   m o d els  r eq u ir lar g e   d ataset.   An o th er   s t u d y   [ 3 0 ]   co n d u cted   o v er   th r e g io n   o f   P u n j ab ,   I n d ia  o n   W h ea cr o p   co m p ar ed   R NN  a n d   L ST w ith   A N N,   r an d o m   f o r est  an d   m u lti v ar iate  L i n ea r   r eg r ess io n .   R N an d   L ST o u tp er f o r m ed   th clas s ical  M L   alg o r it h m s   w it h   a   lar g m ar g i n .   An o t h er   s tu d y   [ 3 2 ]   th at  also   s h o w ed   th at  s tack ed   L ST o u tp er f o r m ed   o th er   ML   m o d el s   in cl u d ed   in   th s t u d y   s u c h   as   L A S SO  an d   S VR .   An o th er   s tu d y   [ 3 6 ]   th at  u s ed   en s e m b l ed   DL   m o d els   al s o   s h o w ed   t h at  C NN - R N N+   2 Fe ed   f o r w ar d   n e u r al  n et w o r k   o u tp er f o r m ed   lin ea r   r e g r ess io n ,   XGB o o s t,  r an d o m   f o r est  w i th   co n s id er ab le  d if f er en ce   in   test i n g   ac cu r ac y .   W h il it  ca n   b e   s aid   th at  th er is   n o   d ef in itiv an s w er   as  to   w h ic h   ML   p er f o r m s   b est.  I ca n   b e   co n clu d ed   f r o m   t h p r esen liter atu r th a th p er f o r m a n ce   o f   th e   m o d el s   m aj o r ly   d ep en d s   o n   th d ataset  th at  i s   b ein g   u s ed   an d   m o r o v er   th s ize  o f   d ataset.   I n   g en er al  w h e n   th er is   lar g d ataset  av a ilab le  DL   alg o r it h m s   ten d   to   p er f o r m   b etter   an d   w h e n   th er i s   co m p ar ativ el y   a   s m al ler   d ataset  ML   te n d   to   p er f o r m   b etter   f o r   m a k i n g   cr o p   y i eld   p r ed ictio n s .     4 . 1 . 3 .   RQ 3 :   w ha t   a re   m a t ric es us ed  f o m o del e v a lua t io n?   E v alu a tio n   m etr ic s   ar an   im p o r ta n asp ec o f   an y   s t u d y   a s   th ese  s er v as  th p ar am eter s   f o r   ev alu a tin g   h o w   w ell  m o d el  p er f o r m s .   T h s elec tio n   o f   ev alu atio n   m etr ics  d ep en d s   o n   th o b j ec tiv o f   th s tu d y   h o w e v er ,   th f e w   m o s t   u s ed   m etr ics  f o r   cr o p   y ield   p r ed ictio n   ar R MSE ,   R ^2 ,   a n d   MA E .   T h ese  ar e   u s ed   m o s tl y   i n   r eg r es s io n   ta s k s .   W h ile  R MSE   i s   g o o d   to   co m p ar m o d el s   o n   th s a m d a taset  th i s   is   n o th e   p er f ec p ar am eter   to   co m p ar e   m o d els  tr ain ed   o n   d if f er en d a tasets   as  R MSE   ca n   v ar y   a n d   d o esn h a v f i x ed   r an g e.   Fo r   co m p ar is o n   o f   m o d els  f r o m   d i f f er en s tu d ies,  R ^2   v a lu i s   u s ed   b ec au s th v a lu r a n g e s   f r o m   0   to   1 ,   1   b ein g   p er f ec m o d el.   St u d ies  o f ten   u s m o r e   th an   o n e v alu a tio n   m etr ic  f o r   m o d el  ev al u atio n   to   g iv b etter   id ea   f o r   c o m p ar is o n   s u c h   as  [4 5]   co m p ar in g   4   m o d els  o n   all  t h r ee   p ar a m eter s   to   p r ed ict  th y ield .   A u th o r s   h av s i m ilar l y   [ 1 8 ]   m ad u s o f   R ^2   an d   R MSE   to   ev al u ate  p r ed ictio n s   m ad o n   w h ea cr o p s .   T h Fig u r 5   s h o w s   th e   f r eq u en c y   o f   ev al u atio n   m etr ics  u s ed   i n   t h p ap er .   T h R MSE   is   t h m o s u s ed   ev alu a tio n   m etr ic  f o llo w ed   b y   R ^2   an d   M A E .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KOM NI K A   T elec o m m u n   C o m p u t E C o n tr o l           A d va n ce d   cro p   yield   p r ed ictio n   u s in g   m a ch in lea r n in g   a n d   d ee p   le a r n in g :     ( A yu s h   A n a n d )   409       Fig u r 5 .   E v alu atio n   m e tr ics u s ed   in   p ap er s       4 . 1 . 4 .   RQ 4 :   w ha t   a re   t he  da t a   s o urce s ?   Data   s o u r ce s   p r i m ar il y   d ep en d   u p o n   th r eg io n   o f   s tu d y   a n d   th t y p o f   cr o p   b ein g   s t u d ied .   C r o p   lar g el y   d ep en d s   u p o n   m eteo r o lo g ical  d ata  s u c h   as  r ai n f all,   t e m p er atu r e,   an d   h u m id it y .   Na tio n al  Oce a n ic  a n d   A t m o s p h er ic  A d m i n is tr atio n   ( NOA A )   w h ic h   is   p ar o f   t h U. S.  Dep ar t m e n o f   C o m m er ce   s to r es  w id e   r an g o f   m e teo r o lo g ical  d atasets   m aj o r ly   f r o m   th U. S.  T er r ito r ies  an d   w a ter s .   St u d ies   s u c h   as  [ 2 0 ] [ 4 6 ]   co n d u cted   o v er   th U. m a k e   u s o f   th i s   s er v ice.   Si m i lar   to   NOAA   co u n tr ies  h a v t h eir   o w n   d atac en tr to   m o n ito r   an d   co llect  d ata  f o r   r esear ch   s u ch   as  t h s t u d y   [ 4 7 ]   co n d u cted   o n   C o lu m b ia  u s ed   d ataset  o b tain ed   f r o m   t h C o n s u l tatio n   an d   D o w n lo ad   o f   H y d r o m eteo r o lo g ical  Data   s y s te m   o f   th I n s tit u te  o f   H y d r o lo g y ,   Me teo r o lo g y   an d   E n v ir o n m e n tal  S tu d y   o f   C o lu m b ia,   Mi n is tr y   o f   Ag r ic u lt u r al  a n d   R u r al  De v elo p m en t.   An o t h er   s tu d y   [ 4 8 ]   co n d u cte d   o v er   T am il  Nad u ,   I n d ia  u s ed   th Dep ar t m e n o f   E co n o m ics   an d   Sta tis tic s ,   Go v er n m en o f   T a m il  Nad u .   Si m i lar   s t u d ies  [ 4 9 ] [ 5 0 ]   also   u s ed   I n d ia n   g o v er n m en s o u r ce s   to   o b tain   d ata.   T h y ie ld   d ata  o f   cr o p   p ar ticu lar l y   is   o b tai n ed   f r o m   t h U n i ted   States   Dep ar t m e n o f   Ag r icu lt u r s u ch   a s   i n   th s t u d ies  [ 3 4 ] [ 5 1 ] - [ 5 6 ] .     R e m o te  s e n s i n g   d ata  is   ac tiv el y   u s ed   to   m o n ito r   cr o p s .   Am o n g   o u r   s elec ted   s t u d ies  s atell it d ata  w as   th m aj o r   s o u r ce   o f   r em o te  s e n s i n g   d ata  w it h   s o m s tu d ie s   also   u s i n g   u n m a n n ed   ae r ial  v e h icle  ( U A V) .   Fo r   th s atel lites ,   MO DI w as  u s e d   m aj o r l y   f o r   th ca lcu latio n   o f   Veg eta tio n   I n d ice s   in   5 8 o f   th s tu d ie s   s u c h   as  [ 1 4 ] [ 1 9 ] [ 2 6 ] [ 3 5 ] [ 4 4 ] [ 5 1 ] [ 5 7 ] - [ 6 1 ] .   Fo llo w ed   b y   L a n d s at  8   s atellite  u s ed   in   th s t u d ies     [ 1 3 ] [ 5 7 ] ,   [ 6 2 ] ,   [ 6 3 ]   an d   L an d s at  7   u s ed   i n   th s t u d ies  [ 3 5 ] [ 6 2 ] .   T h is   w as  f o llo w ed   b y   t h u s o f   o th e r   s atellite s   s u ch   a s   Se n ti n e 2   [ 2 3 ] [ 3 5 ] ,   [ 5 2 ] ,   [ 5 7 ] ,   [ 6 2 ] ,   Sen tin el  2 B   an d   Sen t in el  2 B   [ 6 4 ] ,   W o r ld   View - 3   an d   UAV  [ 4 2 ] ,   L an d s at  2 ,   L a n d s a 2   ( L 2 A )   [ 6 5 ] ,   an d   Sen ti n el  2 L 1 C   [ 1 1 ] .   T h Fig u r 6   r ep r esen t s   th s atellite   s o u r ce s   u s ed   in   t h s t u d ies.             Fig u r 6 .   T y p o f   s atellite s   u s ed   in   th s t u d y         4 . 1 . 5 .   RQ 5 :   w ha t   a re   t he  m o s t   us ed  f ea t ures?   Me teo r o lo g ical  d ata  is   cr u cial  f o r   m a k i n g   ac cu r ate  p r ed ictio n s .   T h ty p o f   m eteo r o lo g i ca f ea tu r e   d ep en d s   o n   th cr o p   b ein g   s tu d ied .   Ho w e v er ,   th er ar ce r tain   g r o u p   o f   m o s co m m o n l y   u s ed   f ea tu r e s   w e   h av e n co u n ter ed   in   o u r   s e lec ted   p ap er s   s u ch   as  te m p e r atu r e.   T h is   w as  t h m o s u s ed   f ea tu r a m o n g   all  t h e   s elec ted   s tu d ie s   s u ch   a s   [ 1 4 ] [ 1 9 ] [ 4 1 ] [ 4 7 ] [ 5 2 ] [ 5 9 ] ,   [ 6 5 ] - [ 7 5 ]   f o llo w ed   b y   p r ec ip itatio n   in   t h s t u d ie s   [ 1 5 ] ,   [ 1 7 ] ,   [ 1 8 ] ,   [ 2 1 ] ,   [ 3 3 ] ,   [ 5 2 ] ,   [ 5 4 ] ,   [ 5 9 ] ,   [ 7 2 ] ,   [ 7 4 ] - [ 7 6 ] ,   r ain f all  [ 1 2 ] ,   [ 1 4 ] ,   [ 4 8 ] ,   [ 6 7 ] ,   [ 6 9 ] ,   [ 7 0 ] ,   [ 7 7 ] - [ 7 9 ] v ap o u r   p r ess u r [ 1 9 ] [ 8 0 ]   a n d   o th er   m e teo r o lo g ical  d ata  s u c h   as  h u m id it y ,   w i n d   s p e ed ,   h u m id it y .   So il   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   1 6 9 3 - 6930   T E L KOM NI K A   T elec o m m u n   C o m p u t E C o n tr o l ,   Vo l.  2 3 ,   No .   2 A p r il   20 2 5 4 0 2 - 415   410   ch ar ac ter is tic s   s u c h   as  Ni tr o g en ,   P h o s p h o r u s   a n d   p o tass iu m   w er m o s u s ed   s o il  f ea tu r es  [ 2 2 ] ,   [ 3 3 ] ,   [ 4 1 ] ,   [ 6 5 ] ,   [ 6 8 ] ,   [ 6 9 ] ,   [ 8 1 ] - [ 8 3 ]   f o l lo w ed   b y   So il  P h   [ 2 2 ] ,   [ 4 1 ] ,   [ 5 0 ] ,   [ 5 4 ] ,   [ 7 6 ] ,   [ 8 2 ] ,   [ 8 4 ] .   A m o n g   t h v e g etatio n   in d ices  o b tain ed   f r o m   s atellite   i m ag e s   n o r m a lized   d if f er e n c v eg etatio n   in d e x   ( NDVI )   [ 1 1 ] ,   [ 1 3 ] ,   [ 1 4 ] ,   [ 1 9 ] ,   [ 2 3 ] ,   [ 2 6 ] ,   [ 2 9 ] ,   [ 5 7 ] ,   [ 5 8 ] ,   [ 6 5 ] ,   [ 6 8 ] ,   [ 8 5 ] - [ 8 7 ]   w a s   t h m o s u s ed   v e g etatio n   i n d ex   f o ll o w ed   b y   E n h an ce d   Veg etatio n   I n d ex   ( E VI )   [ 1 3 ] - [ 1 5 ] ,   [ 1 8 ] ,   [ 5 7 ] ,   [ 5 8 ] ,   [ 6 0 ] ,   [ 7 8 ] ,   [ 8 8 ] ,   an d   L A I   [ 2 3 ] ,   [ 2 9 ] ,   [ 5 6 ] ,   [ 6 2 ] ,   [ 7 5 ] Fig u r 7   s h o w s   t h to tal  co u n t   o f   th m o s t u s ed   f ea t u r es u s e d   in   th s elec ted   p ap er s .           Fig u r 7 .   C o u n of   f ea t u r es       4 . 1 . 6 .   RQ 6 :   w hich  a m o ng   ens e m b led  m o dels   a nd   t ra ditio na m a c hin lea rn ing   a nd   deep  lea rni ng   perf o r m   bet t er ?   E n s em b led   m o d els   a r w a y   o f   in teg r at in g   m o r th an   o n e   c lass ic al  m o d el  to   g et  ad v an t ag es  o f   b o th   an d   in cr ea s th e   a cc u r ac y   o f   th p r ed ict io n .   T h p a p e r   [ 5 2 ]   d em o n s tr at es  th e   ef f ec t iv en ess   o f   en s em b le   m o d els   th at   c o m b in C N N   an d   DNN   in   p r ed ict in g   c o r n   y iel d s .   T h en s em b le   m o d e ls   o u t p e r f o r m ed   in d iv id u al   ML   m o d els,   s u g g esti n g   th at   th e   co m b in ati o n   o f   d if f er en t   ty p es  o f   n eu r al   n etw o r k s   ca n   i m p r o v e   p r e d i cti o n   ac cu r a cy .   Sim ilar ly ,   th e   r esea r ch   [ 2 7 ]   als o   ad v o c ates   f o r   e n s em b le  m o d els   in   c o r n   y ield   f o r e ca s t in g .   T h e   o p tim ized   w eig h ted   en s em b le   an d   th av e r ag e   en s em b le   w e r f o u n d   to   b th m o s p r ec is m o d e ls .   A n o th er   s tu d y   [ 8 7 ]   u s e d   en s em b le   t r e e   m eth o d s ,   s p ec if i ca l ly   b o o s te d   r eg r ess i o n   t r ee s   ( B R T )   an d   r an d o m   f o r ests ,   f o r   ea r ly   p r e d i cti o n   o f   w in ter   w h e at   y ield .   T h e   r esu lts   s u g g est   t h at  en s em b le   t r e e   m eth o d s   ca n   ef f ec tiv ely   h an d le   co m p lex   in t er ac ti o n s   b etw ee n   v ar ia b l es  an d   im p r o v p r ed i cti o n   a cc u r a cy .   T h s tu d y   [ 8 9 ]   f o cu s e d   o n   p r e d ic tin g   s u g a r ca n y iel d   in   B r az il   u s in g   NDV I   tim s e r i es   an d   n eu r al   n e tw o r k s   en s em b l an d   als o   s u g g este d   th at  en s em b le  m eth o d s   ca n   b e   ef f ec tiv e   in   d if f e r en t   g e o g r ap h ical   l o c ati o n s   an d   f o r   d if f er en t   cr o p s .   Fro m   th e s s t u d ies,  it  s ee m s   th at  en s e m b le  m et h o d s ,   w h eth er   th e y   ar b ased   o n   class ical  M L   alg o r ith m s   o r   DL   alg o r it h m s ,   s h o w   s u p er io r   p er f o r m a n ce   i n   cr o p   y ield   p r ed ictio n .   T h en s e m b le  m eth o d s   ca n   ef f ec tiv e l y   co m b i n th s tr en g th s   o f   m u lt ip le  m o d els  to   im p r o v p r ed ictio n   ac cu r ac y   an d   p r ec is io n .   Ho w e v er ,   it’ s   i m p o r tan to   n o te  t h at  th e   ch o ice  b et w ee n   en s e m b le  an d   class ical  ML   o r   DL   al g o r ith m s   m a y   d ep en d   o n   th s p ec i f ic  p r o b le m   an d   d at at  h an d .   W h ile  e n s e m b le  m et h o d s   h a v s h o w n   p r o m i s i n g   r es u lt s   i n   th e s s tu d ie s ,   class ical  M L   o r   DL   al g o r ith m s   m i g h t p er f o r m   b etter   in   o th er   s ce n ar io s .     4 . 1 . 7 .   RQ 7 :   w ha t   a re   t he  li m it a t io ns   a nd   f uture   direct io ns ?   W ith   ad v an c in g   tech n o lo g y   o f   s atell ites ,   it  h a s   b ec o m ea s ier   to   m o n i to r   cr o p s   an d   o b tain   d ata  f o r   m ak in g   p r ed ictio n s .   Ho w e v er ,   lar g m o d el  t h at  h ea v il y   r elies  o n   s atellite   d ata  is   s till   v er y   d i f f icu l to   r u n   b ec au s o f   th v er y   h i g h - r e s o lu tio n   s a tellite  i m ag e s   th at  ar t y p icall y   co u p le  o f   g i g ab y te s ,   an d   th e y   h av to   b co llected   f o r   a   ce r tain   p er i o d   to   m ak h i s to r ic  d ataset  f o r   p r ed ictio n s   m ak in g   it  co s t l y   to   r u n .   T h is   h a s   h o w ev er   b ee n   m ad litt le  e asier   b y   Go o g le  E ar th   E n g i n w h ic h   u s es  clo u d   co m p u ti n g   f o r   r u n n in g   s u ch   h ea v y   co m p u tat io n s .   B u w it h   lar g s tu d y   ar ea s ,   th is   is   s till   p r o b lem   as  p latf o r m s   lik E ar th   E n g i n h a v th eir   li m itat io n s   s u ch   a s   ti m e   o u li m it,  a n d   li m ited   s ize   o f   p ar ticu lar   s atell ite  I m a g es   f o r   co m p u tatio n   at  a   ti m e.   Fo r   v er y   lar g s t u d y   ar e as,  it s   n ec es s ar y   to   b u y   h ig h   clo u d   s to r ag o n   p lat f o r m s   lik E ar th   E n g i n f o r   m ak in g   ca lc u latio n s   o r   w o r k   o n   v er y   h i g h - e n d   m ac h in e s   wh ich   ar t y p icall y   o n l y   i n   L a b s .   Fo r   r esear ch er s   lo o k in g   to   u s th ese  Sate llit i m ag e s   d ir ec tl y ,   th e y   h av e   to   b e   d o w n lo ad ed   to   p er f o r m   o p er atio n s   u s i n g   v ar io u s   f r a m e w o r k s   s u c h   as   Geo s p atial  L ib r ar ies  an d   Op en C V.   His to r ic  i m a g es   o f   a n   a r ea   f o r   co u p le  o f   y ea r s   ca n   ea s il y   g o   o v er   f e h u n d r ed   g i g ab y te s   an d   m o r e.   T h is   r eq u ir es v er y   h ig h   s to r a g ca p ac it y   an d   v er y   ad v an ce d   an d   ca p ab le  GP Us  f o r   i m ag f ea t u r e x tr ac tio n s .   T h co s r ed u ctio n   ca n   b lo o k ed   as  j o in e f f o r t   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KOM NI K A   T elec o m m u n   C o m p u t E C o n tr o l           A d va n ce d   cro p   yield   p r ed ictio n   u s in g   m a ch in lea r n in g   a n d   d ee p   le a r n in g :     ( A yu s h   A n a n d )   411   o f   r esear ch er s   in   t h f ield   t h at  ca n   s et   u p   lab s   d ed icate d   to   cr o p   p r ed ictio n s   an d   o th er   r elate d   w o r k   to   cr o p s ,   to   g r o w   t h co m m u n it y   a n d   h elp   r esear ch er s   co llab o r ate  w h ich   w o u ld   in   t u r n   r ed u ce   t h co s t.   I n   d ev elo p ed   co u n tr ies  li k T h U n ited   Sta tes  a n d   C a n ad th Ag r icu ltu r s ec to r   is   v er y   o r g an i s ed   th at  t h g o v er n m e n is   ab le  t o   r elea s h ig h - r eso lu tio n   cr o p   d ata  lay er .   T h cr o p   ca n   b id en ti f ied   th r o u g h   C D L   w i th o u an y   o th er   p r ep r o c ess in g .   T h is   is   v er y   u s ef u as  it  allo w s   r esear ch er s   to   elim i n ate  th u n n ec es s ar y   f ield s   o r   r o a d s   a n d   b u ild in g s   b ein g   co n s id er ed   in   th d ataset.   Ho w e v er ,   th er ar e   o n l y   f e w   co u n tr ies   th a t h a v b ee n   ab le  t o   d o   th is .   I n   d e v elo p in g   co u n t r ies cr o p   d ata  la y er s   ar s ti ll  u n attai n ab le  b ec au s e   o f   m i x ed   ag r icu lt u r al  p r ac tices  an d   lack   o f   m o n ito r in g   b y   t h g o v er n m en w h ic h   m a k es  it  d if f ic u lt  f o r   r esear ch er s   to   tr ac k   d o w n   t h e   ex ac ar ea   o f   t h cr o p lan d   t h at  is   to   b s t u d ied .   T h is   m a k e s   cr o p   d ata  lay er s   v er y   cr u cia p ar o f   s tu d ie s   r elate d   to   cr o p s   as  th e y   ar r esp o n s ib le  f o r   th p r ec is io n   o f   th s tu d y   as  s ate llit e   i m a g es  b ein g   u s ed   d ir ec tl y   ca n n o p r o v id as  s ate llit i m a g co n tai n s   i n f o r m atio n   o f   n o o n l y   t h cr o p lan d   b u also   o f   s u r r o u n d in g   u n cr o p p ed   ar ea   th at  is   n o n ee d ed   f o r   s tu d y .   W h ile  i is   d i f f icu lt  to   m ak cr o p   d ata   la y er s   i n   d ev elo p in g   co u n tr ies,  ef f o r ts   ca n   b m ad b y   s tar tin g   to   w o r k   w it h   s m all  ar ea s   th at  co v er   a   p ar ticu lar   s tate,   d is tr ict  o r   co u n t y   an d   f u r t h er   b ex p an d ed   to   o th er   ar ea s   o f   t h co u n tr y .   T h is ,   h o w e v er ,   w o u ld   r eq u ir lo o f   g r o u n d w o r k   as  w el to   o r g an is t h ag r ic u lt u r al  p r ac tices  s o   tr ac k in g   cr o p   f ield s   ca n   b m ad e   ea s ier   f o r   p ar ticu lar   cr o p .   Mu lti - s o u r ce   d ata  ca n   also   b e   ex p er i m e n ted   in cl u d in g   d if f er en s o il  f ea t u r es,   w ater ,   a n d   cli m ate  f o r   ea ch   c r o p   s o   th r esear ch er   ca n   m a k in f o r m ed   d ec is io n s   a s   to   w h at  e x ac f ea tu r e s   i m p ac th cr o p   th at  i s   b ein g   s tu d ied .   T h m o r r elev an V I s   s u c h   as  p er p en d icu lar   v e g e tatio n   in d e x   ( P VI ) s o il - ad j u s ted   v e g etatio n   in d e x   ( S A VI ) at m o s p h er icall y   r esis ta n v e g etatio n   in d e x   ( AR VI ) ,   s o lar - in d u ce d   f l u o r escen ce   ( SIF ) ,   a n d   d if f er en ce   v e g etat io n   i n d ex   ( D VI )   ca n   also   b u s ed   to   f u r t h er   f o r   m ak in g   ac c u r ate   s tu d ie s .   C o m p ar in g   t h i s   s t u d y   w it h   s i m ila r   r ev ie w s ,   ac co r d in g   to   r ev ie w   [ 7 ] ,   th m o s f r eq u en tl y   u s ed   f ea t u r es  i n cl u d te m p er at u r e,   s o il  t y p e,   an d   r ai n f all,   w i th   n eu r al   n et w o r k s   a n d   li n ea r   r e g r ess io n   b ei n g   th e   m o s co m m o n   al g o r it h m s ,   f o llo w ed   b y   r an d o m   f o r est  a n d   SVM.   C o m m o n   e v al u atio n   m etr ics  w er R MSE   an d   R R ^2 .   A n o t h er   s t u d y   [ 6 ]   n o ted   L ST an d   C NN - b ased   ap p r o ac h es  as  p r ev alen D L   tech n iq u es,  p r i m ar il y   u s i n g   th M ODI s ate llit e,   f o llo w ed   b y   L a n d s at  8   an d   L an d s at  7 ,   w it h   VI s ,   m eteo r o lo g i ca d ata,   an d   y ield   in f o r m atio n   a s   k e y   f ea t u r es.  A d d itio n al l y ,   [ 8 ]   id en tif ied   V I s   an d   s atellite  d ata,   alo n g s id h is to r ical  y ield   an d   cli m ate  d ata,   as  f r eq u en t l y   u s ed   in p u ts ,   w it h   r an d o m   f o r est   an d   A NN  a s   to p   alg o r ith m s ,   f o llo w ed   b y   C NN,   u s i n g   R MSE ,   A cc u r ac y ,   an d   R 2 R ^2 R 2   f o r   ev al u atio n .   Si m ilar l y ,   [ 9 ]   o b s er v ed   im ag e s ,   p r ec ip itatio n ,   an d   ac tu al  y ie ld   as  m aj o r   f ea tu r es ,   w it h   C NN,   L ST M,   A NN,   an d   DNN  as  co m m o n   alg o r it h m s ,   u s i n g   R MSE   as   th p r i m ar y   ev al u atio n   m e tr ic.   An o th er   r ev ie w   [ 1 0 ]   s h o w ed   C NN  a n d   R NN  a s   th m o s t - u s ed   al g o r ith m s .   I n   co m p ar is o n ,   o u r   s t u d y   h ig h li g h ts   te m p er atu r a n d   p r ec ip itatio n   as  p r i m ar y   f ea t u r es,  MO DI an d   L a n d s at  8   as   p r im ar y   s atellite s ,   w ith   R MSE   an d   R ^2   as  m ai n   ev al u atio n   m etr ics,  an d   r an d o m   f o r est  an d   SVM  as  p r ev alen m o d el s ,   w it h   C NN  a n d   L ST as  s tate - of - t h e - ar tec h n iq u es.  T ab le  3   r e p r esen ts   th co m p ar is o n   a m o n g   r an d o m l y   s elec ted   p ap er s .       T ab le  3 C o m p ar is o n   w i th   s i m ilar   w o r k   R e f   P a p e r   f o c u s   F i n d i n g s   [ 4 6 ]   I mp r o v i n g   c r o p   y i e l d   p r e d i c t i o n   i n   M o r o c c o .   M L   mo d e l o u t p e r f o r me d   st a t i s t i c a l   mo d e l i n m a k i n g   p r e d i c t i o n s .   M L   mo d e l s a c h i e v e d   R ^ 2   r a n g i n g   f r o m 0 . 7 6   t o   0 . 8 4 .   [ 5 2 ]   C o u n t y   l e v e l   c o r n   y i e l d   p r e d i c t i o n   u si n g   C N N - D N N   i n   U S   c o r n   b e l t .   T h e   mo d e l   mad e   2 0 1 9   p r e d i c t i o n   w i t h   R M S o f   8 6 6   k g / h a .   [ 7 6 ]   I mp r o v i n g   c r o p   y i e l d   p r e d i c t i o n   i n   C h i n a .   P r o p o se d   a   mo d e l   t h a t   p r e d i c t p r e   se a so n   a n d   i n   se a so n   p r e d i c t i o n   f o r   5   c r o p s.   [ 6 3 ]   S i l a g e   mai z e   y i e l d   p r e d i c t i o n   u s i n g   t i me   se r i e s d a t a se t   f r o m N D V I .   B R T   h a d   h i g h e st   R   v a l u e   o f   0 . 8 7 .   [ 2 8 ]   P r o p o se d   a   f r a me w o r k   f o r   w h e a t   y i e l d   p r e d i c t i o n .   L A S S O   r e c e i v e d   h i g h e st   p e r f o r man c e   w i t h   R ^ 2   o f   0 . 9 3 .       T h f in d in g s   o f   t h r esear ch   q u esti o n s   i n   th is   s t u d y   h ig h lig h th at,   lead i n g   cr o p   y ie ld   p r ed ictio n   m o d el s   in cl u d en s e m b le  tec h n iq u es  li k r an d o m   f o r est  a n d   XGB o o s t,  alo n g s id D L   ap p r o ac h es  s u ch   a s   L ST an d   C NN.   E ac h   m o d el  t y p o f f er s   d is tin c s tr en g th s   d e p en d in g   o n   d ataset  s iz an d   co m p le x it y .   E n s e m b le  an d   n eu r al  n et w o r k   m o d els  w o r k   esp ec iall y   w el w it h   lar g er   d atasets   d u to   th e ir   ab ilit y   to   ca p tu r co m p le x   p atter n s ,   w h ile  tr ad i tio n al  ML   m o d els  ca n   p er f o r m   ef f ec ti v el y   w it h   s m aller   d atasets .   Me tr ics  li k R MSE ,   R ²,   a n d   M A E   ar co m m o n l y   u s ed   to   ev al u ate  m o d el  ac cu r ac y   an d   r eliab ilit y .   Data   s o u r ce s   s p an   m eteo r o lo g ical  i n f o r m atio n   f r o m   o r g a n i s atio n s   li k NO AA ,   w h er te m p er atu r i s   f r eq u en tl y   u s ed   f ea t u r e,   to   s atellite - b ased   r e m o te  s en s in g   d ata  w it h   v e g etatio n   i n d i ce s   lik e   NDVI   a n d   E VI ,   w h i ch   ar ess e n tia f o r   m o n ito r i n g   cr o p   h ea lt h .   Ho wev er ,   ch alle n g e s   p er s is t,  s u c h   as  th h i g h   co m p u tat io n al  c o s o f   p r o ce s s in g   s atellite  i m ag er y   an d   li m ited   cr o p   d ata  av ailab ilit y   i n   d ev elo p in g   r eg io n s .   Fu tu r r esear ch   s h o u ld   f o cu s   o n   i m p r o v i n g   m o d el  ef f icie n c y ,   c r ea tin g   cr o p - s p ec i f ic  d ata  r eso u r ce s   in   r u r al  ar ea s ,   an d   f o s ter in g   co llab o r atio n s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.