論文の概要: MMST-ViT: Climate Change-aware Crop Yield Prediction via Multi-Modal Spatial-Temporal Vision Transformer

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2309.09067v2
• Date: Tue, 19 Sep 2023 16:24:28 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-09-20 11:11:24.368598
• Title: MMST-ViT: Climate Change-aware Crop Yield Prediction via Multi-Modal Spatial-Temporal Vision Transformer
• Title（参考訳）: MMST-ViT:マルチモーダル空間時間視覚変換器による気候変動を考慮した作物収量予測
• Authors: Fudong Lin, Summer Crawford, Kaleb Guillot, Yihe Zhang, Yan Chen, Xu Yuan, Li Chen, Shelby Williams, Robert Minvielle, Xiangming Xiao, Drew Gholson, Nicolas Ashwell, Tri Setiyono, Brenda Tubana, Lu Peng, Magdy Bayoumi, Nian-Feng Tzeng
• Abstract要約: 我々は,多モード空間時間視覚変換器(MMST-ViT)という,深層学習に基づくソリューションを開発し,アメリカ合衆国全域の郡レベルで収穫量を予測する。 MMST-ViTはマルチモード変換器、空間変換器、テンポラル変換器で構成される。 米国内の200以上の郡で広範な実験を行い、MMST-ViTがそれを上回る結果を得た。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 21.577866420625025
• License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
• Abstract: Precise crop yield prediction provides valuable information for agricultural planning and decision-making processes. However, timely predicting crop yields remains challenging as crop growth is sensitive to growing season weather variation and climate change. In this work, we develop a deep learning-based solution, namely Multi-Modal Spatial-Temporal Vision Transformer (MMST-ViT), for predicting crop yields at the county level across the United States, by considering the effects of short-term meteorological variations during the growing season and the long-term climate change on crops. Specifically, our MMST-ViT consists of a Multi-Modal Transformer, a Spatial Transformer, and a Temporal Transformer. The Multi-Modal Transformer leverages both visual remote sensing data and short-term meteorological data for modeling the effect of growing season weather variations on crop growth. The Spatial Transformer learns the high-resolution spatial dependency among counties for accurate agricultural tracking. The Temporal Transformer captures the long-range temporal dependency for learning the impact of long-term climate change on crops. Meanwhile, we also devise a novel multi-modal contrastive learning technique to pre-train our model without extensive human supervision. Hence, our MMST-ViT captures the impacts of both short-term weather variations and long-term climate change on crops by leveraging both satellite images and meteorological data. We have conducted extensive experiments on over 200 counties in the United States, with the experimental results exhibiting that our MMST-ViT outperforms its counterparts under three performance metrics of interest.
• Abstract（参考訳）: 正確な収穫予測は、農業計画と意思決定プロセスに貴重な情報を提供する。 しかし、作物の生育が季節の気象変動や気候変動に敏感であるため、収穫量を予測する時期尚早である。 本研究では,生育期における短期気象変動と作物の長期的気候変化の影響を考慮し,米国全域の郡レベルでの作物収量を予測するための,多モード空間時空間視覚トランスフォーマ(mmst-vit)という深層学習に基づくソリューションを開発した。 具体的には,Multi-Modal Transformer,Spatial Transformer,Temporal Transformerから構成される。 Multi-Modal Transformerは、視覚的リモートセンシングデータと短期気象データの両方を利用して、季節変動が作物の成長に与える影響をモデル化する。 空間変換器は、正確な農業追跡のために郡間の高分解能空間依存性を学習する。 テンポラルトランスフォーマーは、長期的な気候変動が作物に与える影響を学ぶための長期の時間的依存を捉えます。 また,人間の介入なしにモデルの事前学習を行うための,新しいマルチモーダルコントラスト学習手法を考案した。 その結果,衛星画像と気象データを利用して,短期的な気象変動と作物に対する長期的気候変動の影響を把握できた。 我々は米国の200以上の郡で広範な実験を行い、実験の結果、我々のmmst-vitは3つのパフォーマンス指標でその郡よりも優れています。

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