Explainable AI for UK agricultural land use decision-making
Explainable AI for UK agricultural land use decision-making
批准号:
NE/T004002/1
负责人:
Christopher Nemeth
金额:
$5.5万
依托单位:
依托单位国家:
英国
项目类别:
Research Grant
财政年份:
2019
资助国家:
英国
项目状态:
已结题
起止时间:
2019 至 --
中文摘要
农业土地利用动态及其相关驱动因素是高度复杂的流动系统,在空间和时间尺度上受非线性、敏感性和不确定性的影响。因此,使用传统的统计建模方法来表示它们是具有挑战性的。现有的以过程为基础的建模使人们能够在理解支撑农业土地利用系统(如作物、牲畜和生物地球化学模型)的个别生物物理过程方面取得进展。然而,这些方法往往侧重于个别进程的细节,或在大范围内将有限数量的进程联系起来,从而基本上忽视了土地利用系统的多种相互作用的生物物理和社会经济组成部分之间的复杂相互依存关系。人工智能(AI)技术为补充这种建模方法提供了巨大的潜力,它通过从地面传感器(如经常用于精准农业的)和地球观测卫星挖掘“大数据”中封装的深层知识(例如,耕作模式和行为)。这将使人们更深入地了解农业土地利用系统流动的过去和当前状态和时空动态,以及农业政策和相关农场管理做法的决定如何影响这些流动。我们的建议旨在通过使用概率推理和显式的IF-THEN规则来开发一个新的可解释的人工智能框架,该框架是透明的、数据驱动的和空间显式的。我们将演示英国两个试点地区(牛津郡和林肯郡)的概念验证,框架将以一种易于扩展到整个英国的方式建立。具体地说,我们将利用农业土地利用和生产数据集的时间序列(行业项目合作伙伴Soyl提供的实物支持)来确定导致试点地区农业土地利用历史性变化的关键社会经济和环境驱动因素。然后,我们将建立可解释的人工智能规则来表征这些农业土地利用变化,并通过机器学习和参数优化在框架内进行优化。我们将展示和测试可解释人工智能框架的潜力,为预测两个试验区的农业土地利用变化模式提供一种新的和强大的方法。这将包括测试人工智能框架的能力,以提高对过去和现在的农业土地利用动态的理解,跨越多个时间和空间尺度,从‘大数据’。它还将评估利用传感器数据实时不断更新土地利用动态预测的潜力。这可以在某些驾驶条件被触发或被用来反复改进对土地利用变化的短期预测及其对不确定性的估计时提供早期预警。
英文摘要
Agricultural land use dynamics and their associated driving factors represent highly complex systems of flows that are subject to non-linearities, sensitivities, and uncertainties across spatial and temporal scales. They are therefore challenging to represent using traditional statistical modelling approaches. Existing process-based modelling has enabled advances in understanding of individual biophysical processes underpinning agricultural land use systems (e.g. crop, livestock and biogeochemical models). However, these tend to focus on individual processes in detail or link a limited number of processes at large scales, thereby mostly ignoring the complex interdependencies between the multiple interacting biophysical and socio-economic components of land use systems. Artificial intelligence (AI) techniques offer great potential to complement such modelling approaches by mining the deep knowledge (e.g. farming patterns and behaviours) encapsulated in 'big' data from ground-based sensors (such as frequently used for precision farming) and Earth Observation satellites. This will deliver enhanced insight on the past and current state and spatio-temporal dynamics of agricultural land use system flows and how they can be influenced by decisions on agricultural policies and related farm management practices. Our proposal aims to develop a novel explainable AI framework that is transparent, data-driven and spatially-explicit by using probabilistic inference and explicit "if-then" rules. We will demonstrate proof-of-concept for two pilot regions of the UK (Oxfordshire and Lincolnshire), and the framework will be set up in a way that can be readily expanded to the whole UK. Specifically, we will draw on time-series of agricultural land use and production datasets (in-kind support from industry project partner SOYL) to identify the key socio-economic and environmental driving factors that have led to historic agricultural land use changes in the pilot regions. We will then establish explainable AI-rules for the characterisation of these agricultural land use changes and refine them within the framework through machine learning and parameter optimisation.We will demonstrate and test the potential of the explainable AI framework for providing a new and robust method for predicting changing patterns of agricultural land use in the two pilot regions. This will include testing the ability of the AI framework for improving understanding of past and present agricultural land use dynamics across multiple temporal and spatial scales from 'big' data. It will also assess the potential for continually updating the predictions of land use dynamics in real-time using data from sensors. This could provide early warning when certain driving conditions are triggered or used to repeatedly refine short-term projections of land use change and their estimates of uncertainty.
期刊论文(10)
专著(0)
科研奖励(0)
会议论文
登录
查看更多内容
DOI:
10.1093/jrsssc/qlad032
发表时间:
2022-01
期刊:
Journal of the Royal Statistical Society Series C: Applied Statistics
影响因子:
--
作者:
[O. Oyebamiji;C. Nemeth;P. Harrison;R. Dunford;G. Cojocaru]
通讯作者:
O. Oyebamiji;C. Nemeth;P. Harrison;R. Dunford;G. Cojocaru
DOI:
10.1016/j.isprsjprs.2023.05.004
发表时间:
2023-06
期刊:
ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing
影响因子:
12.7
作者:
[C. Chen;Ce Zhang;B. Tian;Wenting Wu;Yunxuan Zhou]
通讯作者:
C. Chen;Ce Zhang;B. Tian;Wenting Wu;Yunxuan Zhou
DOI:
10.3390/rs14153590
发表时间:
2022-07
期刊:
Remote. Sens.
影响因子:
--
作者:
[Ruizhi Guo;Xiufang Zhu;Ce Zhang;Changxiu Cheng]
通讯作者:
Ruizhi Guo;Xiufang Zhu;Ce Zhang;Changxiu Cheng
DOI:
10.1007/s11625-022-01242-8
发表时间:
2023
期刊:
SUSTAINABILITY SCIENCE
影响因子:
6
作者:
[Smith, Alison C., Harrison, Paula A., Leach, Nicholas J., Godfray, H. Charles J., Hall, Jim W., Jones, Sarah M., Gall, Sarah S., Obersteiner, Michael]
通讯作者:
Obersteiner, Michael
DOI:
10.1016/j.isprsjprs.2023.11.016
发表时间:
2023-12
期刊:
ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing
影响因子:
12.7
作者:
[Zhu Han;Ce Zhang;Lianru Gao;Zhiqiang Zeng;Bing Zhang;Peter M. Atkinson]
通讯作者:
Zhu Han;Ce Zhang;Lianru Gao;Zhiqiang Zeng;Bing Zhang;Peter M. Atkinson
共 9 条
Turing AI Fellowship: Probabilistic Algorithms for Scalable and Computable Approaches to Learning (PASCAL)
-
批准号:EP/V022636/1
-
项目类别:Fellowship
-
资助金额:$139.82万
-
财政年份:2021
-
负责人:Christopher Nemeth
-
依托单位:
国内基金
海外基金
登录
查看更多内容
基于协同创新视角下AI赋能课程体系的模块化开发与应用研究
-
批准号:
-
项目类别:省市级项目
-
资助金额:--
-
批准年份:2026
-
负责人:吴惠玲
-
依托单位:
基于AI驱动的教育教学平台系统的开发与应用
-
批准号:
-
项目类别:省市级项目
-
资助金额:--
-
批准年份:2026
-
负责人:曹琪敏
-
依托单位:
基于AI智链驱动的跨境电商平台系统开发
-
批准号:
-
项目类别:省市级项目
-
资助金额:--
-
批准年份:2026
-
负责人:蔡永林
-
依托单位:
AI赋能未成年人心理健康应用研究
-
批准号:
-
项目类别:省市级项目
-
资助金额:--
-
批准年份:2026
-
负责人:傅绪荣
-
依托单位:
备多分AI智能研学系统开发
-
批准号:
-
项目类别:省市级项目
-
资助金额:--
-
批准年份:2026
-
负责人:常直杨
-
依托单位:
AI智慧体育操场的设计与应用
-
批准号:
-
项目类别:省市级项目
-
资助金额:--
-
批准年份:2026
-
负责人:王斌
-
依托单位:
长沙软件园 “轻量化AI大模型矩阵 ”科技型企业孵化器建设
-
批准号:2026ZYT011
-
项目类别:省市级项目
-
资助金额:--
-
批准年份:2026
-
负责人:方永强
-
依托单位:
面向AI驱动的信息化工程监管与自动化测试平台研发
-
批准号:
-
项目类别:省市级项目
-
资助金额:--
-
批准年份:2026
-
负责人:刘登志
-
依托单位:
建筑-音乐跨模态AI生成平台研发与应用
-
批准号:
-
项目类别:省市级项目
-
资助金额:--
-
批准年份:2026
-
负责人:许蕴彰
-
依托单位:
适用于AI眼镜的横向错位光学变焦系统技术开发
-
批准号:
-
项目类别:省市级项目
-
资助金额:--
-
批准年份:2026
-
负责人:窦健泰
-
依托单位: