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  • 标题:深層学習を用いた樹幹からの打撃音に基づく樹高および材積の推定
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  • 作者:美濃羽 靖 ; 和田 誠 ; 田中 紡
  • 期刊名称:日本森林学会誌
  • 印刷版ISSN:1349-8509
  • 电子版ISSN:1882-398X
  • 出版年度:2021
  • 卷号:103
  • 期号:5
  • 页码:351-360
  • DOI:10.4005/jjfs.103.351
  • 语种:Japanese
  • 出版社:The Japanese Forest Society
  • 摘要:本研究では,立木を叩いた際に発生した音を画像化し深層学習を用いて樹高,材積を推定した。立木20本の樹幹を1本につき100回打撃した際に発生した音を録音,0.6秒間における各周波数の音圧を表したスペクトログラムを10,000枚作成し入力画像とした。深層学習システムはNNCを,深層学習アルゴリズムは出力層を回帰層としたLeNetを用いた。学習用データを5セットに分割し,三つの学習パターン(LP-Ⅰ:訓練事例8割,未知事例2割,LP-Ⅱ:大中小三区分から1本ずつ抽出した木を未知事例,LP-Ⅲ:2本ずつ抜出した木を未知事例)の樹高,材積を推定した。推定精度の検証には平均絶対誤差,平均絶対パーセント誤差および決定係数を用いた。その結果,各学習パターンの未知事例に対するR2値は,LP-Ⅲの樹高(0.3672)を除き,非常に高い値(0.9192から0.9996)を示した。LP-Ⅲの樹高では,30 m以上が過小に,30 m以下が過大に推定される傾向を示した。一方,材積はどの学習パターンにおいても全体的に偏りのない推定を行うことができたことから,本手法は材積推定において有効であることが示唆された。
  • 其他摘要:This study aimed to estimate the tree height and volume based on image data, which are obtained by conversion of the sound generated from hammering a stem using deep learning. We hammered 20 trees 100 times, recorded the hammering sound, and generated the spectrogram, which presented the sound pressure at each frequency for 0.6 s. Data comprising 10,000 images were loaded into a deep learning model. We used the Neural Network Console (NNC) as the deep learning system and the LeNet, which forms a programmed regression layer to an output layer, as the deep learning algorithm. We divided 10,000 images into 5 equal sets, and performed three learning patterns (LP-I, LP-II, and LP-III). LP-I used the four sets as training data and the remainder as test data, LP-II used three trees and LP-III used six trees, which select for each tree from three divisions (large, medium, small), as test data. A performance evaluation of the proposed model was performed using three indicators: mean absolute error (MAE), mean absolute percentage error (MAPE), and coefficient of determination (R2). Each learning pattern provided very good estimates (R2 values for each learning pattern for the test data ranged from 0.9192 to 0.9996), except for the height estimate by LP-III (R2=0.3672). LP-III generated very poor height estimates with a bias and tended to underestimate by > 30 m and overestimate by < 30 m. However, each learning pattern provided a good estimate of the tree volume, generally without any bias. Thus, we found this method to be more effective for estimation of tree volume than tree height.
  • 关键词:音の画像化;深層学習;スペクトログラム;打撃音;Neural Network Console (NNC)
  • 其他关键词:deep learning##hammering sound##Neural Network Console (NNC)##sound-to-image conversion##spectrogram
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