I nd o ne s ia n J o urna l o f   E lect rica l En g ineering   a nd   Co m pu t er   Science   Vo l.   37 ,   No .   1 ,  J an u ar y   20 25 ,   p p .   47 5 ~ 48 7   I SS N:  2 502 - 4 7 52 ,  DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /ijee cs .v 37. i 1 . p p 47 5 - 4 8 7          475     J o ur na l ho m ep a g e :  h ttp : //ij ee cs . ia esco r e. co m   Field - l ev el sug a rc a ne yield estima t i o n ut ilizing   S enti nel - 2  t im e - series a nd ma chin e learning       Rek ha   B .   U . 1 ,   Vee na   V .   Desa i 1 ,   Su re s h K ur i 1 ,   P ra t ij ny a   S   Aj a wa n 1 ,   Su nil   K um a r  J ha 2 , V .   C .   P a t il 3   1 D e p a r t me n t   o f   El e c t r o n i c s a n d   C o m mu n i c a t i o n   En g i n e e r i n g ,   K LS   G o g t e   I n st i t u t e   o f   T e c h n o l o g y ,     A f f i l i a t e d   t o   V i s v e s v a r a y a   T e c h n o l o g i c a l   U n i v e r si t y ,   B e l a g a v i ,   I n d i a   2 A p p l i e d   A g r i c u l t u r a l   R e m o t e   S e n s i n g   C e n t r e ,   U n i v e r si t y   o f   N e w   E n g l a n d ,   A r mi d a l e ,   A u st r a l i a   3 K   J   S o m a i y a   I n st i t u t e   o f   A p p l i e d   A g r i c u l t u r a l   R e s e a r c h ,   B a g a l k o t ,   I n d i a       Art icle  I nfo     AB S T RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Ap r   16 ,   2 0 2 4   R ev is ed   Sep   10 ,  2 0 2 4   Acc ep ted   Sep   29 ,   2 0 2 4       Th is  wo r k   fo c u se d   o n   d e v e l o p i n g   a   m e th o d o lo g y   f o r  u si n g   m a c h i n e   lea rn in g   (M L)  a p p r o a c h e s  to   e sta b li sh   a   p re - h a rv e st  y ield   p re d icti o n   m o d e l  fo r   su g a rc a n e   a t  field   lev e l  b y   i n teg ra ti n g   ti m e - se ries   re m o te  se n sin g   ima g e ry   d a ta  with   M L  tec h n iq u e s.  G ro u n d   tr u th   a g ro   d a ta  a n d   th irt y - o n e   sp e c tral  v e g e tatio n   in d ice s  we re   e x trac ted   fro m   S e n ti n e l - 2   i m a g e ry   a n d   we re   c o n sid e re d   f o r  y ield   m o d e li n g .   A   two - lev e l  fe a tu re   se lec ti o n   tec h n iq u e   wa s  u se d   to   d e term in e   th e   m o st  sig n ifi c a n t  v a riab les   th a t  b e st  c o rre l a ted   with   su g a rc a n e   y ield   to   p re d ict  y ield   i n   a d v a n c e .   S e v e n   M L  a lg o rit h m s,   in c lu d in g   t h o se   b a se d   o n   re g u lariz a ti o n ,   d e c isio n   tree s,   a n d   e n se m b le  m e t h o d s   li k e   b o o st in g ,   we re   u se d   t o   p re d ict   y i e ld .   T h e   a p p ro a c h   a c h iev e d   t h e   h ig h e st  R 2   sc o re   o f  0 . 7 3   a n d   th e   l o we st  ro o t   m e a n   sq u a re d   e rro r   (RM S E )   o f  1 3 . 4 5   t/ h a   with   ra n d o m   fo re st   (RF )   a m o n g   th e   s e v e n   M L  m o d e ls  tes ted .   F u r th e rm o re ,   a ll   fe a tu re   se lec ti o n   p ro c e d u re s  id e n ti fie d   n o rm a li z e d   d iffere n c e   re d   e d g e   (ND RE),   re d   e d g e   c h l o ro p h y ll   i n d e x   (RECI),   a n d   ra ti o   v e g e tati o n   in d e x   (RVI)  a s  m a jo r  y ield - d r iv i n g   v a riab les .   Th e   e x p e rime n ts  d u r in g   fe a tu re   se le c ti o n   d e m o n stra ted   th e   p o ten ti a l  o f  re d   e d g e   sp e c tral  b a n d s   in   d e v e lo p m e n t  o f  a   re li a b le  su g a rc a n e - y ield   p re d ictio n   a p p r o a c h .   Th e   RF   m o d e l  o b tain e d   u sin g   t h e   p ro p o se d   m e th o d o lo g y   o u t p e rfo rm s  th e   two   b a se li n e   m o d e ls  d e v e lo p e d   u si n g   ND VI  a n d   G ND VI  in d ice s,  w it h   a n   imp ro v e d   RM S E  o f   1 6 - 1 8 % .   K ey w o r d s :   Ma ch in e  lear n in g   R ed   ed g e  s p ec tr al  b an d s   R em o te  s en s in g   Su g ar ca n e  y ield   Veg etatio n   in d ices tim e  s er ies   T h is i s  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 :   R ek h a  B .   U .   Dep ar tm en t o f   E lectr o n ics an d   C o m m u n icatio n   E n g in ee r i n g ,   KL S Go g te  I n s titu te  o f   T ec h n o lo g y   Af f iliated   to   Vis v esv ar ay a  T e ch n o lo g ical  Un iv er s ity   B elag av i,  5 9 0 0 1 8 ,   I n d ia   E m ail: d h d r e k h a@ g m ail. co m       1.   I NT RO D UCT I O N   Su g ar ca n e  is   a  m u ltifu n ctio n al  cr o p   m ain ly   u tili ze d   f o r   e x tr ac tin g   s u g ar   a n d   with in   a  d iv er s if ied   p o r tf o lio .   Pre cise  ea r ly - s ea s o n   also   k n o wn   as  “with in - th e - s ea s o n ”  y ield   p r ed ictio n   o f   s u g ar ca n e   h as  an   im p o r tan t  r o le  in   th e  m a n ag em en t  o f   ag r o ec o s y s tem s   [ 1 ] .   T h e  c o n v e n tio n al  m et h o d s   o f   s u g ar c a n e  y iel d   esti m atio n   b ef o r e  h ar v est  in v o lv e  m an u al  s co u tin g   th r o u g h   estab lis h ed   s u g ar ca n e  f ield s   an d   cr o p   cu ttin g   ex p er im en ts   ( C C E ) .   W alk in g   th r o u g h   th e  d en s e  s u g ar ca n e  c r o p s   th at  ar e  as  tall  as  6   m   p r o b e  ch allen g e  t o   th e   em p lo y ee s .   As  a   r esu lt  th e  co n v en t io n al   m eth o d s   ar e   p r o n e   to   i n ac cu r ac ies  an d   o f ten   b ia s ed   d u e   to   h u m a n   er r o r s .   Sin ce   th e  estab lis h m en t  o f   co m m e r cial  cu ltiv atio n   o f   s u g ar ca n e,   i n   th e  r ec e n t  p ast  a  f ew  s u g ar   m ills   ar e  ex p lo r in g   t h e  p o s s ib ilit i es  o f   esti m atin g   s u g ar ca n e   y ield   u s in g   g lo b al   p o s itio n in g   s y s tem   ( GPS)  tech n o lo g y   th r o u g h   m a n u al  s u r v ey   o f   f ield   p er im eter s   in   th eir   m ill  ca tch m en t  ar ea   p r o m o t in g   in ter v en tio n   o f   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4 7 52   I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci ,   Vo l.  37 ,   No .   1 ,  J an u ar y   20 25 :  47 5 - 48 7   476   en g in ee r in g   tech n o l o g ies  in   s u g ar ca n e  cr o p   y ield   p r ed icti o n   v ia  f ield - b ased   s tu d ies  [ 2 ] .   Hig h ly   d etailed   r em o te - s en s in g   d ata   with   p r ec is e  tem p o r al  an d   s p atial  r eso lu tio n   ca n   o f f e r   v alu a b le  in s ig h ts   in to   th e   d ev elo p m e n t  a n d   y ield   o f   s u g ar ca n e   cr o p s   [ 3 ] - [ 6 ] .   T h e  a p p licatio n   o f   r em o te - s en s in g   tech n o l o g ies  also   f ac ilit ates  n o n - in v asiv e   an d   u n b iased   esti m atio n s   o f   cr o p   p r o d u ctio n .   Fu r th er m o r e,   v e g etatio n   in d ices  a r e  n u m er ical  i n d icato r s   t h at  in d i ca te  th e  lev el   o f   v e g etatio n   v itality .   Sev er al  v eg etatio n   in d icato r s ,   in clu d in g   NDVI   [ 7 ] ,   [ 8 ] ,   R VI   [ 9 ] ,   GNDV I   [ 1 0 ] ,   E VI ,   NDWI,   an d   SAVI   [ 1 1 ] ,   ar e  cu r r en tly   u tili ze d   in   th e  d ev elo p m en t   o f   s tati s tical  m eth o d s   f o r   s u g a r ca n e  y ield   p r ed ictio n .   W h en   it  co m es  to   p r e d ictin g   s u g ar ca n e  p r o d u ctiv ity   o n   in d iv id u al  f ar m s   in   I r an ,   th e  g r ee n   v eg etatio n   in d ex   ( GVI )   is   m o r e  ac cu r ate  th an   b o th   GNDV I   an d   NDVI   [ 1 2 ] .   I n   an   ef f o r t  t o   esti m ate  t h e  s u g ar ca n e  y ield   at   th e  p lo t   lev el  u s in g   m ac h in e   lea r n in g   ( ML )   co n s id er in g   u n m an n ed   ae r ial   v eh i cle   ( U AV)   m u lti - s p ec tr al  im ag es,   an   in v esti g atio n   was  co n d u c ted   in   B u n d ab er g ,   Au s tr alia.   Am o n g   th e  twen ty - th r ee   id en tifie d   in d icato r s ,   f iv e  s p ec if ic  in d ices,  n o tab l y   NDRE,   GR NDVI ,   P NDVI ,   C C C I ,   an d   W DR VI ,   d em o n s tr ated   a   n o ta b le  d eg r ee   o f   p r ec is io n   in   th e  p r ed ictio n   o f   s u g ar ca n e  y ield .  Acc o r d in g   to   a n   in v esti g atio n   in   [ 1 3 ] ,   m etr ics  o b tain ed   f r o m   s tan d ar d ized   NDVI   tim e - s er ies  co llected   b y   th e   MO DI S  s en s o r   alo n g   with   an   en s em b le  ap p r o ac h   o f   ar tific ial   n eu r al   n etwo r k s   ( AN Ns)  wer e  u s ed   f o r   p r ed ictin g   th e   y ield   o f   s u g ar ca n e  in   São   Pau lo   State,   B r az il,  t h r ee   m o n th s   p r io r   to   h a r v esti n g .   Pre d ictin g   s u g ar ca n e  y ield   at   th e  r eg io n al   s ca le  ( d is tr ict - wis e)   in   Uttar   Pra d esh ,   I n d ia   was  d o n e  u s in g   th e  r ea d ily   av ailab le  M ODI S  s atel lite  d ata.   A  p ilo t - s c ale  r esear ch   was  co n d u cted   in   [ 1 4 ]   to   ev alu ate  th e   cu ltiv atio n   o f   s u g ar ca n e   ac r o s s   f o u r   s u g a r   p r o ce s s in g   p lan ts   lo ca ted   in   th e   two   I n d ian   s tates.  T h e  in v esti g atio n   was  c o n d u cted   t h r o u g h o u t  th e   p er i o d   b e twee n   2 0 1 7   an d   2 0 1 9   an d   u tili ze d   NDVI ,   wate r   s ca lar   ( W S),   an d   lan d   s u r f ac e   wate r   in d ex   ( L SW I )   m u lti - d ate   m u lti - s p ec tr al  in f o r m atio n   g at h er ed   f r o m   L I SS   I I I ,   L I SS   I V  o f   R eso u r ce s at - 2   an d   2 A,   in   ad d itio n   to   g r o u n d   d ata  an d   GPS   in f o r m atio n .   Ad d itio n ally ,   C C E   w a s   u tili ze d   as  p ar t   o f   th e   ass ess m en t  p r o ce s s .   A   co m p ar ab l e  in v esti g atio n   co n d u cted   s im ilar   to   [ 1 4 ] ,   was  p r esen ted   in   [ 1 5 ]   w h er e  s im il ar   s u g ar   p r o ce s s in g   p lan t s   in   t wo   I n d ian   s tates  wer e   co n s id e r ed   an d   u tili ze d   an   en s em b le  ap p r o ac h   o f   o p tic al  in f o r m a tio n   f r o m   b o th   s y n th etic   a p er tu r e   r ad a r   ( SAR )   an d   Sen tin el - 2  in f o r m atio n   co llected   th r o u g h   th e  s u g ar ca n e  h ar v est  cy cle ’ s   m ajo r   s tag e  o f   d e v elo p m e n t  f o r   y ield   p r ed ictio n .   A  n u m b er   o f   f ac to r s ,   in clu d in g   a  co m b in atio n   o f   NDVI ,   NDRE,   E VI ,   MT VI ,   an d   W S,  ac co r d in g   to   in f o r m atio n   g ath e r ed   b y   Sen tin el - 2 ,   wer e   u s ed   to   d eter m i n e  th e  cr o p   y ield .   On   th e  c o n t r ar y ,   VV  a n d   VH  p o lar iza tio n s ,   in   ad d itio n   to   t h e  cr o s s   pol   r atio   ( VV/VH) ,   co n s is ted   o f   th e  p ar am eter s   d er iv ed   f r o m   SAR   in f o r m atio n   th at  wer e  u s ed   t o   d r iv e  y ield   m o d elin g .   T h e   r esear ch er s   u ltima tely   em p l o y ed   th r ee   f ac to r s ,   n am ely   E VI ,   W S,  an d   VH,   at  d if f er en t  s tag es  o f   d ev el o p m en t  in   o r d er   to   o b tain   a  p r ec is e  es tim atio n   o f   s u g ar ca n e  y ield .   Facto r s   lik e  less   cu ltiv atin g   r eg io n ,   a  h y b r i d   cr o p p i n g   s tr u ctu r e,   cr o p   v ar i etal  s h if ts ,   v ar iatio n   in   th e  d ate  o f   p lan tin g ,   s o il  v ar ian ts ,   an d   ir r ig atio n   m eth o d s   co n tr i b u ted   to   th e  d if f icu lty   o f   ac c u r atel y   p r ed ictin g   y ield s   at  a  s p atia l  s ca le .   ML   h as  b ee n   wid ely   r ec o g n ize d   f o r   its   p o ten tial   to   ac h iev e  h ig h er   p r ed ictin g   ac cu r ac y   lev els  i n   ag r icu ltu r al  y ield   at   th e   f ield   lev el .   T h is   is   m ai n ly   d u e   to   ML ’ s   ca p ab ilit y   o f   ca p tu r in g   th e  c o m p licated   co n n ec tio n   am o n g   cr o p   y ield   alo n g s id e  th e   v a r io u s   f ea t u r es  t h at  ar e  u tili ze d   f o r   y ield   p r e d ictio n s .   T h e r ef o r e ,   t h e  u tili za tio n   o f   s atellite  im ag er y   wh en   co m b in ed   with   ML   ap p r o ac h   en h an ce s   th e  p r ec is io n   o f   s u g ar ca n e  y ield   p r ed ictio n s .   Sev er al  ML   alg o r ith m s ,   s u ch   as  m u ltip le   lin ea r   r eg r ess io n   ( ML R ) ,   gr ad ien t   b o o s tin g   tr ee   ( GB R ) ,   s u p p o r t   v ec to r   m ac h i n e  (S VM ) ,   r an d o m   f o r est  ( R F),   ANNs,  ex tr em e   g r ad ien t   bo o s tin g   t r ee   ( XGB),   an d   B ay esian   ap p r o ac h ,   h a v e   b ee n   wid ely   em p lo y ed   f o r   p r ed ictin g   s u g ar ca n e  cr o p   y ield   at   th e  f ield   t o   r eg i o n al  o r   m ill - lev el  em p lo y in g   ag r o m eteo r o lo g ical  an d   s atellite  im ag er y   [ 1 5 ] - [ 1 8 ] .   On e  o f   th e  m o s t  im p o r ta n t  s tep s   in   d ev elo p in g   an y   k in d   o f   c r o p   y ield   p r e d ictio n   a p p r o ac h   is   ch o o s in g   th e  r i g h t  ML   m o d el  an d   in co r p o r atin g   th e  r ig h t  f e atu r e  p ar am eter s .   I n   s p ite  o f   a  k n o wn   co r r elatio n   b etwe en   s u g ar ca n e  y ield   a n d   d if f e r en t  v eg etatio n   in d ices,   it  is   cr u cial   to   weig h   t h eir   s u itab ilit y   f o r   th e   in ten d ed   a p p licatio n   at  a  g iv en   lo ca tio n   an d   g r o wth   s ta g es  o f   s u g ar ca n e.   A  th o r o u g h   ex am i n atio n   o f   v eg etatio n   i n d ices   in   [ 1 9 ]   in d icate d   t h at  v ar io u s   f ac to r s   ca n   s ig n if ican tly   im p ac t   th e  ac c u r ac y   an d   r eliab ilit y   o f   v eg etatio n   in d ices.  T h ese  f ac to r s   in clu d e  en v ir o n m en tal  v ar iab les,  s en s o r   m ea s u r em e n t s ,   s en s o r   o b s er v in g   co n d itio n s ,   s u n ’ s   lig h tin g   g eo m etr y ,   s o il   m o is tu r e  le v els,  b r ig h tn ess ,   an d   co l o r .   Xu e   an d   Su   [ 2 0 ] ,   ex am in e d   o v er   o n e  h u n d r ed   v e g etatio n   in d ices.  T h ey   h av e  an al y ze d   th eir   u s ef u ln ess   in   r elatio n   to   th e  s p ec if ic  v eg etatio n   o f   i n ter est  an d   th e  s u r r o u n d in g   e n v ir o n m en t.  W h ile  th er e  ar e  n u m er o u s   in d ice s   m en tio n ed   in   th e   liter atu r e,   o n l y   a  f ew  o f   th e m   h av e  b ee n   ess en tially   u tili ze d   o r   ass ess ed   f o r   p r ed ictin g   s u g ar ca n e  y ield .  Acc o r d in g   to   p r ev i o u s   r esear ch ,   th e  NDVI   h as  b ee n   id en tifie d   as  th e  m o s t   co m m o n ly   u tili ze d   in d ex   f o r   p r ed ictin g   c r o p   y ield   [ 2 1 ] - [ 2 6 ] .   T h e   u s e  o f   R S  an d   ML   f o r   s u g ar c an e   y ield   p r ed icti o n   is   p ick in g   th e   m o m en tu m   in   r ec en t   y ea r s   af t er   s atellite  d ata  p r o v i d er s   lik e   USGS  an d   E SA  ch an g ed   th e ir   p o licies  to   m ak e   th e  d ata  f r ee   an d   o p en   t o   u s er s .   Hen ce   it  r em ain s   a  s ite - s p ec i f ic  o p en   r esear ch   p r o b lem   th e  s o lu tio n s   o f   wh ich   ca n   lead   to   a  u n iv er s al  m o d el   g r a d u ally   with   m in im al   ch an g es  to   its   o p er atio n .   Fro m   o u r   u n d er s tan d in g   o f   r ec en t  s tu d ies  to   t h e  b est  o f   o u r   k n o wled g e ,   a  s et  o f   v eg etat io n   in d ices  t o   b e   in clu d e d   f o r   y ield   m o d elin g   a n d   a  d etailed   ML   b ased   d ata  d r iv en   ap p r o ac h   to   m o d el   s u g ar ca n e  cr o p   y ield   at  f ield   lev el   was  u n k n o wn   in   o u r   s tu d y   ar ea .   T h er e  is   n o t  a  s p ec if ic  v eg etatio n   in d e x   o r   a  p r e s et  s et  o f   in d ices  th at  is   u n iv er s ally   ap p licab le  to   s u g ar ca n e  cr o p   m o d elin g .   T h u s ,   th e  ch o ice  o f   o n e  v eg etatio n   in d ex   o v er   th e  o th er ,   f o r   an   a p p licatio n ,   is   q u ite   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:   2 5 0 2 - 4 7 52       F ield - leve l su g a r ca n e  yield   es tima tio n   u tili z in g   S en tin el - 2   time - s eries   a n d   ma ch in e  lea r n i n g   ( R ek h a   B .   U)   477   d elica te  to   m ak e.   T h er ef o r e,   th e  p r esen t  wo r k   aim s   to   p r o p o s e  a  m eth o d o lo g y   to   ev alu at e  th e  r elatio n s h ip   o f   g r o u n d   d ata  v a r iab les  an d   s p ec tr al  v eg etatio n   in d ices  d er i v ed   f r o m   h y p er s p ec tr al  im a g e r y   with   y ield   at   th e  f ield   lev el   an d   d ev el o p   a   ML   b ased   s u g ar ca n e  y ield   p r e d ictio n   m o d el  f o r   a  tr o p ical   r eg io n   lik e  I n d ia   p ar ticu lar ly   in   o u r   s tu d y   ar ea   wh ile  tar g etin g   th e  f o llo win g   o b jectiv es:   −   I d en tify   an d   ev alu ate  th e  s en s itiv ity   o f   in d ices  ca lcu lated   f r o m   n ar r o wb an d   an d   r ed   e d g e  b an d s   with   s u g ar ca n e  y ield .   −   Dete r m in e  th e  o p tim al  tim e  f o r   s u g ar ca n e  y ield   p r ed ictio n .   −   I d en tify   t h e  s ig n if ican t v e g etatio n   in d ices th at  b est ex p lain   th e  y ield   at  th e  f ield   lev el.   −   C r ea te  an d   ev alu ate  v ar i o u s   ML   tech n iq u es  f o r   p r e d ict in g   s u g ar ca n e  y ield   u s in g   Sen ti n el - 2   d ata  in   a n   en v ir o n m en t w ith   s p ar s e  g r o u n d   d ata.       2.   M AT E R I AL S AN D  M E T H O DS   2 . 1 .     Study   a re a   T h e  in v esti g atio n   was c ar r ied   o u t in   th e  o p er atio n al  r eg i o n   o f   Go d av ar i Bi o - R ef in er ies L td .   ( GB L ) ,   a   s u g ar   m ill  lo ca te d   in   Sam e er wad i,  wh ich   is   p o s itio n ed   with in   th e   B ag alk o t  a n d   B elag av i  d is tr icts   o f   Kar n atak a,   I n d ia.   T h e  g e o g r ap h ical  co o r d in ates  o f   th e  s t u d y   a r ea   ar e   1 6 . 3 8 9 8   °N  an d   7 5 . 0 3 7 1   °E.   T h e   r esear ch   r e g io n   is   d ep icted   in   Fig u r e  1 .   T h e   r eg io n   was  ch ar ac ter ized   b y   a   h u m id   s u b tr o p ical  en v ir o n m e n t,   with   th e  m o n s o o n   p e r io d   f r o m   J u n e  t o   Sep tem b e r .   T h e  r eg io n   was  d r y   a n d   s p ar s e  with   t em p er atu r es  r an g in g   f r o m   1 6 . 2 0   °C   to   3 9 . 0 0   °C .   T h e  m ea n   p r ec i p itatio n   in   B elag av i  a nd   B ag alk o t  was  5 4 5   m illi m eter s   (mm)   an d   8 0 8   m m   r esp ec tiv ely .   Su g ar ca n e  cu ltiv atio n   in   th e   s tu d y   ar ea   o b s er v es  th r ee   p lan tin g   s ea s o n s :  s ea s o n al  ( b etwe en   J an - Ma r   an d   J an - Fe b ) ,   p r e - s ea s o n al  ( b etwe en   Oc t - No v   an d   Dec - Feb ) ,   a n d   a d s ali  ( b etwe en   J u ly - Au g   an d   Oct - Dec ) .   T h e  c o m m o n   s u g a r ca n e  v ar ieties  g r o wn   h er e   in clu d e   C O8 6 0 3 2   a n d   C O9 1 0 1 0 .   Ap ar t   f r o m   s u g a r ca n e,   o th er   c r o p s   g r o wn   in clu d e   m aize ,   tu r m e r ic,   g r ee n   leav es,  s ea s o n al  f r u its ,   an d   v eg etab les.           Fig u r e  1 .   L o ca tio n   m a p   o f   th e   s tu d y   ar ea       2 . 2 .     F ield  d a t a   A  GPS  s u r v ey   o f   s u g ar ca n e   f ield s   r eg is ter ed   with   GB L   f o r   cr o p   y ield   m o d elin g   was  p er f o r m ed   b etwe en   J an u ar y   a n d   A p r il  2 0 1 9 .   T h e   f ield   b o u n d a r y   g eo - co o r d in ates  wer e   co llected   u s in g   a  h an d h eld   Gar m in   Mo n tan a  6 8 0   GPS d ev ice.   T h e  GPS tr ac k s   wer e  d ig itized   in to   KM L   f iles   u s in g   G o o g le  E ar th   Pro   a n d   co m b in ed   in   QGI S  to   cr ea te  a  s in g le - s h ap e  f ile  r ep r esen tin g   th e  s u r v e y ed   f a r m s   in   2 D.   Du r in g   d i g itizatio n ,   we  en s u r ed   to   ca r ef u lly   m ap   t h e  f ield   b o u n d ar y   co o r d in ates  an d   av o id   a n y   in ter s ec tio n   o f   r esu ltin g   p o ly g o n s .   A  r an d o m   s u b s et  o f   f ield s   f r o m   d if f er e n t  v illag es  in   th e  s tu d y   ar ea   wer e  c h o s en   f o r   th e   s u r v ey .   T h is   was  d o n e   to   en s u r e  th e  o v er all  s am p le  r ef lecte d   th e  ty p ical  g r o win g   c o n d itio n s   an d   h en ce ,   d iv e r s e  cr o p   v i g o r   ca te g o r ies  in   o u r   s am p lin g   s tr ata.   W h ile  we  ac k n o wled g e  th e  p o s s ib ilit y   o f   ce r tain   s o u r ce s   o f   b ias,  s u ch   as  v a r iatio n   in   f ar m   m an a g em en t  p r ac tices,  s o il  f er tili ty ,   o r   wea th er   co n d itio n s ,   th o u g h   we  m ad e  ef f o r ts   to   m itig ate  th ese   f ac to r s .   Ag r o n o m ic  d ata   f o r   1 9 6   s u r v e y ed   s u g a r ca n e  f ield s ,   in clu d in g   cr o p   v ar iety ,   ca n e  ty p e,   an d   y ield   f o r   th e  s u r v ey ed   f iel d s   wer e  o b tain ed   f r o m   th e  GB L   ag r o   d atab ase  f o r   th r ee   co n s ec u tiv e  g r o win g   s ea s o n s   2 0 1 7 - 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                      I SS N :   2 5 0 2 - 4 7 52   I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci ,   Vo l.  37 ,   No .   1 ,  J an u ar y   20 25 :  47 5 - 48 7   478   2 0 1 8 ,   2 0 1 8 - 2 0 1 9 ,   an d   2 0 1 9 - 2 0 2 0 .   T h e  f ield   lev el  s u g a r ca n e   y ield   m o d elin g   was  d o n e  f o r   th e  g r o win g   s ea s o n   2017 - 2 0 1 8 .   T h e  2 0 1 8 - 2 0 1 9   an d   2 0 1 9 - 2 0 2 0   s ea s o n   d ata  wer e   u s ed   to   v alid ate  th e   f in al  m o d el.     2 . 3 .     Sa t ellit e  im a g er y   da t a   T h e  Sen tin el - 2   to p - of - atm o s p h er e  l ev el - 1 C   ( L 1 C )   c o llectio n   in   Go o g le  ea r th   en g in e  ( GE E )   is   u s ed   f o r   th e  s tu d y .   T h e  Sen tin el - 2   s u r f ac e  r ef lecta n ce   L ev el - 2 A  co llectio n   in   GE E   d o es  n o t  e x ten d   b ac k   t o   2 0 1 7 .   So   we  u s ed   th e   L 1 C   co llecti o n .   L 1 C   d ata   is   also   r e p o r te d   to   p r o v id e   g o o d   r esu lts   with o u t  th e   n ee d   f o r   atm o s p h er ic  co r r ec tio n   [ 2 7 ] - [ 2 9 ] .   T h e  e f f ec t  o f   clo u d s   was r ed u ce d   in   two   lev els.  Fir s t,  Sen tin el - 2   tiles   with   a   clo u d   co v er   o f   less   th an   2 0 %  wer e  f ilter ed   b y   th e  “c lo u d   p i x el  p er ce n tag e”   ( C PP )   m etad ata  f ield .   Seco n d ,   at   th e  p ix el  lev el  clo u d s   wer e  m ask ed   u s in g   th e  “QA 6 0 ”  q u ali ty   b an d   [ 2 7 ] .   T h e  2 0   m   s p atia l  r eso lu tio n s   o f   th e  r ed   e d g e   an d   SW I R   b an d s   wer e  d o w n s ca led   to   1 0   m   u s in g   b ilin ea r   in ter p o latio n   [ 2 8 ]   with   th e   o r ig in a l   p r o jectio n   m ai n tain ed ,   t o   im p r o v e  in ter p r etatio n   an d   ac h iev e   co m m o n   d if f e r en tiab ilit y .     2 . 4 .     Sp ec t ra l  v eg et a t io n ind ices   3 1   v e g etatio n   i n d ices  lis ted   in   T ab le  1 ,   s p ec if ic  to   cr o p   y iel d   wer e  s elec ted   f o r   t h e  s tu d y .   I n   T ab le   1 ,   th e  n o tatio n s   ar e  as  f o llo ws  N   -   NI R ,   R   -   R ed ,   G   -   Gr ee n ,   B   -   B lu e,   R E 1   -   R ed   E d g e  1 ,   R E 2   -   R ed   E d g e  2 ,   R E 3   -   R ed   E d g e  3   b an d ,   N 2   -   R ed   E d g e  4   b a n d .   T h e  s elec tio n   o f   t h ese  in d ices  was  b ased   o n   th e  k n o wled g e   th at  th e  NI R ,   Gr ee n ,   an d   R ed   s p ec tr al  b an d s   p lay   a  cr u cial  r o le  in   r ep r esen tin g   th e  d e n s e  ca n o p y   s u r f ac e  s u ch   as  th at  o f   a  s u g ar ca n e  c r o p .   I n   ad d itio n ,   r ec en t  s tu d ies  f o r   r ice  y ield   esti m atio n   f o u n d   n ar r o w  b an d s   to   b e  u s ef u l  in   im p r o v in g   t h e  y ield   m o d el  ac cu r ac y   [ 2 9 ] .   T o   ex a m in e  th e  p o ten tial  o f   n ar r o w  b an d s   in   s u g ar ca n e  y ield   p r ed ictio n ,   a  s et  o f   i n d ic es b ased   o n   Nar r o w  NI R   an d   r ed   ed g e  b an d s   was a ls o   in clu d ed .       T ab le  1 .   T h e  v eg etatio n   in d ice s   u s ed   in   th is   s tu d y   I n d e x   B a n d   c o mb i n a t i o n   R e f e r e n c e   R e d   e d g e   b a n d   g r e e n n e ss   i n d i c e s   C h l o r o p h y l l   c a r o t e n o i d   i n d e x   ( C C C I )   (N  -   R E 1 ) * ( N   +   R ) / ( N   +   R E 1 ) * ( N   -   R)   [ 2 0 ]   M o d i f i e d   C h l o r o p h y l l   A b s o r p t i o n   i n   R e f l e c t a n c e   I n d e x   ( M C A R I )   ( ( R E1   -   R )   -   0 . 2   *   ( R E 1   -   G ) )   *   ( R E 1 / R )   [ 2 0 ]   M o d i f i e d   r e d   e d g e   N D V I   ( M R EN D V I )   ( R E1   -   N ) / ( R E 1   +   N   -   ( 2   *   B ) )   [ 3 0 ]   N o r mal i z e d   d i f f e r e n c e   r e d   e d g e   i n d e x   ( N D R E)   (N  -   R E 1 ) / ( N   +   R E 1 )   [ 3 0 ]   R e d   e d g e   c h l o r o p h y l l   i n d e x   ( R E C I )   ( N / R E 1 )   -   1   [ 3 0 ]   S e n t i n e l - 2  r e d   e d g e   p o s i t i o n   ( S 2 R EP)   7 0 5 . 0   +   3 5 . 0   *   ( ( ( ( R E3   +   R ) / 2 . 0 )   -   R E 1 ) / ( R E2   -   R E1 ) )   [ 3 1 ]   A t mo s p h e r i c a l l y   r e s i st a n t   v e g e t a t i o n   i n d e x   ( A R V I )   ( N 2   -   ( R   -   g a mm a   *   ( R   -   B ) ) ) / ( N 2   +   ( R   -   g a mm a   *   ( R   -   B ) ) )   [ 3 2 ]   B r o a d b a n d   a n d   n a r r o w b a n d   g r e e n n e ss i n d i c e s   B l u e   n o r ma l i z e d   d i f f e r e n c e   v e g e t a t i o n   i n d e x   ( B N D V I )   (N  -   B ) / ( N   +   B )   [ 3 0 ]   C h l o r o p h y l l   v e g e t a t i o n   i n d e x   ( C V I )   ( N   *   R ) / ( G   * *   2 . 0 )   [ 3 0 ]   D i f f e r e n c e   v e g e t a t i o n   i n d e x   ( D V I )   N –   R   [ 2 0 ]   En h a n c e d   v e g e t a t i o n   i n d e x   ( EV I )   g   *   ( N   -   R ) / ( N   +   C 1   *   R   -   C 2   *   B   +   L)   [ 2 0 ]   G r e e n - b l u e   n o r ma l i z e d   d i f f e r e n c e   v e g e t a t i o n   i n d e x   ( G B N D V I )   (N  -   ( G   +   B ) ) / ( N   +   ( G   +   B ) )   [ 3 0 ]   G r e e n   c h l o r o p h y l l   v e g e t a t i o n   i n d e x   ( G C I )   ( N / G )   –   1   [ 3 0 ]   G l o b a l   e n v i r o n m e n t   m o n i t o r i n g   i n d e x   ( G EM I )   ( ( 2 . 0 * ( ( N   * *   2 . 0 )   -   ( R   * *   2 . 0 ) )   +   1 . 5 * N   +   0 . 5 * R ) / ( N   +   R   +   0 . 5 ) ) * ( 1 . 0   -   0 . 2 5 * ( ( 2 . 0   *   ( ( N   * *   2 . 0 )   -   ( R   * *   2 ) )   +   1 . 5   *   N   +   0 . 5   *   R ) / ( N   +   R   +   0 . 5 ) ) ) - ( ( R   -   0 . 1 2 5 ) / ( 1   -   R ) )   [ 2 0 ]   G r e e n   l e a f   i n d e x   ( G LI )   ( 2 . 0   *   G   -   R  -   B ) / ( 2 . 0   *   G   +   R   +   B )   [ 2 0 ]   G r e e n   n o r ma l i z e d   d i f f e r e n c e   v e g e t a t i o n   i n d e x   ( G N D V I )   (N  -   G ) / ( N   +   G )   [ 2 0 ]   G r e e n   r e d   n o r ma l i z e d   d i f f e r e n c e   v e g e t a t i o n   i n d e x   ( G R N D V I )   (N  -   ( G   +   R ) ) / ( N   +   ( G   +   R ) )   [ 3 0 ]   G r e e n   r a t i o   v e g e t a t i o n   i n d e x   ( G R V I )   N / G   [ 2 0 ]   M o d i f i e d   s o i l - a d j u st e d   v e g e t a t i o n   i n d e x   ( M S A V I )   0 . 5   *   ( 2 . 0   *   N   +   1   -   ( ( ( 2   *   N   +   1 )   * *   2 )   -   8   *   ( N   -   R ) )   * *   0 . 5 )   [ 2 0 ]   M o d i f i e d   s i m p l e   r a t i o   ( M S R )   ( N   /   R   -   1 ) / ( ( N   /   R   +   1 )   * *   0 . 5 )   [ 2 0 ]   M o d i f i e d   t r i a n g u l a r   v e g e t a t i o n   i n d e x   ( M TV I )   1 . 2   *   ( 1 . 2   *   ( N   -   G)  -   2 . 5   *   ( R   -   G))   [ 2 0 ]   N o r mal i z e d   d i f f e r e n c e   v e g e t a t i o n   i n d e x   ( N D V I )   (N  -   R ) / ( N   +   R )   [ 2 0 ]   N o r mal i z e d   d i f f e r e n c e   w a t e r   i n d e x   ( N D W I )   (G  -   N ) / ( G   +   N )   [ 2 0 ]   O p t i mi z e d   s o i l - a d j u st e d   v e g e t a t i o n   i n d e x   ( O S A V I )   (N  -   R ) / ( N   +   R   +   0 . 1 6 )   [ 2 0 ]   P a n   N D V I   ( P N D V I )   (N  -   ( G   +   R   +   B ) ) / ( N   +   ( G   +   R   +   B ) )   [ 3 0 ]   R e d   b l u e   N D V I   ( R B N D V I )   N  -   ( R   +   B ) / N   +   ( R   +   B )   [ 3 0 ]   R e n o r m a l i z e d   d i f f e r e n c e   v e g e t a t i o n   i n d e x   ( R D V I )   ((N  –   R ) / ( N   +   R ) ) 1/ 2   [ 2 0 ]   R a t i o   v e g e t a t i o n   i n d e x   ( R V I )   N / R   [ 2 0 ]   S o i l - a d j u st e d   v e g e t a t i o n   i n d e x   ( S A V I )   ( 1 . 0   +   L)   *   ( N   -   R ) / ( N   +   R   +   L)   [ 2 0 ]   Tr a n sf o r me d   v e g e t a t i o n   i n d e x   ( TV I )   (((N  -   R ) / ( N   +   R ) )   +   0 . 5 )   * *   0 . 5   [ 2 0 ]   W i d e   d y n a m i c   r a n g e   v e g e t a t i o n   i n d e x   ( W D R V I )   ( a l p h a   *   N   -   R ) / ( a l p h a   *   N   +   R )   [ 2 0 ]   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:   2 5 0 2 - 4 7 52       F ield - leve l su g a r ca n e  yield   es tima tio n   u tili z in g   S en tin el - 2   time - s eries   a n d   ma ch in e  lea r n i n g   ( R ek h a   B .   U)   479   2 . 5 .     F e a t ure  e ng ineering   W e  s tar ted   co n s tr u ctin g   a  tim e  s er ies  f o r   all  th e  s e lecte d   3 1   v eg etatio n   in d ices  u s in g   th e   eq u atio n s   d escr ib ed   in   T ab le   1   f r o m   J an u ar y   2 0 1 7   to   Ma r c h   2 0 1 8   b y   f ilter in g   th e  Sen tin el - 2   L 1 C   co llectio n   a n d   ap p ly in g   a  clo u d - m ask in g   f u n ctio n   in   GE E   [ 3 3 ] .   T h e  m ask ed   clo u d y   p i x els  wer e  r ep lace d   b y   th e  tem p o r al   g ap - f illi n g   tec h n iq u e   with   lin ea r   in ter p o latio n   [ 3 4 ] .   Fo ll o win g   th at,   with   th e  z o n al  s tatis t ics  to o l,  we  ca lcu lated   th e  m ea n   v alu e  o f   all  p ix els  with in   ea ch   p o ly g o n   f o r   e v er y   s p ec tr al  in d ex   b an d ,   to   d er iv e   th e  r esp ec tiv e  v eg etatio n   in d ex   f o r   a  f ield   o n   ea ch   d ay   an   im ag e  was  av ailab le  f o r   it.  S in ce   t h e  f ield s   ar e  s p r ea d   g eo g r a p h ically ,   th ey   wer e  ca p tu r ed   b y   m u ltip le  tiles .   Hen ce ,   all  th e  ca lcu lated   v eg etati o n   in d ices  wer e  n o t  av ailab le  at  t h e  s am e   tem p o r a l  r eso lu tio n   f o r   ea c h   f ield .   T o   h ar m o n ize   th is   d ata   we  m o d eled   th e   tim e  s er ies  in d ices  to   b e  av ailab le  at  a  r e g u lar   in ter v al  i.e . ,   at  e v er y   5 - d ay   tim e - s tep .   W e  u s ed   a  tim e  win d o w  s ize  o f   21  d ay s   to   lo o k   f o r   an   u n m ask ed   p ix el  in   th e  tim e  s er ies.  T h i s   h elp s   in   v is u alizin g   m o r e  g r a d u al  ch an g es  in   th e   tem p o r al  p r o f iles   o f   in d ices  c o m p ar ed   to   th e   o r ig i n al  o n es.  T h e  ef f ec t  o f   in te r p o latio n   an d   s m o o t h in g   o n   th e   tem p o r al  p r o f ile  o f   NDVI   ca n   b e  s e en   in   Fig u r e   2 .           Fig u r e  2 .   T h e  av er a g ed   5 - d a y   NDVI   tem p o r al  p r o f ile  ac r o s s   all  f ield s .   * T h e  r is e  in   NDVI   b etwe en   Ma y   -   Sep   co u ld   b e   d u e  t o   in ter cr o p p in g   f ar m in g   p r ac tices in   th e  s tu d y   ar ea       2 . 6 .     O pti m um   t i m e  f o r  y ield pre dict io n   T h e  m o n th ly   av er a g e  v al u es  o f   esti m ated   tim e - s er ies  v eg etat io n   in d ices  wer e   u tili ze d .   Ho wev er ,   d u e  to   th e  clo u d   p ix el  p er ce n ta g e  th r esh o ld   u s ed   t o   f ilter   clo u d y   im ag es,  n o   i n d ices  wer e  av ai lab le  b etwe en   J u n e   an d   Sep tem b er   2 0 1 7 ,   ev en   w ith   in ter p o latio n .   T h e  co r r elat io n   b etwe en   ea ch   f ea tu r e  v ar i ab le  an d   o b s er v ed   s u g ar ca n e  y iel d   was  ev alu ate d   u s in g   Pear s o n ’ s   co r r elatio n   co ef f icien t  [ 1 ] .   T h e  co r r elatio n   co ef f icie n ts   wer e  co m p u ted   f o r   g r a n d   g r o wth   ( 1 2 0   -   2 7 0   d ay s   af ter   s o win g )   an d   m at u r ity   p h ase  ( 2 7 0 - 3 6 0   d ay s   af ter   s o win g )   ex ce p t d u r in g   th e   clo u d y   p e r io d .     2 . 7 .     F e a t ure  s elec t io n   A  to tal  o f   3 7   f ea tu r es  f o r   th e   y ield   m o d el  wer e  en g in ee r e d   f r o m   th e  c o m b in atio n   o f   g r o u n d   tr u th     ( 6   ca teg o r ical  v ar iab les  th at  in clu d e  ca n e  v ar iety ,   cr o p   ty p e - p lan tatio n ,   r ato o n   1 ,   r ato o n   2 ,   r ato o n   3 ,   m ix   o f   r ato o n   an d   p lan tatio n )   an d   tim e - s er ies  r em o te  s en s in g   d ata  ( 3 1   v ar iab les)  f o r   ev er y   f ield .   T h e  p er f o r m an ce   o f   an y   ML   m o d el  is   lar g ely   b ased   o n   th e  f ea t u r es  it  is   tr ain ed   o n .   T h er e f o r e,   t o   s elec t  o n ly   th e  m o s t  s u itab le  o r   s ig n if ican t  f ea tu r es  f o r   p r ed i ct in g   s u g ar ca n e  y ield   we  p e r f o r m e d   f ea tu r e  s elec tio n   in   two   p h ases   u s in g   Pear s o n ’ s   co r r elatio n   co e f f ici en t  ( r )   [ 1 5 ]   an d   r ec u r s iv e  f ea tu r e  elim in atio n   with   cr o s s - v alid atio n   ( R FECV)   [ 3 5 ] ,   [ 3 6 ] .     2 . 8 .     M o del e v a lua t i o n a nd   v a lid a t io n   T h e  s u g ar ca n e  y ield   p r ed ictio n   m o d els  wer e   d ev elo p ed   u s in g   th e  y ield   d ata   f o r   1 6 0   f iel d   s am p les.  As  p ar t  o f   th e  m o d elin g   s tr ateg y ,   r an d o m ly   7 0 %  d ata  wer e  s elec ted   f o r   m o d el  tr ain in g   an d   r est  3 0 %  d ata  wer e  h eld   o u t  as  b lin d   d ata  f o r   m o d el  test in g .   Sev en   ML   alg o r ith m s   n am ely ,   ML R ,   R id g e,   E last icn et,   s u p p o r t   v ec to r   r eg r ess io n   ( SVR ) ,   R F,   GB R ,   an d   XG B   wer e  f itted   o v er   th e  tr ain in g   d ata.   T h e  r e liab ilit y   o f   th e  f in al  m o d el  was  v alid ated   u s in g   th e  2 0 1 8 - 2 0 1 9   an d   2 0 1 9 - 2 0 2 0   g r o win g   s ea s o n   s u g a r ca n e  y ield   d ata.     T h e  f r am ewo r k   f o r   th e   p r o p o s ed   m eth o d o lo g y   is   p r esen ted   i n   Fig u r e  3 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4 7 52   I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci ,   Vo l.  37 ,   No .   1 ,  J an u ar y   20 25 :  47 5 - 48 7   480       Fig u r e  3 .   Fra m ewo r k   f o r   th e   s tu d y       3.   RE SU L T S AN D  D I SCU SS I O N   T h e  v e g etatio n   tim e   s er ies  o f   all  in d ices  v ar y   o v er   tim e   as  a  f u n ctio n   o f   th e   s tan d i n g   ca n e ’ s  d ev elo p m e n tal  p h ases .   T h is   te m p o r al  v ar iatio n   is   an al y ze d   t o   id en tify   th e  o p tim u m   tim e  f o r   y ield   p r e d ictio n   u s in g   R S  d ata  in   th e  s tu d y .   T h e  co r r elatio n   b etwe en   ea ch   f ea tu r e  v ar iab le  an d   o b s er v e d   s u g ar ca n e  y ield   was  ev alu ated   u s in g   Pear s o n ’ s   co r r elatio n   co ef f icien t.  T h e  ‘ r ’   v a lu es  f o r   g r o u n d   t r u th   v ar ia b le s   r an g ed   b etwe en   - 0 . 3 0   t o   0 . 18 ,   i n d icatin g   a   n eg li g ib le  co r r elatio n   with   y ield .   T h e  co r r elatio n   o f   v eg etatio n   in d ices  s tar ted   to   s ee   an   in cr ea s in g   tr en d   af ter   Ma y ,   attain ed   a  p ea k   in   th e  f ir s t  f o r tn ig h t  o f   No v em b er ,   an d   th en   d ec r ea s ed   in   Decem b er .   No v em b er   wh er e  t h e  h ig h est co r r elatio n   was o b s er v ed   f o r   th e  m ajo r ity   o f   th e  i n d ices,  co r r esp o n d s   to   th e  m o n th   wh en   m o s t  o f   th e  s u g ar ca n e  is   to war d s   th e  en d   o f   th e  g r a n d   g r o wth   p h ase  an d   th e  s tar t  o f   th e  m atu r ity   p h ase,   i.e . ,   o n l y   two   m o n th s   b ef o r e  h a r v esti n g   [ 3 7 ] .   T h is   tr en d   in   co r r elatio n   l ea d   u s   to   id en tif y   No v em b er   m o n th   as  th e  r ig h t  tim e  f o r   y ield   p r ed ictio n .   T h e   v ar iatio n   in   ‘ r ’   f o r   v eg etatio n   in d ices  with   y ield   is   s h o wn   in   Fig u r e  4 .   Am o n g   all  o p tical  v ar iab les,  MREND VI   ( r min = - 0 . 1 3 ,   r max =0 . 1 7 ,   r nov = - 0 . 1 3 )   an d   S2 R E P   (r min = - 0 . 1 1 ,   r max =0 . 2 1 ,   r nov =0 . 2 1 )   in d icate d   lo w  c o r r elatio n   with   y ield   th r o u g h o u t   th e   s u g ar ca n e   cr o p   cy cle.   Hen ce ,   th ese  m ay   n o t b e  th e   b est in d icato r s   o f   s u g ar ca n e  y ie ld .           Fig u r e  4 .   T h e  v ar iatio n   in   co r r elatio n   co ef f icien t  f o r   ea c h   VI   with   tar g et  y ield   b etwe en   J an u ar y   to   Dec em b er     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:   2 5 0 2 - 4 7 52       F ield - leve l su g a r ca n e  yield   es tima tio n   u tili z in g   S en tin el - 2   time - s eries   a n d   ma ch in e  lea r n i n g   ( R ek h a   B .   U)   481   Sin ce   th e  co r r elatio n   co ef f icie n t  q u an tifie d   th e  r elatio n s h i p   b etwe en   th e  f ea tu r es  an d   y ield ,   f ea tu r es   with   r ≥ ± 0 . 5   wer e  s elec ted   f o r   f u r th er   a n aly s is .   T h is   r esu lted   in   2 9   o u t  o f   3 7   f ea tu r es  we  s tar ted   with .   I n ter esti n g ly ,   all  2 9   f ea tu r es   wer e  th e  s p ec tr al  v eg etatio n   in d ices  h av in g   p - v alu e< 0 . 0 5 ,   in d icatin g   th eir   s tatis t ical  s ig n i f ican ce   with   y i eld .   Desp ite  h av i n g   a  s tr o n g   ass o ciatio n   with   s u g ar ca n e   y i eld ,   th e   2 9   s p ec tr al   v eg etatio n   in d ices  th at  wer e  ch o s en   h a d   m o d er ate  t o   h ig h   co r r elatio n s   with   o n e   an o t h er ,   ca u s in g   f ea tu r e   r ed u n d an cy .   T o   m in im ize  f e atu r e  r ed u n d an c y   in   th e  m o d el,   w e  d ec id ed   to   r etain   o n ly   th o s e  v eg etatio n   in d ices  th at  wer e  o f   th e  h ig h es t  im p o r tan ce   in   p r ed ictin g   s u g ar ca n e  y ield   u s in g   R FECV.  T h e  ex ac t  n u m b er   o f   f ea tu r es  th at  ar e  im p o r ta n t  f o r   y ield   m o d elin g   is   u n k n o wn   i n   ad v a n ce .   Fo r   th is   r ea s o n ,   w e  u s ed   R FECV  o v er   t r ad itio n al  R FE  m eth o d .   R FECV  au to m atica lly   d ete r m in es  th e  o p tim al  n u m b e r   o f   f e atu r es  u s in g   cr o s s - v alid atio n   with   R FE.   T h is   f ea tu r e  s elec tio n   m eth o d ’ s   s en s itiv ity   to   esti m ato r   c h o ice  is   its   lim itatio n .   I n   o th e r   wo r d s ,   a  s u b s et  o f   f ea tu r es  s elec ted   b y   o n e  es tim ato r   u s ed   with   R FECV  alg o r ith m   m a y   o r   m ig h t  n o t  b e   s i g n i f i c a n t   t o   a n o t h e r   e s t i m ato r .   T o   m i t i g a t e   t h is   li m i t at i o n ,   w e   e v a l u a t e d   t h e   R FE C V  w i t h   4   d i f f e r e n t   e s t i m a t o r s .   T h e   R F E C V   r e s u l t s   f o r   v a r i o u s   e s ti m a t o r s   a r e   p r e s e n t e d   i n   F i g u r e   5 ,   i n cl u d i n g   F ig u r e s   5 (a )   t o   5 ( d ) .           ( a)   ( b )         ( c)   ( d )     Fig u r e  5 .   Ap p ly in g :   ( a)   R id g e - b ased   R FECV ,   ( b )   SVR - b ased   R FECV ,   ( c)   R F R - b ased   R FE C V ,   an d     ( d )   XGBo o s t  r eg r ess o r - b ased   R FEC V  to   th e  in itial f ea tu r e  s p ac e       As  ex p ec ted ,   th e  o p tim u m   f e atu r es  o b tain ed   d u r in g   th e  f ea tu r e  s elec tio n   p r o ce s s   v ar ied   d ep en d i n g   o n   th e  esti m ato r   u s ed ,   with   R FECV.  T h e  f ea tu r e  s u b s et  ch o s en   b y   ea ch   R FECV - esti m ato r   ( R id g e,   SVR ,   R F,   an d   XGB)  co m b in atio n   h ad   n o tab le  d if f er e n ce s .   R FECV - R id g e   an d   R FECV - R F  ch o s e  f ewe r   f ea tu r es  with   co m p ar ativ ely   b etter   R MSE   d u e  to   th eir   a b ilit y   to   r ed u ce   r ed u n d an c y   an d   m o d el  c o m p lex ity .   Du r i n g   o u r   ex p er im en tatio n   with   d i f f er en t  esti m ato r s ,   we  ev alu ated   th e  f ea tu r e   im p o r ta n ce   co m p u t ed   b y   th e  R FECV  m eth o d s   f o r   th e  s elec ted   f ea t u r es.  I t  ca n   b e  n o ticed ,   th at  N DR E   an d   R VI   ar e  d ee m ed   as  s ig n if ican t  b y   all  4   R FEC V  esti m ato r s   w ith   co n s is ten t  h ig h   f ea tu r e  im p o r tan c e  v alu e.   An d   R E C I   was  ch o s en   b y   3   o u t  o f   4   esti m ato r s   test ed .   T h e  o th er   in d ices  wer e  s h o r tlis ted   eith er   o n ce   o r   twice  o n ly .   T h u s ,   th ese  3   in d ices  p lay   a   p r o m in e n t  r o le  i n   p r e d ictin g   s u g ar ca n e   y ield .   T h e  o p tim u m   f ea tu r es  s elec ted   b y   ea c h   R FECV  esti m ato r   alo n g   with   th e  im p o r tan ce   v alu es o f   th e  f ea tu r es a r e  p r esen ted   in   F ig u r e  6 ,   in clu d in g   Fig u r e   6 ( a)   to   6 ( d ) .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4 7 52   I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci ,   Vo l.  37 ,   No .   1 ,  J an u ar y   20 25 :  47 5 - 48 7   482       ( a)   ( b )         ( c)   ( d )     Fig u r e  6 .   Featu r e   im p o r ta n ce   o f   p r e d icto r s   esti m ated   b y   th e   alg o r ith m s ;   ( a)   R FECV - R id g e ,   ( b )   R FECV - SVR ,   ( c)   R FECV - RF ,   an d   ( d )   R FEC V - XGB       T h o u g h ,   th e  c h o ice  o f   3   v ar ia b les  b y   R FECV - R id g e,   s ee m ed   an   id ea l   f ea tu r e   s u b s et,   c h o o s in g   t h e  b est  esti m ato r   f o r   R FECV  ca n   d ep en d   o n   v ar io u s   f ac to r s ,   i n clu d in g   th e  p er f o r m an ce   m etr ics,  co m p u tatio n al   r eso u r ce s ,   an d   th e  s p ec if ic  c h a r ac ter is tics   o f   o u r   d ata.   T o   eli m in ate  th e  p o s s ib le  tr ad e - o f f   b etwe en   th e  n u m b er   o f   o p tim u m   f ea tu r es  an d   m o d el  p er f o r m an ce ,   all  s ev en   ML   m o d els  ch o s en   f o r   th is   s tu d y   wer e  tr ain ed   u s in g   th e  o p tim al  f ea tu r es  f r o m   b o t h   R FECV - R id g e  an d   R FECV - R F  m eth o d s .   Hy p er p ar am ete r   o p tim izatio n   an d   10 - f o l d   c r o s s - v alid atio n   wer e  also   em p lo y e d   t o   m itig ate   th e   ch an ce s   o f   u n d er f itti n g   o r   o v er f itti n g   th e   m o d el.   T h is   m eth o d o lo g y   r esu lted   in   f o u r teen   s u g a r ca n e  y ield   m o d els.  B ased   o n   th e  R M S E   test   s co r e,   th e    to p   3   m o d els  ar e   R F  tr ain ed   with   R FECV - R id g e  f ea tu r e   s u b s et  ( R 2 =0 . 7 3 1 ) ,   R F  tr ain e d   with   R FECV - R F   f ea tu r e  s u b s et  ( R 2 =0 . 7 1 3 ) ,   a n d   R id g e   tr ain ed   with   R FE C V - R F  f ea tu r e  s u b s et  ( R 2 =0 . 6 9 8 ) .   T h e   ac cu r ac y   m etr ics  o f   all  s ev en   ML   m o d els  co n s id er ed   f o r   y ield   m o d elin g   ar e  tab u lated   b elo w  i n   T ab le  2 .   A  K - f o ld   cr o s s - v alid atio n   p r o ce d u r e  w ith   k =1 0   was  u s ed   to   s elec t  o n e  b est  m o d el  f r o m   th e  to p   th r ee   p e r f o r m in g   m o d els s tated   ab o v e.       T ab le  2 .   T h e  p r e d ictiv e  p er f o r m an ce   o f   t h e  ML   m o d els o n   tr ain in g   an d   test in g   d atasets   M o d e l   R F EC V   e st i ma t o r :   R i d g e   R F EC V   e st i ma t o r :   RF   M A E  ( t / h a )   R M S E   ( t / h a )   M A E  ( t / h a )   R M S E   ( t / h a )   Tr a i n   Te st   Tr a i n   Te st   Tr a i n   Te st   Tr a i n   Te st   LR   1 1 . 2 5 0   1 0 . 8 5 5   1 3 . 7 8 9   1 4 . 4 3 3   1 1 . 3 4 8   1 1 . 7 0 4   1 4 . 5 2 5   1 5 . 1 6 9   R i d g e   1 0 . 8 2 9   1 0 . 9 3 4   1 3 . 5 6 0   1 4 . 5 0 3   1 1 . 0 1 9   1 0 . 7 5 1   1 3 . 8 5 1   1 4 . 2 8 3   El a s t i c n e t   1 5 . 4 5 9   1 8 . 3 8 5   1 8 . 5 2 8   2 1 . 5 4 7   1 4 . 0 6 2   1 5 . 8 1 8   1 7 . 0 2 4   1 9 . 1 3 4   S V R   1 0 . 8 1 1   1 0 . 8 8 9   1 3 . 4 9 7   1 4 . 3 2 0   1 1 . 1 8 6   1 0 . 9 8 1   1 3 . 9 3 1   1 4 . 4 6 3   RF   1 1 . 3 0 6   9 . 7 3 4   1 4 . 0 8 8   1 3 . 4 4 8   1 1 . 1 5 9   1 0 . 0 4 6   1 4 . 0 6 1   1 3 . 6 4 4   G B R   1 1 . 6 1 9   1 0 . 4 0 9   1 4 . 4 0 1   1 4 . 3 2 8   1 1 . 6 9 6   1 0 . 4 8 1   1 4 . 2 7 5   1 3 . 9 9 9   XGB   1 1 . 7 0 3   1 1 . 7 3 5   1 4 . 2 9 7   1 5 . 3 5 3   1 1 . 8 5 5   1 1 . 7 4 3   1 4 . 5 9 1   1 5 . 2 6 6       T h e  R F  m o d el  tr ain ed   with   f ea tu r es  s elec ted   b y   R FECV - R id g e  em er g ed   as  th e  b est - f itted   m o d el   with   an   R MSE =1 3 . 7 9   t/h a  d u r in g   th e  m o d el  s elec tio n   p r o c ed u r e.   I n   a d d itio n ,   an   R 2 =0 . 7 3 1   r ef lecte d   th at  th e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:   2 5 0 2 - 4 7 52       F ield - leve l su g a r ca n e  yield   es tima tio n   u tili z in g   S en tin el - 2   time - s eries   a n d   ma ch in e  lea r n i n g   ( R ek h a   B .   U)   483   m o d el  was  ab le  to   ex p lain   th e   v ar ian ce   in   y ield   r ea s o n ab ly   well.   T h e  s u g ar ca n e  y ield   p r e d ictio n   b ased   o n   th e   RF   m o d el  h as  h ig h er   ac cu r ac y   th an   o th er s .   T h is   co u l d   b e  a ttrib u ted   to   th e  R F ’ s   ab ilit y   t o   h an d le  n o n - lin ea r   an d   d y n am ic  in p u t  d ata,   s u ch   as  en v ir o n m e n tal  im p ac ts ,   an d   cr o p p in g   s y s tem s .   T h e  R F  m o d el  tr ain ed   with   R FEC V - R F  f ea tu r es  s u b s et  was  th e  s ec o n d - b est  m o d el  with   a  clo s er   R MSE   s co r e.   T h is   co m b in atio n   is   co m p u tatio n ally   ex p e n s iv e,   p ar ticu lar ly   f o r   lar g e  s am p les  at  th e  p r o d u ctio n   lev el.   I n   o u r   an aly s is   [ 3 8 ]   we   ac h iev ed   an   R 2 =0 . 7 1   with   GN DVI   alo n e  as  th e   y ield   p r ed ic to r   u s in g   Po l y n o m ial   r eg r ess io n .   Ho wev e r ,   f r o m   o u r   cu r r e n t  m eth o d o lo g y ,   we  s ee   th at  a  co m b in atio n   o f   in d ices  is   g iv in g   u s   an   in cr ea s ed   R 2 =0 . 7 3 1 ,   r ef lectin g   th e  f ac t  t h at  a   co m b in atio n   o f   s elec ted   f ea tu r es  ar e   ab le   to   i m p r o v e   th e   y ield   ac cu r ac y .   I n   ad d itio n ,   th e  c u r r e n t  s tu d y ,   p er f o r m e d   m o d el  v alid atio n   o n   2 0 1 8 - 2 0 1 9   an d   2 0 1 9 - 2 0 2 0   g r o win g   s ea s o n   d ata.   T h e  b est  m o d el  i.e . ,   RF ,   u s ed   ND R E ,   R E C I ,   an d   R VI   as th e  p r ed icto r   v ar iab les   as sh o wn   in   Fig u r e  7 .   T h e  m o d el  ex h ib its   a  d e ce n t  f it  o n   tr ain in g   d ata  as  s h o wn   in   Fig u r e  7 ( a) .   Fro m   th e  r esid u al  p lo t  in   Fig u r e  7 ( b ) ,   we  s ee   a  f air ly   r an d o m   an d   u n if o r m   d is tr ib u tio n   o f   th e  r e s id u als  ag ain s t  th e  tar g et  y ield .   Fro m   th e  h is to g r am ,   we  ca n   also   s ee   th at  th e  er r o r   is   n o r m ally   d is tr ib u te d   ar o u n d   z er o ,   w h ich   g e n er al ly   in d icate s   a  well - f itted   m o d el.           ( a)   ( b )     Fig u r e  7 .   Plo t o f   ( a)   a   p r e d ictio n   er r o r   with   ac tu al  y ield   p lo tt ed   ag ain s t p r e d icted   y ield   v alu es b y   m o d el  with   b est - f it lin e   an d   ( b )   r esid u al  s h o win g   th e  d is tr ib u tio n   o f   th e  d if f er en ce   b etwe en   th e  ac tu al  y ield   an d   th e     p r ed icted   y ield       I n   o u r   s tu d y ,   th e   ch o ice   o f   in d ices  -   NDR E ,   R E C I ,   an d   R VI   f o r   s u g ar ca n e   y ield   p r ed ic tio n   in   th e   s tu d y   ar ea   is   co m p letely   d ata - d r iv en .   Fro m   all  th e  e x p er im e n tatio n s ,   we  co u ld   n o te  th at   in d ices  d er iv ed   u s in g   r ed   e d g e  b an d s   ar e  f av o r ed   c o m p ar ed   to   o th e r   in d ices.  He n ce   th e   in tr o d u ctio n   o f   in d ices  in   th e   r ed   ed g e  b an d s   ca n   p la y   a  s ig n if ican t  r o le  in   im p r o v in g   th e   s u g ar ca n e  y ield   p r ed ictio n   m o d el.   W h ile  NDRE  an d   R VI   ar e  a  c o m b in atio n   o f   t h e  NI R   b an d   an d   r ed   ed g e  r a n g e   b etw ee n   v is ib le  R ed   an d   NI R ,   R VI   u s es  th e  NI R   a n d   R ed   b an d   o f   Sen tin el - 2 .   Giv e n   ag r icu ltu r al  m o n ito r in g ,   th e   r o les  o f   NDVI   an d   ND R E   a r e  co m p lem en tar y .   NDRE  o f f er s   ad v an tag es  in   c er tain   s itu atio n s ,   p ar ticu lar ly   f o r   d ee p e r   ca n o p y   m ea s u r em e n ts   an d   ar ea s   wh er e   NDVI   m ay   r ea ch   s atu r atio n   [ 3 9 ] ,   [ 4 0 ] .   Su g ar ca n e   is   also   a   p er en n ial  cr o p .   T h is   m a k es  NDRE  p ar ticu lar ly   u s ef u l f o r   d ee p er   ca n o p y   ass ess m en t o f   s u g ar ca n e  cr o p s   at  m atu r ity .   Als o   at  p ix el  lev el,   wh en   NDVI   s atu r ates  an d   d etec ts   a  co n s is ten t  +1 ,   NDRE  ca n   o cc asio n ally   o f f er   a  m o r e  ac cu r ate  ass ess m en t  o f   v ar iab ilit y   in   th o s e   r eg io n s   [ 2 9 ] ,   [ 4 1 ] .   A t  m atu r it y ,   s u g ar ca n e   is   ass o ciate d   wit h   h ig h   ca n o p y   d en s ity   m a k in g   R VI   a  v iab le  in d ex   f o r   th is   s tu d y   [ 2 0 ] .   I n   No v em b er ,   wh ile  s o m e  ca n e  h as  r ea c h ed   a  s tag e  o f   m atu r ity ,   a  ce r tain   p o r tio n   o f   it  is   s till   in   th e  m id - late  m atu r ity   s t ag e  d u e  to   d if f er en ce s   in   th e  d ate  o f   p lan tin g .   I n   s u ch   a  s ce n ar io ,   R E C I   h elp s   in   ass es s in g   th e  cr o p   at  a  s tag e  o f   ac tiv e  v eg etatio n   d ev el o p m e n t  [ 3 ] .   T h e  f i n al  m o d el  is   v alid ated   f o r   2 0   f ield s   an d   1 6   f ield s   f o r   th e  g r o win g   s ea s o n   2 0 1 8 - 2 0 1 9   a n d   2 0 1 9 - 2 0 2 0   r esp ec tiv ely .   T h e  d ata  o f   th ese  f ield s   was   n o t  ex p o s ed   to   t h e  m o d el  d u r in g   t h e  tr ain in g   p r o ce s s .   T h e  v alid atio n   r esu lts   ar e  p r esen ted   i n   T ab le  3 .       T ab le   3 .   T h e  p r e d ictiv e  p er f o r m an ce   o f   t h e  f in al  ML   m o d el  o n   v alid atio n   d atasets   M o d e l   2 0 1 8   –   2 0 1 9     2 0 1 9   –   2 0 2 0     M A E  ( t / h a )   R M S E   ( t / h a )   M A E  ( t / h a )   R M S E   ( t / h a )   R a n d o mF o r e st R e g r e ss o r   ( n _ e st i ma t o r s=1 0 0 ,   m a x _ d e p t h = 2 ,   mi n _ sa mp l e s _ l e a f = 2 ,   r a n d o m _ st a t e = 4 2 )   1 0 . 0 6 5   1 2 . 5 3 1   1 1 . 6 3 4   1 3 . 5 3 9     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4 7 52   I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci ,   Vo l.  37 ,   No .   1 ,  J an u ar y   20 25 :  47 5 - 48 7   484   W e  also   p er f o r m ed   an   e x ten s iv e  f ea tu r e  s elec tio n   o n   th e  f in al  R F  m o d el.   Her e,   all  p o s s ib le  f ea tu r e   co m b in atio n s   we r e  test ed   wit h o u t  elim in atin g   a n y   f ea tu r e.   W e  co u ld   s ee   th at   th e  c o m b in atio n   o f   NDRE  an d   R E C I   h ad   R MSE =1 4 . 0 0   t/h a   with   a  s tan d ar d   d e v iatio n   o f   3 . 0 0   t/h a  c o m p a r ed   to   R MSE =1 3 . 4 9   t/h a  an d   a  s tan d ar d   d ev iatio n   o f   3 . 1 5   t/h a  f o r   NDRE  an d   R VI .   T h is   s h o ws  th at  a   co m b i n atio n   o f   two   o r   m o r e  i n d ices  as  y ield   p r ed icto r s   is   ef f ec tiv e  in   s u g ar ca n e  y ield   m o d eli n g   co m p ar e d   to   m o d els  with   o n e  y ield   p r e d icto r .     I n   ad d itio n ,   r e d   ed g e  b a n d s   h a v e  th e  p o ten tial  to   lead   to   im p r o v ed   ac cu r ac y   in   y ield   p r e d ic tio n .   B ased   o n   t h e  liter atu r e,   it  was  f o u n d   NDVI   an d   GNDV I   ar e  th e   m o s t  p r e v alen t  v eg etatio n   i n d ices  u s ed   f o r   s u g ar ca n e  y ield   p r ed ictio n   in   ad v a n ce   of   h ar v est.  W ith   an   o b jectiv e  to   h av e   a  b aselin e  r esu lt  ag ain s t  wh ich   th e  r esu lts   o f   o u r   ap p r o ac h   co u ld   b e   co m p ar ed ,   we  im p lem en ted   two   R F  m o d els,  o n e  tr ai n ed   with   NDVI   ( R F1 )   an d   a n o th e r   tr ain ed   with   GNDV I   ( R F2 )   f ea tu r e  as  b aselin e  m o d els.  T h e  r esu lts   o f   th ese  m o d els  wh en   co m p ar ed   t o   th e  R F  r esu lts   o b tain ed   th r o u g h   th e   p r o p o s ed   m eth o d o lo g y   ( R F3 )   v alid ate  an d   h ig h lig h t  th e  u s ef u ln ess   o f   th e  ap p r o ac h   p r o p o s ed   wh ich   h as   b etter   ac cu r ac y   co m p ar ativ el y .   R F3   h as  s h o wn   im p r o v ed   a cc u r ac y   b y   1 6 . 5   %  an d   1 7 . 9 % c o m p ar ed   t o   R F1   an d   R F2   r esp ec tiv ely   as sh o wn   in   Fig u r e  8 .           Fig u r e  8 .   C o m p a r is o n   o f   th e  p r o p o s ed   m o d el  with   b aselin e  m o d els       4.   CO NCLU SI O N   T h e  s tu d y   aim ed   to   estab lis h   a  m eth o d   to   d ev elo p   a  s u g a r ca n e  y ield   p r ed ictio n   m o d el   u s in g   ML   alg o r ith m s   an d   r e m o te  s en s in g   d ata.   Fo r   t h is   p u r p o s e,   we   i n v esti g ated   th e   s u itab ilit y   o f   3 1   v e g etatio n   in d ices  in clu d in g   b o th   r ed   ed g e  an d   n ar r o wb an d   g r ee n n ess   in d ices  t o   ex p lain   s u g ar ca n e  y iel d   in   th e  s tu d y   ar ea .   W e  f in d   th at  R F  tr ain ed   with   N DR E ,   R E C I   an d   R VI   in d ices   as  y ield   p r ed i cto r s   ef f ici en tly   p r o v i d es  a  d e ce n t   esti m ate  o f   p r ed icted   y ield   two   m o n th s   in   ad v a n ce   to   h a r v e s t  in   th e  s tu d y   ar ea .   An o th er   p r o m in en t  f i n d in g   is   th at,   d u e  to   its   h ig h   ca n o p y   d en s ity   at  m atu r ity ,   s u g ar ca n e  y ield   m a y   b e  m o r e  ac c u r ately   esti m ated   b y   v eg etatio n   i n d ices  b a s ed   o n   wav elen g th s   lo ca ted   in   t h e   r ed   ed g e   r e g io n   o f   elec tr o m ag n etic  s p ec tr u m .   T h r o u g h   o u r   ex p e r im en tatio n s   b ased   o n   m o s t  co m m o n l y   u s ed   in d ices  f o r   s u g ar ca n e  y ield ,   it  is   f o u n d   th at  a   co m b in atio n   o f   NDRE,   R E C I ,   an d   R VI   in d ices  p r o v id e   h ig h er   ac cu r ac y   t h an   NDVI   a n d   GNDV I   b ased   ML   m o d els.  Sin ce   s u g ar ca n e  cr o p   g r o wth   v ar ies  b etwe en   lo ca liti es  wi th   d if f er en t  g r o win g   wea th er   co n d itio n s ,   p r ec ip itatio n ,   an d   e n v ir o n m en tal  v ar iab les th at  in   tu r n   d r iv e  s u g ar ca n e  y ield ,   th e  s tu d y   r e f l ec ts   o n   th e  f ac t th at   in d ices  th at   ex p lain   y ield   h a v e  to   b e  c h o s en   with   ca u tio n   a f ter   th eir   s ig n if ican ce   is   test ed   to   ex p lain   y ield   in   th e  s tu d y   ar ea .   T h e   m o d el   ca n   b e  im p r o v ed   b y   ex p lo r in g   m o r e  r e d   ed g e  b an d   b ased   v eg e tatio n   in d ices  f r o m   h y p er s p ec tr al  im ag er ies.  Als o ,   v er if icatio n   o f   th e  m eth o d ’ s   co n s is ten cy   th r o u g h   ad d itio n al  g r o win g   s ea s o n s   is   s u g g ested .       ACK NO WL E DG E M E NT S   T h e  au th o r s   g r atef u lly   ac k n o wled g e  th e  s u p p o r t  ex ten d ed   f o r   th is   wo r k   b y   Sh r i    Sam ir   So m aiy a   ( C h air m an   a n d   MD ,   So m aiy a   g r o u p ) ,   s u g ar ca n e   f ar m er s   o f   th e  r e g io n   an d   G o d av a r i    B io - r ef in er ies L td .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.