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.  24 ,   No .   4 A u g u s t   20 26 ,   p p .   1 307 ~1 3 1 9   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 24 i 4 . 27747       1307       J o ur na l ho m ep a g e :   h ttp : //telko mn ika . u a d . a c. i d   Decisio n - t r ee - b a s ed  m a chine  l ea rni ng  f o de tect ing   c o ff ee  a g ro forestry   u sing  SP O T - 7       I   M a de  K hris na   Yo g a   Dev a n dra I   Neng a h Sura t i J a y a T a t a ng   T iry a na   D e p a r t me n t   o f   F o r e st   M a n a g e me n t ,   F a c u l t y   o f   F o r e st r y   a n d   En v i r o n me n t ,   I P B   U n i v e r si t y ,   B o g o r ,   I n d o n e si a       Art icle  I nfo     AB ST RAC T     A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Dec   20 2025   R ev i s ed   A p r   7 2 0 2 6   A cc ep ted   Ma y   25 2026       T h is  stu d y   d e v e lo p a   d e c isio n - tr e e - b a se d   m a c h in e - lea rn in g   (M L )   a p p ro a c h   to   id e n ti fy   c o ffe e   a g ro f o re str y   p lan ts  u sin g   S P OT - 7   sa telli te  im a g e r y .   T h a lg o rit h m   wa d e v e lo p e d   b y   e x a m in in g   th e   c o m b in a ti o n   o f   im a g e   in d ice s   d e riv e d   f ro m   S P OT - 7   a n d   b i o p h y sic a v a riab les .   De tec ti o n   u sin g   sp e c tral  v a riab les   is  o f ten   h a m p e re d   b y   s p e c tral  sim il a rit y   b e t w e e n   v e g e ta ti o n   c o v e c las se s.  T h is  stu d y   f o u n d   th a a   ML   m e th o d   t h a c o m b in e sp e c tral  a n d   b io p h y sic a v a riab les   c a n   sig n if ica n tl y   i m p ro v e   o v e ra ll   a c c u ra c y ,   f ro m   6 0 . 4 %   (u si n g   c o n v e n ti o n a s p e c tral  v a riab les   a lo n e )   t o   9 4 %   ( u sin g   in teg ra ted   sp e c tral - b io p h y sic a v a riab les ).   F o d e tec ti n g   a n d   i d e n ti f y in g   a g ro f o re str c o ff e e   c las s e t y p ica ll y   f o u n d   u n d e tree   c a n o p ies ,   th e   a d d i ti o n   o f   th e   lan d   c o v e r”   v a riab le  p u b li s h e d   b y   t h e   M in istry   o f   En v iro n m e n a n d   F o re stry   c o n tri b u tes   sig n if ica n tl y   to   th e   c las si f ica ti o n   o f   a g ro f o re str y   c o ffe e .   Im p o rtan v a riab les   id e n ti f ied   in   th is  m o d e a re   n o rm a li z e d   d if fe re n c e   v e g e tatio n   in d e x   ( ND V I ) ,   v isi b le  d if f e re n c e   v e g e tatio n   in d e x   ( V D V I ) n o rm a li z e d   re d - g re e n   v e g e tatio n   i n d e x   ( NRG I ) ,   e lev a ti o n ,   a n d   la n d   c o v e r.   K ey w o r d s :   B io p h y s ical  v ar iab les    C o f f ee   ag r o f o r estr y   Dec is io n   tr ee   Ma ch i n l ea r n i n g   Sp ec tr al  v ar iab les   SP OT - 7   im a g e   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 :   I   Nen g a h   S u r ati  J a y a   Dep ar t m en t o f   Fo r est M an a g e m en t,  Facu l t y   o f   Fo r estr y   a n d   E n v ir o n m e n t,  I P B   Un iv er s it y     B o g o r   ( 1 6 6 8 0 ) ,   I n d o n esia   E m ail: i n s - j a y a @ ap p s . ip b . ac . i d       1.   I NT RO D UCT I O N   Ov er   th las t w o   d ec ad es,  ag r o f o r estr y   h as  e m er g ed   as  a   s tr ateg ic  ap p r o ac h   to   s u s tai n ab le  f o r est  r eso u r ce   m an a g e m en w it h i n   th f r a m e w o r k   o f   m u lti - b u s i n ess   f o r estr y ,   also   k n o w n   a s   m u lti - u s a h a   k eh u ta n an   ( MU K) ”  in   I n d o n esia.  T h is   m u lti - b u s in e s s   s y s te m   h as  i n te g r ated   f o r estr y   an d   ag r ic u lt u r al  co m m o d itie s   u n d er   s in g le  m an a g e m e n u n it ,   en ab li n g   s i m u ltan eo u s   ec o lo g ical  a n d   ec o n o m ic  b en e f its .   I t   h as  b ee n   s h o w n   th a ag r o f o r es tr y   p r ac tices  en h a n ce   lan d   p r o d u ctiv i t y ,   b o th   in   ter m s   o f   f o r est  co v er   u tili za tio n   an d   ag r icu ltu r al  y ield   [ 1 ]   T an g g a m u s   R e g e n c y   i n   L a m p u n g   P r o v in ce   is   g o o d   ex a m p le  o f   ag r o f o r estr y   co f f ee   p r ac t ices,  w ith   an   ex te n s i v f o r est  ar ea   o f   ap p r o x i m atel y   1 , 4 7 6 . 6 9   k m ²,   i n clu d in g   p r o t ec ted   f o r ests   an d   co n s er v atio n   ar ea s .   A t h i s   s t u d y   s ite,   R o b u s ta  c o f f ee   i s   th d o m in a n s p ec ie s ,   p la y in g   cr u cia r o le  in   e co n o m ic  v alu a n d   ec o lo g ical  ad ap tab ilit y .   T h is   s p ec ies  d em o n s tr ates  b r o ad   ec o l o g ical  to ler an ce ,   g r o w i n g   ac r o s s   w id e   altitu d i n a l r an g u n d er   s h ad ed   co n d itio n s   [ 2 ] ,   [ 3 ] .   T h p r esen ce   o f   s h ad tr ee s   is   es s en t ial  i n   r eg u lati n g   m icr o cli m atic  co n d it io n s ,   p ar ti cu lar l y   b y   r ed u cin g   ex ce s s i v r ad iatio n   ex p o s u r a n d   i m p r o v i n g   p lan p r o d u ctiv it y .   C o n s eq u en tl y ,   co f f ee - b a s ed   ag r o f o r estr y   s y s te m s   h a v b ec o m e   an   i m p o r tan co m p o n en o f   b o th   lo ca li v eli h o o d s   an d   g lo b al  ag r ic u lt u r al   m ar k et s   [ 1 ] ,   [ 3 ] .   C o f f ee   g r o w n   in   a g r o f o r estr y   s y s te m s   m a k es  s i g n i f ican co n tr ib u tio n   to   co m m u n i t y   w el l - b ei n g   w h ile  a ls o   g e n er ati n g   p o s itiv ec o lo g ical   i m p ac t s .   Ho w e v er ,   ac cu r ate  d ata  o n   t h ex ten o f   t h ese   ag r o f o r estr y   co f f ee   p la n tatio n s   is   e x tr e m e l y   d i f f icu lt  to   o b tain .   T h p r o b lem   i s   th a id en t if y in g   a n d   m ap p in g   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
            I SS N :   16 93 - 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.  24 ,   No .   4 A u g u s 20 26 1 3 0 7 - 1 3 1 9   1308   th s p atial  d is tr ib u tio n   o f   co f f ee   ag r o f o r estr y   s y s te m s ,   esp e ciall y   th o s lo ca ted   b en ea th   th f o r est  ca n o p y ,   is   ex tr e m e l y   d if f ic u lt.  T er r estrial  m ap p in g   o r   in ter v ie w s   ar in ef f icie n i n v e n to r y   m eth o d s   f o r   lar g e - s ca le   ap p licatio n s .   F u r th er m o r e,   th e   av ailab ilit y   o f   o p tical  r e m o te  s en s in g   d ata  i s   li m i ted   to   o n l y   o b j ec ts   ex p o s ed   at  th to p   o f   th tr ee   ca n o p y   o r   th o s ca p tu r ed   b y   ca m er as.  Mi s class if ica tio n   o f ten   o cc u r s   a m o n g   ca n o p y   co v e r   class es  w h e n   s i m ilar   class e s   ar s p ec tr ally   m i x ed ,   d u to   s p ec tr al  m ix in g   b et w ee n   co f f ee   p lan ts   an d   o th er   ca n o p y   v e g etati o n .   T h er ef o r e,   r eliab le  s p atial  in f o r m ati o n   o n   t h ex te n a n d   d is tr ib u tio n   o f   co f f ee   ag r o f o r estr y   s y s te m s   is   s ev er e l y   li m ited ,   h a m p er in g   ef f ec ti v p lan n i n g ,   m o n i to r in g ,   an d   p o lic y m a k i n g .   R ec en ad v a n ce s   i n   r e m o te  s e n s i n g   an d   m ac h in lear n in g   ( ML )   h a v p r o v id ed   n e w   o p p o r tu n i ties   f o r   lan d   co v er   class if icatio n .   Am o n g   t h e s e,   d ec is io n   tr ee   alg o r ith m s   h a v g ai n ed   atten tio n   f o r   th eir   s i m p licit y ,   in ter p r etab ilit y ,   a n d   r ep r o d u ci b ilit y   ac r o s s   d iv er s d atasets   [ 4 ] [ 6 ] .   P r ev io u s   s tu d ie s   h a v e   d em o n s tr ated   th a t   in te g r atin g   s p ec tr al  v ar iab les  d er iv ed   f r o m   s atelli te  i m a g er y   w it h   n o n - s p ec tr al  v ar iab le s ,   s u ch   as  b io p h y s ica l   an d   g eo g r ap h ical  f ac to r s ,   c an   s i g n if ica n tl y   i m p r o v cla s s i f icatio n   ac cu r ac y .   Ho w e v er ,   ap p ly in g   t h ese  ap p r o ac h es  to   co m p le x   ag r o f o r estry   s y s te m s ,   p ar tic u lar l y   f o r   d etec tin g   u n d er s to r y   cr o p s   s u c h   as  co f f ee ,   r e m ain s   ch al len g i n g .   P r ev io u s   r esear ch   h a s   id e n ti f i ed   s ev er al  cr itical   is s u e s ,   p ar ticu lar l y   i n   t h u s o f   v ar iab les  d er iv ed   s o lel y   f r o m   s p ec tr al  d ata   [ 4 ] ,   [ 7 ] [ 9 ] .   First,  th ef f ec ti v e n ess   o f   s p ec tr al  im a g e - b ased   d ec is io n - tr ee   al g o r ith m s   f o r   d etec t in g   u n d er s to r y   co f f ee   ag r o f o r ests   r e m a in s   lo w   b ec au s o p tical  i m a g er y   p r o v id es  o n l y   s p ec tr al   in f o r m atio n   ab o u t h v e g et atio n   ca n o p y   [ 1 0 ] .   Seco n d ,   u n d er s ta n d in g   t h e   m o s i n f l u en t ial  v ar iab les  i n   d eter m in i n g   co f f ee   a g r o f o r est r y   lo ca tio n s   is   s tr o n g l y   in f l u e n ce d   b y   s i te  s u i tab ilit y   ( b io p h y s ical  f ac to r s )   an d   s o cio ec o n o m ic  f ac to r s   ( r o ad   ac ce s s ,   d is tan ce   f r o m   s ett lem en ce n ter s )   [ 1 1 ] T h ir d ,   c h alle n g e s   r elate d   to   m o d el   g e n er aliza tio n ,   in c lu d i n g   o v er f itti n g   an d   tr a n s f er ab i lit y ,   r e m ai n   i n s u f f ic ien t l y   ad d r ess ed   [ 1 2 ] .   T h ese  co n d itio n s   cr ea te  u n ce r tai n t y   i n   m o d el  d ev elo p m e n an d   li m it  th o p er atio n al  ap p licatio n   o f   ML   ap p r o ac h es  f o r   ag r o f o r estr y   m ap p in g   in   tr o p ical  r eg io n s .   T o   ad d r ess   th ese  ch alle n g e s ,   th o b j ec tiv o f   th is   s t u d y   is   to   d ev elo p   d ec is io n   tr ee - b ased   ML   m o d el  th at  in te g r ates  s p ec tr al   v ar iab les  d er iv ed   f r o m   SP O T - 7   im a g er y   w it h   n o n - s p ec tr al  v ar iab les  s u c h   as   b io p h y s ical  a n d   s o cio - ec o n o m ic  v ar ia b les  i n   T an g g a m u s   R eg e n c y .   Sp ec i f icall y ,   th is   s t u d y   s ee k s   to   id en ti f y   k e y   v ar iab les  an d   th eir   r elativ im p o r tan ce ,   ev a lu ate  t h m o d el s   p er f o r m an ce   an d   r eliab ilit y ,   an d   ass e s s   it s   in ter p r etab ilit y .   T h is   s t u d y   is   ex p ec ted   to   im p r o v th ac cu r ac y   an d   ap p lica b ilit y   o f   s p atial  m ap p in g   f o r   co f f ee   a g r o f o r estr y   s y s te m s .   T h d ev elo p ed   m o d el  i s   e x p ec ted   to   p r o v id r o b u s a n d   ea s il y   u n d er s to o d   f r a m e w o r k   to   s u p p o r t su s tain a b le  lan d   m an a g e m e n t a n d   ag r o f o r estr y   m o n ito r i n g   i n   tr o p ical  en v ir o n m e n ts .       2.   M E T H O D   T an g g a m u s   R eg e n c y   i s   lo ca ted   at  1 0 4 ° 1 8 ' 1 0 5 °1 2 '   E   an d   5 ° 0 5 ' 5 °5 6 '   S,  en co m p ass i n g   4 6 5 4 . 9 5   k m ²   w it h   ele v atio n s   r ea ch in g   2 1 1 5   m   ( s ee   Fig u r 1 ) .   A p p r o x i m atel y   4 0 o f   th r eg io n   co m p r is es  p latea u   lan d s ca p es,  in cl u d in g   h i ll y   t o   m o u n tai n o u s   ter r ain .   T an g g a m u s   R eg e n c y   h as  a   co f f ee   p lan tatio n   ar ea   o 4 1 , 5 1 2   h ec tar es  an d   a   p r o d u ctio n   o f   3 3 , 4 8 2   to n s .   Fo r   o n - th e - g r o u n d   o b s er v atio n   a n d   d ata  p r o ce s s in g   a n d   an al y s is ,   w u s ed   g lo b al  p o s itio n i n g   s y s te m   ( GP S)  d ev ic e,   s p ec if ic  s o f t w ar s u ch   a s   Ar cGI an d   E R D A S   I m ag i n f o r   s p atial  an a l y s is   an d   s tatis tical  d at ex tr ac ti o n ,   an d   R ap id Min er   Stu d io   f o r   d ev elo p in g   t h e   d ec is io n   tr ee   alg o r it h m .   T h al g o r ith m   w as t h e n   i m p le m e n te d   in   P y t h o n .   T h m ain   d ata  u s ed   ar SP OT - 7   i m ag er y ,   w h ich   in cl u d es  o n p an ch r o m a tic  ( P A N)   b a n d   w it h   h i g h   s p atial  r es o lu tio n   o f   1 . 5   m   a n d   f o u r   m u ltis p ec tr al  b an d s   s p an n in g   0 . 4 5 0   to   0 . 7 4 5   μ m ,   en ab l in g   d etailed   s p atial   o b s er v atio n .   T h m u lti s p ec tr al  b an d s   ar p r o v id ed   at  s p atial  r eso lu tio n   o f   6   m ,   in cl u d in g   t h r ee   v i s ib le  b an d s   ( b lu e,   g r ee n ,   a n d   r ed )   an d   n ea r - in f r ar ed   b an d   s p an n i n g   0 . 7 6 0 0 . 8 9 0   μ m .   T h ese  s p ec tr al   b an d s   co ll ec ti v el y   s u p p o r w id r an g e   o f   a p p licatio n s ,   i n clu d i n g   v e g et atio n   an a l y s is ,   la n d   co v er   class i f icatio n ,   an d   en v ir o n m e n tal  m o n ito r i n g   [ 1 3 ] .   T h ese  b an d s   w er th e n   co n v er ted   in to   s ev er al  in d ices,  n a m el y   th n o r m a lized   d if f er e n ce   v eg eta tio n   in d e x   ( NDVI ) ,   th n o r m al ized   r ed - g r ee n   v e g etat io n   i n d ex   ( NR GI ) ,   th e   v i s ib le   d if f er e n ce   v eg e tatio n   in d e x   ( VDVI ) ,   an d   th v is ib le  at m o s p h er r esis tan ce   ( V A R I ) .   T h e s in d ices  lev er a g e   s p ec tr al  d ata  to   p r o v id in s i g h ts   in to   v e g etatio n   d y n a m ic s ,   o f f er i n g   n o n - d estru ct iv m ea n s   o f   m o n ito r in g   an d   m a n a g i n g   f o r es r e s o u r c es,  p ar ticu lar l y   f o r   ass es s i n g   v eg eta tio n   cla s s e s   i n   d en s e - c an o p y   a g r o f o r estr y   p lan tatio n s .   E ac h   i n d ex   h a s   u n iq u s tr en g t h s : N DVI   is   u s ed   t o   ass ess   v eg e tatio n   h ea lt h   d u to   its   s en s iti v it y   to   ch lo r o p h y ll  co n ten an d   ca n o p y   s tr u c tu r e,   a n d   NR GI ,   w h i c h   is   s i m ilar   to   t h R ed - E d g NDVI ,   h as  p o te n tial   f o r   b io m as s   esti m at io n ,   p ar tic u lar l y   w h e n   co m b in ed   w i th   o th er   i n d ices  [ 1 4 ] .   T h VDVI ,   ak i n   to   V AR I ,   is   d esig n ed   to   b e   less   s en s i tiv t o   atm o s p h er ic  co n d itio n s ,   m a k in g   it  u s ef u f o r   m o n ito r in g   v eg eta tio n   h ea l th   i n   v ar iab le  w ea th er   co n d itio n s   [ 1 0 ] .   VA R I   is   e f f ec ti v in   d is tin g u i s h in g   v eg eta tio n   f r o m   s o il  an d   o th er   n o n - v eg eta tiv s u r f ac es,  w h ic h   i s   cr u cial  in   d en s ca n o p y   e n v ir o n m e n t s   w h er g r o u n d   co v er   ca n   o b s cu r e   v eg eta tio n   s ig n als  [ 1 5 ] .   T o   im p r o v m o d el  p er f o r m a n ce ,   th s tu d y   also   ev al u ated   th co n tr ib u tio n   o f   b io p h y s ica v ar iab les   s u c h   as e le v atio n ,   s lo p e,   v i s u a l c o m m o n   la n d   co v er ,   an d   p r o x i m it y   to   r iv er s ,   r o ad s ,   an d   s et tle m e n ts .   E le v atio 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           Dec is io n - tr ee - b a s ed   ma ch in lea r n in g   fo r   d etec tin g   c o ffee  a g r o fo r estr y     ( I   Ma d K h r is n a   Yo g a   Dev a n d r a )   1309   an d   s lo p w er d er iv ed   f r o m   N atio n al  A er o n a u tics   a n d   Sp ac A d m in is tr atio n   d ig it al  elev atio n   m o d el   ( NA S ADE M ) ,   w h ile  v i s u al  la n d   co v er   w a s   in ter p r eted   f r o m   SP O T - 7   im a g er y .   Fu r t h er m o r e,   p r o x i m it y - b a s ed   v ar iab les  w er i n co r p o r ated ,   in cl u d in g   d is ta n ce s   to   r iv er s ,   r o ad s ,   an d   s ettle m en ts ,   o b tai n ed   f r o m   th R u p B u mi  I n d o n esia   ( R B I )   m ap .   F ield - b ased   s a m p le  p lo ts   co llec ted   th r o u g h   g r o u n d   s u r v e y s   i n   2 0 2 3   w er u s ed   as  r ef er en ce   d ata,   w h ile  ad m i n i s tr ativ b o u n d ar ies  ( d is tr ict  an d   s u b d is tr ict  lev el s )   w er also   s o u r ce d   f r o m   R B I   2 0 2 0   d ata  to   s u p p o r s p atial  an al y s i s .           Fig u r 1 .   R esear ch   lo ca tio n   i n   T an g g a m u s   Dis tr ict       2 . 1 .     I m a g pre pro ce s s ing   P r io r   to   an al y s i s ,   th s p at ial  d ata  w er g eo - co r r ec te d   an d   p r ep r o ce s s ed ,   in clu d in g   i n d ex   d ev elo p m en t,   s p atial  f il ter in g ,   an d   i m ag e   [ 1 6 ] .   R ad io m etr ic  co r r ec tio n   w as  p er f o r m ed   to   i m p r o v i m a g e   q u alit y   b y   m iti g ati n g   s u r f ac r ef lecta n ce   er r o r s   an d   at m o s p h er ic  i n f l u en ce s ,   o b tain in g   m o r ac cu r ate   in f o r m atio n   [ 1 7 ] .     2 . 2 .     Cla s s   s che m a nd   t ra ini ng   a re a   dev elo p m ent   T h class   s c h e m w a s   d ev el o p ed   th r o u g h   v is u al  i n ter p r etatio n   o f   i m a g er y   b ased   o n   ele m e n ts   s u ch   a s   s h ap e,   co lo r /h u e,   p atter n ,   tex t u r e,   s h ad o w   s ize,   lo ca tio n ,   an d   a s s o ciatio n   [ 1 7 ] .   T h class   s ch e m w a s   d iv id ed   in to   1 0   class es:  w ater   b o d ies  ( W T B ) ,   p lan tatio n s /e s tate  cr o p   ( P L T ) ,   sc r u b   ( SC B ) ,   n atu r al  f o r ests   ( FR S),   b ar e   lan d   ( B R L ) ,   s ett le m e n t s   ( ST L ) ,   m i x ed   d r y la n d   ag r icu ltu r e   ( A G C ) ,   p ad d y   f ield s   ( P DF) ,   co f f ee   a g r o f o r estr ( C A F),   an d   n o n - c lo u d   lan d   co v er   ( C L D) .   A   tr ain i n g   ar ea   o f   6 , 6 6 6   p o in ts   w as  cr ea ted   b ased   o n   th class   s ch e m an d   d is tr ib u ted   ev e n l y   ac r o s s   lan d   co v er .   T h e   l o c a t i o n   o f   th e   t r ai n in g   a r ea   w a s   d e t e r m in e d   b a s e d   o n   im ag a p p e a r an c e   an d   f i e l d   s u r v ey s   o f   th e   c o f f e c l as s ,   b o t h   a g r o f o r e s t r y   a n d   m o n o cu l tu r e.   T h e   s tu d y   u s e d   t r a in in g   a r e a   w i th   a   2 . 2 5   m   b u f f e r ,   o r   4 . 5   m   ×   4 . 5   m   ( 2 0 . 2 5   m 2 ) W e   u s e d   a   s am p l e   s iz e   o f   4 . 5 × 4 . 5   ( o r   a   2 . 2 5   m   p o i n t   b u f f e r )   b e c au s e   th e   im a g e   p ix el   s i z e   is   1 . 5   m .   T h is   s i z e   a ll o w s   f o r   r e p r e s en t at iv e   d a ta ,   w it h   o n o b s e r v at i o n   p o i n t   c o v e r in g   9   p ix e ls   ( 3 × 3   p ix e ls ) .     2 . 3 .     Dec is io n t re a l g o rit h m   dev elo p m ent   T h d ec is io n   tr ee   alg o r ith m   i s   n o n - p ar a m etr ic  m eth o d   ca p ab le  o f   h an d lin g   lar g a n d   co m p le x   d atasets   w it h o u r eq u ir i n g   c o m p le x   p ar a m etr ic  s tr u ctu r e.   Fig u r 2   s h o w s   th p r o ce d u r f o r   d ev elo p in g   th e   d ec is io n   tr ee   alg o r ith m   o f   t h i s   s tu d y   [ 4 ] ,   [ 1 8 ] T h d ata  w er d iv id ed   in to   a   tr ain in g   d ataset  ( 7 0 %)  an d   a   v alid atio n   d ataset  ( 3 0 %).   T h tr ain in g   d ataset  w as  u s ed   to   b u ild   d ec is io n   tr e m o d el,   an d   th v alid atio n   d ataset  w a s   u s ed   to   d eter m i n th o p ti m al  tr ee   s ize  to   ac h iev t h f in al  m o d el  [ 1 9 ] .   T h im p o r tan ce   o f   v ar iab les  w as  d eter m i n ed   u s i n g   th B r u t Fo r ce   m et h o d   ( 1 ) in f o r m atio n   g a in   ( 2 ) ,   g ai n   r atio   ( 3 ) ,   an d   g in in d ex   ( 4 )   u s i n g   th f o r m u las a s   d ep icted   f r o m   ( 1 )   to   ( 6 )   [ 1 8 ] .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
            I SS N :   16 93 - 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.  24 ,   No .   4 A u g u s 20 26 1 3 0 7 - 1 3 1 9   1310      ( ) = = 1  2 ( )   ( 1 )      ( , ) =    ( ) | | | |    Î   ( ) ( )     ( 2 )           ( , ) =  ( , )     ( )     ( 3 )            ( ) =   | | | | Î   ( )  2 ( | | | | )     ( 4 )       ( ) = 1   ( ) 2 = 1     ( 5 )           ( , ) = | | | | Î    ( )    ( )     ( 6 )     Fu r t h er m o r e,   th m o d el  p er f o r m an ce   e v al u atio n   w a s   co n d u cted   b y   m ea s u r in g   o v er all  ac c u r ac y   a n d   k ap p ac cu r ac y   u s in g   ( 7 ) ,   ( 8 )   an d   ( 9 )   [ 1 2 ] ,   [ 1 4 ] ,   [ 1 5 ] ,   [ 2 0 ] ,   [ 2 1 ] .   T h r elev an ce   o f   th is   e v al u atio n   ap p r o ac h   is   s u p p o r ted   b y   r ec en s t u d ies  s u ch   as  N u t h a m m ac h o a n d   Stra to u lias   [ 2 0 ] ,   w h o   s u cc ess f u ll y   ap p lied   v eg etatio n   in d ices  d er iv ed   f r o m   Se n ti n e l‑ 2   s atellite  i m ag er y   to   class i f y   h ea lt h y   an d   d is ea s ed   o il  p al m   tr ee s ,   t h er eb y   d em o n s tr ati n g   th ap p licab ilit y   o f   d ec is io n   tr ee b ased   clas s i f icatio n   in   a g r icu l tu r al  co n te x t s .              (  ) =    = 1 100%   ( 7 )             ( ) =    1   ( 8 )     = ( + . + ) = 1 2     ( 9 )     W h er   is   t h d ata  s et   ( s a m p l d ata)   b eiin g   te s ted ,     is   th p r o p o r ti o n   o f   t h - th   c lass ,     is   t h n u m b er   o f   class es .     is   t h n u m b er   o f   d ata   p o in ts   at  v al u   f o r   ea ch   v ar ia b le  ,   w h er   ( s u b - attr ib u te)   i s   m e m b er   o f   attr ib u te  .     is   th at tr ib u te  o r   v ar iab le  b ein g   test ed ,     is   th p r o p o r tio n   o f   th - t h   clas s   in   t h e   to tal  d ata  s et   ,    ( , )   is   i n f o r m atio n   g a in   f o r   v ar ia b le    f r o m   th e n tire   d ata  s et  ( ) .   A   h i g h er      v al u f o r   v ar iab le  in d icate s   b etter   clas s   s ep ar atio n   in   t h d ec is io n   tr ee .           Fig u r 2 .   ML - b ased   m o d els a n d   ex p er i m e n tal  m et h o d s   ap p lied     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           Dec is io n - tr ee - b a s ed   ma ch in lea r n in g   fo r   d etec tin g   c o ffee  a g r o fo r estr y     ( I   Ma d K h r is n a   Yo g a   Dev a n d r a )   1311   3.   RE SU L T S AN D I SCU SS I O   3 . 1 .     F e a t ure  s elec t io n   T h r esu lts   o f   s tu d y   u s in g   f u ll  f ea t u r s et  o f   1 0   v ar iab les  s h o w ed   s i g n i f ica n o v er f itti n g ,   r esu lti n g   in   s o m e w h at  o d d   an d   u n n atu r al  s p atial  m ap .   A cc u r ac y   w as  h i g h ,   b u th v is u al  cl ass i f icatio n   r esu l t s   r ese m b led   t h s h ap es  o f   t h i n p u v ar iab les.  T h e r ef o r e,   t h i s   s t u d y   s elec ted   v ar iab les  to   r ed u ce   o v er f i ttin g ,   th er eb y   en ab li n g   o p ti m al  m o d el  p er f o r m a n ce   [ 9 ] ,   [ 2 1 ] .   T h lar g lan d   co v er   v ar iab le  v al u es  i n   b o th   t h o v er f itti n g   a n d   b est  al g o r ith m   r es u lt s   m a y   b e   in f lu e n ce d   b y   la n d   co v er   v ar i ab le  d ata  g en er ated   f r o m   v i s u al  in ter p r etatio n   o f   s atell ite  i m a g er y   a n d   b y   th e   cr ea tio n   o f   tr ain i n g   ar ea   d ata  tailo r ed   to   th s a m e   lan d   co v er   class .   T h ese  f ac to r s   ca n   s i g n i f ica n tl y   e n h an ce   class i f icatio n   ac cu r ac y .   I n   2 0 2 2 ,   as  s h o w n   i n   T ab le   1 ,   r ai n f a ll  in   T an g g a m u s   R e g e n c y   w as  1 5 4   m m   p er   m o n t h ,   m o d er ate  r ain f all  ca t eg o r y A   w ei g h o f   0   in d icate s   th at  co f f ee   f ar m er s   in   T an g g a m u s   R e g en c y   te n d   n o to   r ely   o n   r iv er   w ater   b u in s tead   o n   r ain f all  [ 9 ] .   A   v ar iab le  w ith   a   v al u o f   1   in d icate s   th at  th v ar iab le  p lay s   d o m i n a n r o le  in   th a lg o r ith m .   C o n v er s el y ,   v al u e   clo s to   0   in d icate s   th at  th a ttrib u te  is   n o v er y   s ig n i f ica n i n   r ed u ci n g   e n tr o p y .   A   v a lu e   o f   ze r o   in d icate s   it s   lo w e s i m p o r tan ce   a n d   th u s   is   s u b o r d in ate .   T h is   s tu d y   f o u n d   i m p o r tan v ar ia b les  th at  ca n   s ig n i f ica n tl y   i m p r o v class i f icatio n   ac cu r ac y .   I n   2 0 2 2 ,   it   w a s   r ep o r ted   th at  r ain f all  i n   T an g g a m u s   R eg e n c y   w as 1 5 4   m m   p er   m o n t h ,   w h ich   f all s   w it h i n   t h m o d er ate  r ain f all   ca teg o r y .   A   w ei g h o f   0   in d ic ates  th at   co f f ee   f ar m er s   i n   T a n g g a m u s   R e g en c y   te n d   n o to   r ely   o n   r iv er   w ater   b u t o n   r ain f all.       T ab le  1 .   W eig h t r esu lt s   f o r   ea ch   v ar iab le  ( o v er f i tti n g )   B r u t e   f o r c e   I n f o r mat i o n   g a i n   G a i n   r a t i o   G i n i   i n d ex   V a r i a b l e   W e i g h t   V a r i a b l e   W e i g h t   V a r i a b l e   W e i g h t   V a r i a b l e   W e i g h t   L a n d   c o v e r   1   L a n d   c o v e r   1   S e t t l e me n t   1   L a n d   c o v e r   1   El e v a t i o n   1   N D V I   0 . 3 7   N D V I   0 . 9 0   S e t t l e me n t   0 . 3 2   S l o p e   1   N R G I   0 . 3 4   L a n d   c o v e r   0 . 8 2   N D V I   0 . 2 2   R i v e r   1   V A R I   0 . 3 3   N R G I   0 . 7 2   N R G I   0 . 2 0   R o a d   1   S e t t l e me n t   0 . 2 9   V A R I   0 . 7 0   V A R I   0 . 2 0   S e t t l e me n t   1   S l o p e   0 . 2 0   S l o p e   0 . 3 3   R o a d   0 . 1 6   N D V I   1   V D V I   0 . 1 9   R o a d   0 . 3 2   S l o p e   0 . 1 3   N R G I   1   El e v a t i o n   0 . 1 7   V D V I   0 . 3 1   V D V I   0 . 1 3   V D V I   1   R o a d   0 . 1 3   El e v a t i o n   0 . 3 0   El e v a t i o n   0 . 1 0   V A R I   1   R i v e r   0   R i v e r   0   R i v e r   0       B as ed   o n   th is   i n f o r m atio n ,   v ar iab les  s u c h   as  s et tle m en t s   ex h ib it  i n co n s is ten w e ig h s eq u en ce s ,   in d icati n g   o v er f it tin g ,   as  th e y   y ield   m o r b r an ch   n o d es  th a n   s p ec tr al  v ar iab les,  l ea d in g   to   il lo g ica l   class i f icatio n   r esu l ts .   Ov er f itt i n g   i s   co m m o n   p r o b lem   i n   ma ch in lear n in g ,   esp ec iall y   w it h   d ec is io n   tr ee s ,   an d   ca n n o b a v o id ed   en tire l y   [ 9 ] .   T h is   ca n   b d u to   li m i tatio n s   in   tr ain in g   d ata,   w h ic h   ca n   b l i m i ted   in   s ize  o r   en co m p a s s   m a n y   v ar ia b les,  o r   to   li m itatio n s   in   al g o r ith m s   th at  ar to o   co m p le x   a n d   r eq u ir to o   m a n y   p ar am eter s .   Var iab les  s u ch   a s   r o ad   p r o x im it y ,   s et tle m en t s ,   r iv er s ,   an d   s lo p es  w er r e m o v ed   u s in g   t h d r o p o u t   m et h o d   as  in   T ab le  2 .   T h is   m et h o d   s ig n i f ican t l y   r ed u ce s   co m p u tatio n al  ef f o r an d   is   s u itab le  f o r   lar g an d   co m p le x   d ata  s et s   [ 9 ] .   L an d   co v er   r ec eiv ed   th h ig h es weig h tin g   f o r   al m o s t   e v er y   p ar a m eter .   L a n d   co v er   ca r r ies  h ig h   w e ig h ti n g   b ec au s it  r e f lects   th e   s o cial  a n d   n atu r al   co n d itio n s   o f   r e g io n   an d   p la y s   a   cr u cia l   r o le  in   u n d er s tan d i n g   th co m p lex   r elat io n s h ip s   b et w ee n   ac tiv itie s   a n d   ch a n g e s   o cc u r r in g   o n   t h E ar th s u r f ac e.   T h e r ef o r e,   it  h as  h i g h   s e n s i tiv it y   a n d   is   th m o s t   in f lu e n tia in   clas s if y i n g   lan d   co v er   [ 1 1 ] .   T h s p ec tr al  v ar iab le  w it h   th h i g h est  w ei g h ti n g   a m o n g   th b est  f ea t u r es  w a s   NDVI ,   w it h   g ai n   r atio   o f   1 ,   Gin in d ex   o f   0 . 1 1 ,   an d   an   in f o r m a t io n   g ain   o f   0 . 2 5   ( s ee   T a b le  2 ) .   T h is   in d icate s   t h at  th NDVI   v eg eta tio n   in d e x   is   h ig h l y   r eli ab le  i n   lan d   co v e r   class i f icatio n .   N DVI   r ef lec ts   ec o lo g ical  i n f o r m a tio n ,   i n clu d in g   v eg eta tio n   g r o w t h ,   v e g etat io n   co v er   lev e l ,   an d   b io m a s s   [ 2 2 ] .       T ab le  2 .   W eig h t r esu lt  f o r   ea ch   v ar iab le  ( b est)   B r u t e   f o r c e   I n f o r mat i o n   g a i n   G a i n   r a t i o   G i n i   i n d e x   V a r i a b l e   W e i g h t   V a r i a b l e   W e i g h t   V a r i a b l e   W e i g h t   V a r i a b l e   W e i g h t   L a n d   c o v e r   1   L a n d   c o v e r   1   N D V I   1   L a n d   c o v e r   1   El e v a t i o n   1   N D V I   0 . 2 5   L a n d   c o v e r   0 . 9 7   N D V I   0 . 1 1   N D V I   1   V A R I   0 . 1 4   V A R I   0 . 5 9   V A R I   0 . 0 7   N R G I   1   N R G I   0 . 1 3   N R G I   0 . 5 7   N R G I   0 . 0 6   V D V I   1   El e v a t i o n   0 . 0 0   El e v a t i o n   0 . 0 5   V D V I   0 . 0 2   V A R I   1   V D V I   0   V D V I   0   El e v a t i o n   0     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
            I SS N :   16 93 - 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.  24 ,   No .   4 A u g u s 20 26 1 3 0 7 - 1 3 1 9   1312   3 . 2 .     M o del  o pti m iza t io n   P ar am eter   tu n i n g   in   d ec is io n   tr ee s   u s es  g r id   s ea r ch ,   a   s y s te m atic  p r o ce s s   th at  tes ts   v ar io u s   co m b i n atio n s   o f   p ar a m eter   v a lu es  to   au to m atica ll y   f in d   t h o p tim a o n [ 2 3 ] M o d e l   ( g r i d )   o p t im iz a t i o n   is   an   o p e r a t i o n   th at   f in d s   th e   o p tim al   v al u e   f o r   e ac h   s e le c t e d   p a r am e t e r ,   th e r e b y   d et e r m in in g   th e   v a l u e   th a t   y i el d s   th m ax im u m   r e s u l ts   w i th o u t   h av in g   t o   r e - en t e r   d a t a .   T a b l e   3   s h o w s   th a t   th e   in f o r m a t i o n   g a in   p a r am et e r   a c h i ev e d   t h e   h ig h es t   a c cu r a cy   o f   9 4 . 0 %   w ith   t h e   t r e a tm en t   w i th o u t   p r u n in g   a n d   w ith o u t   p r e - p r u n in g ,   a   m ax im u m   d e p th   o f   3 5 ,   a   m in im u m   l ea f   s i ze   o f   6 0 ,   a   m in im u m   s p l it   s i z e   o f   4 8 ,   a n d   a   p r e - p r u n i n g   al t e r n a t iv e   o f   6 0 .   T h r esu lts   o f   m o d el  o p tim iz atio n   u s i n g   th in f o r m atio n   g ain   p ar am e ter   d o m i n ated   th p ar am eter   s p ac e,   w it h   t h 1 0   b est  m o d el  p ar am eter   co m b i n atio n s   o u o f   1 0 , 3 6 8 .   B ased   o n   th m o d el  o p ti m izatio n ,   t h e   h ig h e s ac cu r ac y   w as  9 4 . 0 %,  d em o n s tr ati n g   th e   d ec i s io n   tr ee   m o d el s   ab ilit y   to   clas s i f y   ag r o f o r estr y   co f f ee   w it h   h i g h   ac cu r ac y .   In f o r m at io n   g a in   p r o v e d   t o   b e   t h e   m o s t   e f f e ct iv e   s e p a r a ti o n   p a r am e te r   i n   th is   c as e ,   y ie l d in g   c o n s i s t en t ly   h ig h   a c cu r a cy .   I n f o r m a ti o n   g ai n   i s   a   s u it a b l e   m e tr i c   f o r   s e l e ct in g   d a t a   s p l it s   [ 5 ] ,   [ 1 6 ] ,   [ 2 3 ] .       T ab le  3 .   1 0   h ig h e s t a cc u r ac y   p ar a m eter   co m b in at io n   P a r a me t e r   P r u n n i ng   M a x i m a l   d e p t h   Pre - p r u n n i n g   M i n i m a l   l e a f   si z e   M i n i m a l   si z e   f o r   sp l i t   Pre - p r u n n i n g   a l t e r n a t i v e   A c c u r a c y   ( %)   IG   F   35   F   60   48   60   9 4 . 0   IG   F   24   F   80   80   0   9 3 . 9   IG   T   35   F   1   64   1 0 0   9 3 . 7   IG   T   24   F   21   17   40   9 3 . 7   IG   F   35   F   41   1   40   9 3 . 6   GI   F   35   F   21   80   40   9 3 . 6   IG   F   24   F   21   17   80   9 3 . 6   IG   T   30   F   80   48   1 0 0   9 3 . 6   IG   F   35   F   41   1   20   9 3 . 5   IG   F   19   F   80   48   20   9 3 . 5   * N o t e :   G I   =   g i n i   i n d e x ,   I G   =   i n f o r mat i o n   g a i n ,   F   =   f a l se ,   T   =   t r u e       T h ac cu r ac y - clas s   f r eq u en c y   r esu lt s   f o r   th e   d ec is io n   tr ee   p ar a m eter s   i n d icate   t h at  i n f o r m atio n   g ai n   w a s   s elec ted   a s   t h b est  p ar a m eter   f o r   b u ild in g   d ec is io n   tr ee   m o d el,   w it h   1 0 3 6 8   co m b in atio n s   ac h iev i n g   90% - 9 5 ac cu r ac y ,   a s   s h o w n   in   T ab le  4 .   Gain   r atio   h as   m o r co m b in a tio n s   w it h   ac c u r ac y   b elo w   7 0 th a n   o th er   p ar am eter s ,   n a m el y   1 3 7 9 .   T h i s   s h o w s   t h at  th g ai n   r atio   d o es  n o p er f o r m   well  in   d ec is io n - tr ee   class i f icatio n .   Si m i lar   r esu lts   w er r ep o r ted   b y   [ 4 ] ,   w h o   id en ti f ied   in f o r m atio n   g ain   as  o n o f   th 1 0   b est  p ar am eter s   in   t h o p ti m iza tio n   m o d el,   ac h ie v i n g   a n   ac cu r a c y   o f   8 4 . 6 %.  T h g in in d e x   w a s   also   s elec ted ,   ac h iev in g   th h i g h est  ac cu r ac y   o f   8 4 . 2 %.   T h r o les  o f   th g in in d ex   an d   in f o r m atio n   g a in   w er f r eq u e n tl y   r ec o g n ized   in   t h u s o f   t h d ec is io n   tr ee   alg o r it h m   [ 1 8 ] .       T ab le  4 .   C lass   ac cu r ac y   f r eq u en c y   f o r   ea ch   d ec is io n   tr ee   p ar a m eter   C l a ss  a c c u r a c y   P a r a me t e r   T o t a l   I n f o r mat i o n   g a i n   G a i n   r a t i o   G i n i   i n d e x   90 95%   1 7 2 7   1 6 9 7   1 7 0 9   5 1 3 3   85 90%   1   3 2 6   19   3 4 6   80 85%   0   26   0   26   75 80%   1 7 2 2   19   1 7 2 8   3 4 6 9   70 75%   6   9   0   15   < 7 0 %   0   1 3 7 9   0   1 3 7 9   T o t a l   3 4 5 6   3 4 5 6   3 4 5 6   1 0 3 6 8       3 . 3 .     Acc ura cy   a s s ess m e nt   T h ac cu r ac y   o f   tr ai n in g - ar e d ata  in   th d ec i s io n - tr ee   cl ass i f icatio n   a l g o r ith m   i s   as s e s s ed   u s i n g   p r o d u ce r ,   u s er ,   to tal,   an d   k ap p ac cu r ac ies.  P r o d u ce r   ac c u r ac y   a n d   u s er   ac cu r ac y   ar co m p o n e n t s   o f   t h e   o v er all  ac cu r ac y   e s ti m ate  t h a d escr ib th to tal  ac cu r ac y   o f   th cla s s i f icat io n   r es u lts k ap p ac cu r ac y ,   i n   co n tr ast,  is   d ete r m in ed   n o o n l y   b y   co r r ec tl y   clas s i f ied   o b j ec ts   b u also   b y   clas s i f icatio n   er r o r s   [ 1 9 ] .   T h r ee   d if f er e n co m b in a tio n s   u s ed   in   th test   ar e :   ( i s p ec tr a l,  b io - g eo p h y s ical,   ( ii)  s p ec tr al,   an d   ( iii)  b io - g eo p h y s ica l.  T h ac cu r ac y   co m p ar i s o n   f o r   ea ch   co m b in at i o n   is   s h o w n   i n   Fig u r 3 .   Data   in   th f o r m   o f   a   co n f u s io n   m atr ix   ca n n o b as s ess ed   s o lel y   b ased   o n   n u m b e r s   an d   e x is ti n g   ac c u r ac y .   Ho wev er ,   o v er f i tti n g   is   ev id en t i n   t h m o d el s   v is u aliz atio n s   [ 8 ] ,   [ 9 ] ,   [ 2 4 ]       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           Dec is io n - tr ee - b a s ed   ma ch in lea r n in g   fo r   d etec tin g   c o ffee  a g r o fo r estr y     ( I   Ma d K h r is n a   Yo g a   Dev a n d r a )   1313       Fig u r 3 .   T h ac cu r ac y   d i f f er e n ce   b et w ee n   ea c h   v ar iab le  co m b in at io n       T h b est  ac cu r ac y   w a s   ac h ie v ed   u s in g   co m b in a tio n   o f   s p e ctr al  an d   b io p h y s ical  v ar iab les,  w i th   a n   o v er all  ac cu r ac y   o f   9 4 . 0 an d   k ap p o f   9 3 . 3 %.  T h lo w est   ac cu r ac y   w a s   ac h iev ed   w ith   o n l y   s p ec tr al   v ar iab les,  w it h   a n   o v er all  ac c u r ac y   o f   6 0 . 4 an d   k ap p o f   5 5 . 4 %.  Sp ec tr al  v ar iab les   al o n ar in s u f f icie n t   to   class if y   ag r o f o r estr y   co f f e u n d er   tr ee   ca n o p y .   S h ad i n g   ca n   in f l u en ce   t h v e g etati o n   in d ex   v alu i n   co f f ee   f ield s ,   s o   th v al u o b tain ed   d o es  n o r ep r esen th e n tire   co f f ee   p la n v e g etatio n   in d ex   b u r ath er   a   m i x tu r o f   co f f ee   p la n t a n d   s h ad tr ee   v eg e tatio n   i n d ices   [ 1 4 ] ,   [ 1 5 ] ,   [ 2 0 ] ,   [ 2 5 ] .   T h o v er all  ac cu r ac y   v al u o f   ea ch   lan d   co v er   class   i s   g o o d   v alu ( s ee   T ab le  5 ) ,   w h ic h   is   in   li n w it h   [ 2 4 ] ,   w h ich   s tate s   th at  a c cu r ac y   v al u es  i n   th r an g o f   7 8 . 8 % 1 0 0 ar e   in clu d ed   in   th m ed i u m - h i g h   ca teg o r y ,   m ea n in g   t h ac cu r a c y   o f   th class i f icatio n   r esu lt s   f o r   all  lan d   c o v er   class es  p r o d u ce d   ca n   b f u ll y   tr u s ted .   C o f f ee   ag r o f o r estr y   h as  t h lo w e s u s er   ac c u r ac y ,   at  8 3 . 6 %,  in d i ca tin g   a n   8 3 . 6 ch a n ce   t h at  t h e   tr ain i n g   p i x el s   clas s i f ied   r ep r esen a g r o f o r estr y   co f f ee .   Ho wev er ,   d r y lan d   a g r ic u ltu r h a s   t h lo w est   p r o d u ce r   ac cu r ac y   o f   8 9 . 2 %.  T h is   i n d i ca tes  t h at  o n l y   8 9 . 2 o f   t h d r y la n d   a g r icu lt u r al  cla s s   tr ai n in g   d ata   m a tch e s   f ield   c o n d itio n s .   T h s tu d y   al s o   s h o w ed   t h at  t h F1 - s co r f o r   ea ch   class   e x ce ed ed   8 5 %.       T ab le  5 .   T h ac cu r ac y   r es u lt s   f r o m   ea ch   v ar iab le   L a n d   c o v e r   c l a ss   U se r   a c c u r a c y   ( r e c a l l )   P r o d u c e r   a c c u r a c y   ( p r e c i si o n )   F 1   s c o r e   O v e r a l l   a c c u r a c y   K a p p a   a c c u r a c y   C l o u d   9 6 . 8 %   9 7 . 7 %   9 7 . 3 %   9 4 . 0 %   9 3 . 3 %   C o f f e e   a g r o f o r e st r y   8 3 . 6 %   8 9 . 5 %   8 6 . 5 %   F o r e st   9 5 . 1 %   9 6 . 1 %   9 5 . 6 %   P l a n t a t i o n   ( e st a t e   c r o p )   9 9 . 0 %   9 8 . 1 %   9 8 . 6 %   A g r i c u l t u r e   ( d r y   l a n d   a g r i c u l t u r e )   9 2 . 3 %   8 9 . 2 %   9 0 . 7 %   S e t t l e me n t   9 7 . 6 %   9 5 . 3 %   9 6 . 4 %   S c r u b   9 2 . 7 %   8 9 . 8 %   9 1 . 2 %   P a d d y   f i e l d   9 4 . 4 %   9 9 . 2 %   9 6 . 7 %   W a t e r   b o d y   9 9 . 2 %   9 6 . 7 %   9 7 . 9 %   B a r e   l a n d   9 7 . 8 %   9 7 . 8 %   9 7 . 8 %   A v e r a g e   9 4 . 8 %   9 4 . 9 %   9 4 . 9 %           Si m i lar   r esu lt s   w er also   f o u n d   in   [ 2 6 ] ,   w h o   o b tain ed   p r o d u ce r   ac cu r ac y   f o r   o n class   th at  d id   n o r ea ch   8 5 %,  b u ac h iev ed   an   o v er all  ac cu r ac y   o f   9 4 . 7 an d   k ap p c o ef f icie n o f   0 . 9 ,   in d i ca tin g   th at  th lev e l   o f   class i f icat io n   s u itab ili t y   i s   v er y   h ig h   co m p ar ed   to   r an d o m   clas s i f icatio n .   T h m o s co m m o n   clas s i f ic atio n   er r o r s   f o u n d   in   th e   d r y la n d   a g r icu l tu r al  c lass   ar ca u s ed   b y   t h lo ca tio n   o f   d r y la n d   ag r icu lt u r e,   esp ec iall y   th o s lo ca ted   o r   ass o ciate d   w it h   ag r o f o r estr y   co f f ee   a n d   s h r u b   class es,  s o   t h at  t h e y   m a y   h a v v e g etatio n   i n d ex   v alu e s   t h at  ar n o m u c h   d if f e r en t.    T h d ec is io n   tr ee   alg o r ith m   t en d s   to   ac h iev h i g h er   ac cu r ac y .   T h is   is   in   lin w it h   th r esu lt s   o f   r esear ch   b y   [ 6 ] ,   w h ic h   s h o w s   th s u p er io r it y   o f   r an d o m   f o r est  ( an   en s e m b le  o f   d ec is io n - tr ee   alg o r ith m s )   o v er   SVM  in   cla s s i f y i n g   u r b an   an d   f o r est  ar ea s   [ 4 ] ,   [ 5 ] ,   [ 2 7 ] I n   id en ti f y i n g   co n i f er o u s   f o r es class es,  t h SV M   alg o r ith m   ac h iev e s   9 5 . 8 ac cu r ac y ,   b u ac c u r ac y   i s   lo w e r   f o r   o th er   f o r est  t y p e s ,   r ea ch in g   o n l y   8 8 . 3 %.  A lt h o u g h   M L   a lg o r it h m s   o f te n   p r o m is e   b etter   ac cu r ac y ,   c h a llen g es  r e m ai n ,   esp ec iall y   in   d iv er s f o r est  t y p es,   p ar ticu lar l y   i n   m ix ed   v e g etati o n   en v ir o n m e n ts ,   w h er s p ec tr al  v ar iatio n   is   v er y   lo w .   T h is   asp ec en co u r ag es   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
            I SS N :   16 93 - 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.  24 ,   No .   4 A u g u s 20 26 1 3 0 7 - 1 3 1 9   1314   r esear ch er s   to   co n tin u s t u d y i n g   to   s elec t h o p ti m al  al g o r ith m   an d   s elec t h m o s co n s is ten attr ib u tes  to   ac h iev h i g h   ac c u r ac y .   T h r esu lti n g   d ec i s io n   tr ee   m o d el  ca n   class i f y   a g r o f o r estr y   co f f ee   f r o m   o t h er   la n d   co v er   t y p e s ,   w it h   r o o n o d r ep r esen tin g   v is u a lan d   co v er   in   Fi g u r 4 ,   E L E elev atio n ,   P L T   p lan tatio n   ( estate  cr o p ) ,   an d   P L VI v is u al  lan d   co v er .   T h eo r etica lly ,   it  in d icate s   th a ag r o f o r estr y   c o f f ee   p lan t s   ar f o u n d   in   ce r tain   lan d - u s t y p e s ,   s u c h   as  d r y la n d   ag r icu lt u r e,   p lan tatio n   f o r ests ,   an d   n at u r al  f o r ests .   A g r o f o r estr y   p lan ts   ar e   g en er all y   p lan ted   in   d r y   ar ea s   b ec au s co f f ee   p lan ts   ar in to ler an o f   w ater lo g g i n g   [ 1 ] ,   [ 3 ] .   Fu r th er m o r e,   co f f ee   p la n ts   ar g r o w n   as  s h o r t - ter m   s a v in g s   cr o p   f o r   f ar m er s ,   w i th   p r o d u ctiv e   h ar v e s ts   o cc u r r in g   ap p r o x im a tel y   ev er y   t w o   m o n th s .   C o f f ee   p lan ts   r eq u ir g o o d   d r ain ag e,   an d   th is   is   o f te n   f o u n d   in   d r y lan d   ag r icu l tu r e.   Fu r t h er m o r e,   co f f ee   p lan ts   ar a m o n g   th m o s t   s tu d ied   p lan ts .   C o f f ee   p la n ts   ty p ical l y   t h r iv o n   m o u n tai n   s lo p es a n d   f o r ested   ar ea s .   B y   n atu r e,   co f f ee   is   d r y lan d   p lan t.           Fig u r 4 .   Dec is io n   tr ee   m o d el  u s ed   f o r   lan d   co v er   clas s i f icati o n       Fig u r 4   s h o w s   t h at  t h d ec is io n   tr ee   m o d el  r elies  o n   c o m b i n atio n   o f   s p ec tr al  an d   g eo p h y s ica l   v ar iab les,  w h ic h   ar cr u cia f o r   ac cu r atel y   d is t in g u is h i n g   lan d   co v er   cla s s e s .   T h d ec is io n   tr ee   d ia g r a m   p r o v id es  co n tex f o r   u n d er s t an d in g   h o w   v ar io u s   e n v ir o n m en tal  p r ed icto r s   in ter ac an d   ar s eq u en tiall y   s elec ted   b y   t h M L   alg o r it h m   to   d is tin g u is h   d if f er en lan d   c o v er   t y p es.  I n   th i s   m o d el,   a g r o f o r estr y   co f f ee   w as   s elec ted   b ased   o n   V DVI     0 . 1 0 6 ,   NR GI     0 . 1 7 3 ,   E lev atio n     2 1 0 ,   an d   NDVI   b et w ee n   0 . 7 1 9   an d   0 . 7 3 7   [ 3 ]   s tated   th a r o b u s ta  co f f ee   ca n   b p lan ted   in   lo w lan d   ar ea s   w i th   a n   ele v atio n   o f   le s s   th a n   8 0 0   m eter s   ab o v s ea   lev el.   NDVI   v alu f o r   co f f ee   a g r o f o r estr y   is   also   s elec ted   ar o u n d   0 . 7 ,   in d icatin g   th c o f f ee   p lan tatio n   is   co v er ed   w ith   tr ee   s h ad e,   ca u s in g   th h ig h   NDVI   v al u s i m ilar   to   [ 4 ]   w h o   s tate s   th at  t h NDVI   v al u f o r   T r o p ical  R ain f o r est is   ab o v e   0 . 5   an d   clo s to   1 ,   an d   th a t t h g r ee n er y /v e g etatio n   v alu e   is   a r o u n d   0 . 1 0 . 4 .   T h is   is   in   li n w it h   p r ev io u s   r es ea r c h   r eg ar d in g   th s i g n i f ica n t r o l o f   NDVI   in   d etec ti n g   v eg e ta tio n   v ar iatio n   [ 2 8 ] .     3 . 4 .     Cla s s if ica t io n m o de   T h im p ac o f   o v er f itti n g   o n   th clas s i f icatio n   r e s u lt s   is   cl ea r l y   s h o w n   i n   Fi g u r es  5 ( a)   an d   ( b )   to   Fig u r es  8 ( a)   a n d   ( b ) th e   clas s if icatio n   r es u lts   ex h ib it  a   s tr a n g p atter n   th at   f o llo w s   t h i n p u v ar iab le s   s h ap ( r o ad s ,   r iv er s ,   s ettle m e n ts ,   s l o p es).   T h is   in d icate s   th at  th e   m o d el  is   o v er l y   s e n s iti v to   s lig h v ar iatio n s   i n   th ese  v ar iab les,  li m i tin g   it s   ab ilit y   to   d is ti n g u is h   a m o n g   la n d   co v er   c lass es.  O v er f itti n g   o cc u r s   w h en   m o d el   ac h iev e s   h i g h   ac cu r ac y   o n   th tr ain i n g   d ata  b u t   f a ils   to   g e n er alize   w ell   ac r o s s   m u ltip le  d atasets   [ 8 ] ,   [ 1 9 ] If  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           Dec is io n - tr ee - b a s ed   ma ch in lea r n in g   fo r   d etec tin g   c o ffee  a g r o fo r estr y     ( I   Ma d K h r is n a   Yo g a   Dev a n d r a )   1315   th d ata  is   o v er f it,  it  w i ll  h a v e   an   u n n at u r al  s h ap e.   Data   co m p ar is o n s   ar p er f o r m ed   to   v is u alize   an o m alie s .   I n   s o m ca s e s ,   o v er f it tin g   o cc u r s   w h e n   th al g o r ith m   o v er lear n s   s i n g le  attr ib u te.   T h is   i s   ca u s ed   b y   li m ited   tr ain i n g   d ataset,   a n   i m b ala n ce   in   th tr ai n i n g   d ataset,   an d   m o d el  co m p le x it y   [ 1 0 ] ,   [ 2 9 ] .               ( a)     ( b )   ( a)   ( b )   Fig u r 5 .   O v er f it tin g   i n   estate  cr o p   class if icatio n   ( a)   s ettle m e n t - li k estate  cr o p   p atter n   an d   ( b )   s ettle m en t p r o x i m it y   p atter n   Fig u r 6 .   Ov er f it tin g   i n   ag r ic u ltu r al  clas s i f icatio n ( a)   r iv er - p r o x i m it y - li k ag r ic u ltu r al  p atter n   a n d   ( b )   r iv er   p r o x i m it y   p atter n               ( a)   ( b )   ( a)   ( b )   Fig u r 7 .   Ov er f it tin g   i n   s cr u b   class i f icatio n   ( a)   r o a d - p r o x i m it y - li k s cr u b   p atter n   an d   ( b )   r o a d   p r o x i m it y   p atter n   Fig u r 8 .   Ov er f it tin g   i n   s ettle m en t c lass if icatio n   ( a)   s lo p e - lik s et tle m e n t p atter n   an d   ( b )   s lo p p atter n       Al t h o u g h   t h clas s if icatio n   r e s u lt s   d e m o n s tr ate  r elati v el y   h ig h   ac c u r ac y ,   t h p r o p o s ed   m eth o d   s til l   ex h ib it s   s e v er al  li m ita tio n s .   T h is   h i g h   ac c u r ac y   f ai ls   to   d etec w ea k n e s s e s   i n   M L   a p p r o ac h es,  s u ch   as   o v er f itti n g .   T h er ef o r e,   th m ain   li m itat io n   o f   th i s   m eth o d   is   th lack   o f   s ta n d ar d   m e th o d   f o r   m ea s u r i n g   m o d el  r el iab ilit y .   Ov er all   ac cu r ac y ,   t h k ap p co ef f icien t,  r ec all,   an d   p r ec is io n   ar r eliab le  s tatis tical   m ea s u r es  f o r   ass e s s i n g   ac cu r a c y .   Ho w e v er ,   th e y   s till   h av l i m itat io n s   i n   m ea s u r i n g   s p atia er r o r s ,   in clu d in g   p r o x i m it y   an d   o v er f itti n g .   I n   th is   s t u d y ,   b ec au s o v er f i tt in g   p atter n s   ca n n o b id en tifie d   s o lel y   w it h   n u m er ical  m e tr ics,  v is u al  ap p r o ac h   w as  u s ed   to   d iag n o s th e m   [ 8 ] ,   [ 9 ] .   Ho w e v er ,   th is   ap p r o ac h   is   s til en t ir el y   q u alitati v a n d   lack s   s tan d ar d i za tio n   as  m et h o d   f o r   d iag n o s in g   er r o r s   in   s p atial  m ac h i n lear n i n g .   T h er ef o r e,   th ap p r o ac h   r elies  h ea v i l y   o n   th an a l y s t s   k n o w led g an d   s k ill s   ( ex p er j u d g m e n t) ,   w h ic h   ar h ig h l y   s u b j ec tiv e.   T h er ef o r e,   f u r t h er   r esear c h   is   n ee d ed   to   d ev elo p   s ta n d ar d iz ed   s p atial  d iag n o s t ic  m eth o d   t h at  i n te g r a tes  s p atial   p atter n s   an d   ac cu r ac y   m etr ics.  I n   t h is   s t u d y ,   to   r ed u c o v er f it tin g ,   w e   ap p lied   r eg u lar izatio n   s tr ateg y   [ 3 0 ]   th a t   in cl u d es  ( 1 )   d r o p p in g   th at tr ib u tes  t h at  ca u s o v er f itti n g   b y   eli m i n ati n g   th d ep en d en ce   o f   th m o d el  o n   t h at   s p ec if ic  f ea t u r e,   ( 2 )   ap p ly i n g   p r e - p r u n i n g ,   p o s t - p r u n i n g ,   s ett in g   t h m in i m u m   cla s s   m e m b er s   b ef o r s p litt i n g ,   an d   ad j u s tin g   t h tr ee   d ep th .   T h f ir s s tr ate g y   i s   i m p le m en te d   b ec au s th n u m b er   o f   p o in t   s a m p les  is   li m ited   [ 8 ] I is   v er y   d if f ic u lt  to   i n cr ea s th n u m b er   o f   lar g g r o u n d - s u r v e y   s a m p les,  s o   o u r   m ai n   f o c u s   i s   to   eli m i n ate  v ar iab les t h a t le ad   to   s ev er o v er f i tti n g .     As  s h o w n   in   Fig u r es  5   to   8 ,   th s ettle m en ts ,   r o ad s ,   r iv er s ,   a n d   s lo p es  v ar iab les  s tr o n g l y   co n tr ib u te  to   th o v er f it tin g .   T h er ef o r e,   th ese  v ar iab les  ar n o u s ed   in   th m o d el.   T h v ar iab les  r etai n ed   ar th im a g e   in d ices  ( ND VI ,   NR GI ,   AR VI ,   an d   VDVI ) ,   t h ele v atio n   v ar iab les,  an d   t h v is u al  v e g etati o n   co v er   v ar iab le s .   T h s ec o n d   s tr ate g y   is   i m p le m en ted   to   eli m i n ate  n o is f r o m   s a m p le s   t h at  d o   n o t   r ep r esen f ield   co n d it io n s .   T h p r e - p r u n in g   ( ea r l y   s to p p in g )   l i m its   tr ee   g r o w th   d u r in g   t h s ea r ch   f o r   m ax i m u m   i n f o r m atio n   g ai n   b y   en f o r ci n g   co n s tr ai n ts   s u c h   as  m a x i m u m   tr ee   d ep th   an d ,   i m p o r tan tl y ,   t h m in i m u m   n u m b er   o f   s a m p le s   r eq u ir ed   f o r   n o d e   s p litt in g   an d   f o r   ter m i n al  leaf   n o d es   [ 4 ] .   B y   i n cr ea s i n g   th m i n i m u m   n u m b er   o f   s a m p les  f o r   s p lits   a n d   leav es,  t h m o d el  a v o id s   cr ea tin g   o v er l y   s p ec i f ic  b r an ch es  t h at  ar s e n s it iv to   s m all  f l u ctu a tio n s   in   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
            I SS N :   16 93 - 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.  24 ,   No .   4 A u g u s 20 26 1 3 0 7 - 1 3 1 9   1316   th d ata,   th er eb y   r ed u cin g   v ar ian ce   an d   i m p r o v i n g   g en er al iz atio n .   P o s t - p r u n i n g   ( p r u n i n g ) ,   in   co n tr ast,  allo w s   th d ec is io n   tr ee   to   f u ll y   g r o w   b ef o r s y s te m atica ll y   r e m o v in g   b r an c h es  t h at  co n tr ib u t e   litt le  to   p r ed ictiv p er f o r m a n ce .   T h f o cu s   o n   p e r f o r m an ce   ( o v er f it tin g )   a n d   in ter p r etab ilit y   ( d ec is io n   tr ee )   i s   v ital   f o r   f o s ter in g   tr u s an d   f ac ilit ati n g   in f o r m e d   d ec is io n - m ak i n g   in   cr itical   s ec to r s   w h er A I   is   i n cr ea s i n g l y   d ep lo y ed   [ 3 1 ] Ulti m a tel y ,   ad d r ess in g   o v er f i ttin g   w h ile  en h a n ci n g   m o d el   in ter p r etab ilit y   ca n   lead   to   m o r r eliab le  an d   tr u s t w o r t h y   A I   s y s te m s ,   f o s ter in g   g r ea ter   ac ce p tan ce   an d   e f f ec tiv u s i n   cr itical  d ec is io n - m ak in g   co n te x t s .     T h r esu lti n g   cla s s i f icat io n   m ap   f o r   th 1 0   lan d   co v er   clas s es  is   m o r lo g ical  a n d   n at u r al ,   an d   d o es   n o r ev ea an y   tr e n d   p atter n s   f o r   an y   p ar ticu lar   v ar iab le  as  in   Fi g u r 9 .   T h ag r o f o r estry   co f f ee   lan d   co v er   r esu lti n g   f r o m   t h al g o r ith m ic   m o d el  clas s i f icatio n   is   s h o w n   in   d a r k   b r o w n .   I n   g en er al,   T an g g a m u s   R eg e n c y   is   d o m i n ated   b y   d r y la n d   a g r i cu lt u r al  l a n d   co v er .   I n   ac co r d an ce   w it h   t h o b j ec tiv es  o f   th is   s t u d y ,   t h la n d   co v er   class if ica tio n   m ap   ai m s   to   f ac ilit ate   th e   v is u aliza tio n   o f   lan d   co v er   r es u lts .   T h i s   v i s u al izatio n   h elp s   d ep ict  an   ar ea   f o r   p r ed ictin g   l an d   co v er   a n d   d etec tin g   a g r o f o r estry   co f f ee   i n   h ar d - to - r ea ch   p lace s .   I t   is   a ls o   h elp f u f o r   f o r est p lan n in g ,   p ar ticu lar l y   t h r o u g h   ag r o f o r estr y   s ch e m es.           Fig u r 9 .   Sp atial  d is tr ib u tio n   c lass i f icatio n   m ap       4.   CO NCLU SI O N   T h is   r esear ch   s u cc ess f u ll y   d ev elo p ed   co f f ee   ag r o f o r estr y   class i f icatio n   alg o r it h m   b ase d   o n   ML   d ec is io n   tr ee s   b y   i n teg r ati n g   s p ec tr al  v ar iab les  f r o m   SP OT - 7   im a g er y   ( NDVI ,   VDV I ,   an d   NR GI )   an d   b io p h y s ical   v ar iab les   ( elev ati o n   an d   v i s u al   lan d   co v e r).   Th e   s tu d y   d e m o n s tr ate s   t h at  d ec is io n - tr ee - b ase d   ap p r o ac h   ef f ec ti v el y   cla s s i f ie s   co f f ee   a g r o f o r estr y .   T h m o d el  w i th   t h ese  i n teg r ated   v ar iab les  i m p r o v ed   o v er all  ac cu r ac y   f r o m   6 0 . 4 to   9 4 . 0 an d   k ap p a   ac cu r ac y   f r o m   5 5 . 4 to   9 3 . 3 %   co m p ar ed   to   th s p ec tr al - o n l y   m o d el.   T h is   m o d el  al s o   ac h iev ed   u s er   ac cu r ac y   ( p r ec is io n )   o f   8 3 . 6 an d   p r o d u ce r   ac cu r ac y   ( r ec all)   o f   8 9 . 5 %.  T h in teg r atio n   o f   th e s v ar iab les  p r o v ed   ef f ec ti v in   i m p r o v i n g   m o d el  ac cu r ac y   w h ile  m ai n tai n i n g   g o o d   in ter p r etab ilit y   an d   a v o id in g   o v er f i t ti n g ,   t h er eb y   allo w i n g   f o r   clea r er   u n d er s tan d in g   o f   t h d eter m in a n ts   o f   co f f ee   a g r o f o r estry   s y s te m s .   Slo p an d   p r o x i m it y   to   r o ad s ,   s ettle m en t s ,   an d   r iv er s   w er id en ti f ied   as  s o u r ce s   o f   o v er f it tin g   an d   w er eli m i n ated   f r o m   th m o d el  to   p r o d u ce   class if ic atio n   o u tp u t h at   w a s   m o r lo g ical,   s tab le,   an d   r ep r esen tativ o f   r ea l - w o r ld   co n d itio n s .   T h is   al g o r ith m   was  d ev elo p ed   u s i n g   in f o r m atio n   g ain   cr iter ia  w it h o u p r u n i n g   o r   p r e - p r u n in g ,   with   p ar am eter   co n f i g u r atio n   o f   m ax i m u m   d ep t h   3 5 ,   m i n i m u m   lea f   s ize  6 0 ,   m i n i m u m   s p lit s ize  4 8 ,   an d   p r e - p r u n i n g   alter n ati v o f   6 0 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.