کاربرد هوش مصنوعی در کشاورزی

هوش مصنوعی از دو کلمه متفاوت ساخته شده است. منظور از مصنوعی یعنی ساخته شده به دست بشر هوش مصنوعی است و از طرفی دیگر هوش به معنای توانایی ذهن برای درک اصول، حقیقت، حقایق یا معانی، کسب دانش و تبدیل علم به عمل بر پایه توانایی یادگیری و درک کردن است. بنابراین هوش مصنوعی ماشینی است که توسط انسان ها ایجاد میشود تا زندگی را آسان و راحت کند که به صورت برنامه های رایانه ای یا ماشین هایی بوده که به فکر کردن و یادگیری کمک میکنند. این مقاله تلاشی برای ترکیب مطالعات قبلی انجام شده توسط نویسندگان قبلی است و هدف اصلی کشف روندهای فعلی استفاده و مزایای مورد انتظار هوش مصنوعی در کشاورزی با استفاده از مرور سیستماتیک است. بررسی گسترده ادبیات با شناسایی مطالعات انجام شده در مورد استفاده و مزایای هوش مصنوعی در بخش کشاورزی انجام شده است. این تجزیه و تحلیل نشان میدهد که الگوی روشنی از تمرکز مطالعات در سه حوزه اصلی مانند نظارت بر محصول و خاک، تجزیه و تحلیل پیش بینی کشاورزی و کارایی زنجیره تامین است. بسیاری از این مطالعات بیشتر نظری هستند و بیشتر مبتنی بر قابلیت های هوش مصنوعی هستند. تا کنون هیچ تحقیق جامعی برای ایجاد بهترین و موثرترین رسانه برای ارائه مشاهدات مختلف حاصل از کاربرد ابزارهای هوش مصنوعی انجام نشده است.

عبارت “هوش مصنوعی” این روزها در چندین بخش به عنوان یک شعار مطرح است، چه در بخش خدماتی، تولید و کشاورزی. لازم به ذکر است که بخشهای خدمات و تولید شروع به اتخاذ روش های AI کرده اند و قادر به حل تعدادی از چالش ها در این محیط رقابتی بوده اند. با این حال، کشاورزی بخشی است که هنوز در مرحله تکامل استفاده از چنین شیوه های هوش مصنوعی قرار دارد. نگرانی در بخش کشاورزی، ایجاد درآمد پایین برای کشاورزان، وابستگی آب و هوایی، عدم آگاهی در میان کشاورزان و غیره است. اما کشورهای توسعه یافته در اروپا و آمریکا ب. به دلیل مداخله هوش مصنوعی در کشاورزی، قادر به درو سود سهام غنی بوده ایم. چنین کاربردهای مبتنی بر هوش مصنوعی برای مشاوره های مبتنی بر مزارع در مورد اسپری ها، پیش بینی آب و هوا، استفاده از هواپیماهای بدون سرنشین در مزارع، زیرساخت برای رطوبت و به روز رسانی دما برای کشاورزان و غیره استفاده میشود. شروع به کاهش کرده اند. بنابراین، با توجه به اهداف دولت در مورد دو برابر کردن درآمد کشاورزان، زیان های کشاورزان باید با استفاده از شیوه های هوش مصنوعی به حداقل برسد. 

با توجه به این واقعیت، مطالعه حاضر تلاشی است برای ترکیب مطالعات قبلی انجام شده توسط نویسندگان قبلی و هدف اصلی کشف روندهای جاری استفاده و مزایای مورد انتظار AI در کشاورزی با استفاده از مرور سیستماتیک است. انقلاب صنعتی دو قرن گذشته که با فسیل ها و مکانیزه کردن سوخت استخراج معدن، تولید و گسترش سریع آن در مناطق دیگر هدایت شد، تغییرات اجتماعی را به ارمغان آورد، که بیشتر در طبیعت خوب است اما با عواقب ناخواسته مانند شهرنشینی و رشد جمعیت، این چالش باقی ماند که چگونه جمعیت در حال رشد را تغذیه و مسدود کند مگر اینکه تولید کشاورزی و بهره وری بتواند سرعت خود را حفظ کند. برای پرداختن به این چالش پس از جنگ جهانی دوم، تاکید زیادی بر بهبود تولیدات کشاورزی شده است. اولین مورد در این زمینه “ارزیابی سبز” به رهبری نورمن بورلاگ بود. در ۵۰ سال گذشته یا بیشتر، جمعیت جهان دو برابر شده است و با پیشرفت های فناوری و پیشرفتهای زراعی، تولید غلات مانند گندم، برنج و ذرت با کمی افزایش در سطح زیر کشت سه برابر شده است (۲۰۱۸ ,Danny Llewellyn) در ۲۰ سال گذشته نیز شاهد معرفی بذرهای اصلاح شده ژنتیکی بوده ایم که استفاده از آفت کش ها و علف کشهای شیمیایی را در محصولات کلیدی کاهش داده است که به بهره وری محصول در کنار کمک به پایداری کمک کرده است. 

تحقیقات فناوری و کشاورزی در حال تکامل هستند، همزمان جمعیت جهان با سرعت بیشتری نسبت به تولید کشاورزی در حال افزایش است، سرعت همچنان در حال افزایش است و پیشبینی میشود که تا سال، ۲۰۵۰ جمعیت جهان حدود ۹,۸ میلیارد نفر خواهد بود، ۳۰% بیشتر از سطح امروز و تمام این افزایش از کشورهای در حال توسعه مانند هند خواهد بود (۲۰۱۴ ,food tank). چالش پیش رو این است که در دوران سریع شهرنشینی، چالش های آب و هوایی و صنعتی شدن چگونه می توان جهان را در سال ۲۰۵۰ تغذیه کرد.

دلایل نیاز به دومین انقلاب سبز

پاسخ مطمئناً بله است، اما این انقلاب باید هوشمندانه تر باشد، باید زمینه را برای استفاده از راه حل زراعی موثر و کارآمد، استفاده منطقی از نهاده ها با تصمیمات کشاورزی با آگاهی بیشتر ، جهش کوانتومی در بهره وری ، محصول بیشتر در هر قطره، محصولات بیشتر از مزرعه و درآمد پایدار برای پرورش دهنده. گیاهان و گونه های بهتر یکی از جنبه های تکنولوژی هستند، قطعه بزرگ دیگری که از طریق ماشین های کشاورزی بهبود یافته و مدیریت زراعی هدایت شده از طریق فناوری اطلاعات امکان پذیر است، IOT، داده های زمان واقعی، مشاوره مزرعه و یادگیری ماشین می تواند اتوماسیون مزرعه را به ارمغان بیاورد، بهره وری مدیریت مزرعه از طریق بهره وری تحویل مایل آخر، تنها می تواند توسط “هوش مصنوعی” هدایت شود.

کشاورزی جمعیتی وسیع ترین بخش اقتصادی است و نقش مهمی در بافت اجتماعی – اقتصادی هند دارد، هند ۱۵۹,۷ میلیون هکتار زمین زراعی بزرگ و متنوع دارد، اما سطح عملکرد اکثر محصولات بسیار کمتر از میانگین جهانی است، این امر عمدتا به دلیل شیو های کشاورزی ناپایدار است که به دلیل فقدان خدمات ترویج کیفیت، انتقال دانش و اطلاعات در مورد حفاظت از گیاه، مدیریت مواد مغذی و بازاریابی محصولات حاصل شده است. عملیات پیچیده کشاورزی به مجموعه ای از اطلاعات نیاز دارد که بسیار به موقع بوده و کشاورزان برای شروع از تجربیات خود، کشاورزان همکار، متخصصان کشاورزی، مشاوران، تامین کنندگان ورودی و فروشندگان ورودی به منابع متنوعی وابسته هستند، ارتباط و سودمندی تمام این اطلاعات در صورت در دسترس بودن به موقع، که همیشه محدودیت باقی می ماند، نگران کننده باقی می ماند. به منظور غلبه بر این امر، توسعه یک “سیستم خبره” با هدف ایجاد اطلاعات در دسترس، توصیه، فناوری برای تصمیم گیری به موقع است، این جایی است که جهت گیری هوش مصنوعی وارد بازی میشود.

بخش کشاورزی در هند در حال حرکت در برابر جزر و مد است، به دلیل عدم توجه، اصلاحات ارضی، ناکارآمدی در تجارت کشاورزی، سیستم آشفته ترویج کشاورزی، دسترسی به اطلاعات و فناوری حیاتی برای تصمیم گیری، درآمد کشاورزان تحت فشار زیادی است و سال به سال کاهش می یابد. شکاف اطلاعاتی قابل مشاهده و شکاف دانش، کشاورزی را کمتر سودآور و جذاب میسازد. برای موافقت با این موضوع، روش انجام کشاورزی باید هوشمند شود، اتخاذ فناوری مانند هوش مصنوعی (AI) مبتنی بر سیستم های مشاوره توسط کشاورزان می تواند سودمند باشد و می تواند به کاهش زیان های آنها کمک کند. کمک بزرگی به مناطق مختلف توسط تکنیک های AI از دو دهه گذشته از جمله کشاورزی صورت گرفته است. اصطلاح “مصنوعی” در AI میتواند به عنوان غیر زیستی و “هوش” به عنوان توانایی انجام فعالیت ها و اقدامات پیچیده در نظر گرفته شود.

پردازش زبان طبیعی (NLP)، رباتیک، یادگیری ماشینی (ML)، بازسازی خودکار، نمایش دانش، سیستم های خبره، بینایی کامپیوتر، تشخیص گفتار، تحلیل داده های خودکار، واقعیت مجازی، واقعیت افزوده، اینترنت اشیا (IoT)، محاسبات ابری، محاسبات آماری، یادگیری عمیق و غیره برخی از حوزههای فرعی مهم AI هستند که پتانسیل زیادی در حل مشکلات پیچیده کشاورزی دارند، همه این تکنولوژی ها میتوانند به طور موثر برای مدیریت اطلاعات در زمینه کشاورزی مورد استفاده قرار گیرند. این کار به کشاورزان کمک خواهد کرد تا تصمیمات آگاهانه بگیرند و مدیریت و کارایی بهتر در زراعت را تضمین خواهد کرد. همچنین به جهان کمک میکند تا با چالش های در حال ظهور در کشاورزی از طریق کشاورزی کارآمد و هوشمند مقابله کند. 

سازمان ملی نظرسنجی نمونه (NSSO) در گزارش خود در سال ۲۰۱۲ اشاره کرده است که ۴۰ درصد از کشاورزان، اگر حق انتخاب داشته باشند، کشاورزی را ترک خواهند کرد، این بیانیه خود به تنهایی اهمیت زمان آشفته عبور کشاورزی هند و وضعیت بحران کشاورزی کشاورزان هندی را کفایت میکند. (,۲۰۱۳ Choudhary) بخش کشاورزی با چالش اصلی افزایش تولید کشاورزی برای تغذیه جمعیت روبه رشد و رو به رشد در شرایط کاهش دسترسی به منابع طبیعی مواجه است. کمبود آب، کاهش حاصلخیزی خاک، اثرات تغییر آب و هوا و کاهش سریع زمین های کشاورزی حاصلخیز به دلیل شهرنشینی از جمله نگرانی های ویژه هستند. فناوری اطلاعات و ارتباطات (ICT) در کشاورزی دارای پتانسیل افزایش بهره وری و پایداری کشاورزی با ارائه اطلاعات و به اشتراک گذاری دانش است و هوش مصنوعی نماد جدید ICT در کشاورزی است.

NITI Aayog اخیرا یک مقاله بحث منتشر کرده است که در آن راه حل های AI برای بخش های کلیدی از جمله کشاورزی را پیشبینی میکند. در کشاورزی ، توانایی بالایی در ماشین آلات AI برای ارائه اطلاعات به کشاورزان در مورد کیفیت خاک، زمان کاشت، محل سمپاشی با علف کش و محل انتظار آفت زدگی وجود دارد. بنابراین، اگر سیستم های AI میتوانند به کشاورزان در مورد بهترین روش ها مشاوره دهند، هند میتواند شاهد یک انقلاب کشاورزی باشد. 

با این حال، چنین سناریوی آینده نگری چالش بزرگی در مقیاس گذاری آن برای پوشش دادن کل زنجیره ارزش با عواملی مانند گسترش ظرفیت و کاهش هزینه در ذهن دارد. به طور جهانی، تکنولوژی های مبتنی بر هوش مصنوعی برای کمک به بهبود بهره وری با توجه به نظارت بر محصول و خاک، پیشبینی آب و هوا، تجزیه و تحلیل پیش بینی کشاورزی، بازارها و کارایی زنجیره تامین در حال ظهور هستند.

نقش هوش مصنوعی در سه دسته اصلی (الف) رباتیک کشاورزی (ب) مدیریت خاک و نظارت (ج) تجزیه و تحلیل پیشگویانه، میتواند دسترسی به اطلاعات، کشاورزان را غنی کند و قادر به اتخاذ انتخابهای آگاهانه، تصمیمگیری و اقدامات مربوط به انتخاب محصول، شیوهای کشاورزی و استقرار منابع، سرمایه گذاری در مدیریت محصول، شناسایی محل تهیه، قیمت و غیره باشد که منجر به عدم قطعیت برای سود و زیان میشود. این مداخله AI این پتانسیل را دارد که رفاه اجتماعی و اقتصادی کشاورزان را در میان مدت تا بلند مدت بهبود بخشد.

با توجه به حقایق فوق، می توان نتیجه گرفت که حرکت به سمت تقاضای مواد غذایی و همچنین اشتیاق کشاورزان برای دسترسی به فناوری و اطلاعات بهتر ادامه خواهد یافت، که میتواند به آنها کمک کند تا مدیریت محصول بهتر، عملکرد بهتر، و در نهایت درآمد بهتری داشته باشند. بنابراین، مرور مطالعات قبلی در مورد AI در کشاورزی، حوزه آن، کاربرد و تاثیر آن و اینکه چگونه میتواند در زمینه هند مفید باشد ضروری میشود، بر این اساس، روش پیش رو برای اتخاذ موفق چنین مداخلات تکنولوژیکی نوآورانه را تعریف میکند. این امر راه را برای فعالیت های کشاورزی سودآور و پایدار در هند هموار می سازد. که میتواند بخش کشاورزی کشور را تغییر دهد. این مقاله تلاش میکند تا مطالعات انجام شده توسط نویسندگان قبلی را ترکیب کند و هدف اصلی کشف روند فعلی استفاده و مزایای مورد انتظار AI در کشاورزی است. 

مزایای هوش مصنوعی در کشاورزی 

استفاده از هوش مصنوعی به کشاورزان کمک میکند تا از طریق داده های به دست آمده در مورد دما، بارش، سرعت باد و تابش خورشید و تحلیل چنین داده هایی در طول زمان و مقایسه آنها اطلاعات با ارزشی را برای رسیدن به نتایج مطلوب ارائه میدهد. یکی از نکات بسیار ارزشمند استفاده از هوش مصنوعی در کشاورزی آن است که بکارگیریش باعث از بین رفتن شغل کشاورزان و فعالان انسانی این حوزه نخواهد شد بلکه به افزایش بهره وری و بهبود روند کارهای آنها کمک خواهد کرد. 

• هوش مصنوعی روش های کارآمد تری برای تولید، برداشت و فروش محصولات ضروری بازار فراهم میکند. 
• استفاده از هوش مصنوعی به خصوص در بررسی محصولات معیوب و بهبود پتانسیل برای تولید محصولات سالم زراعی کمک میکند. 
• به کارگیری هوش مصنوعی مشاغل مبتنی بر کشاورزی را تقویت کرده و آنها را کارآمدتر میکند. • هوش مصنوعی در برنامه هایی مانند تنظیم خودکار دستگاهها برای پیش بینی هوا و بیماری محصولات یا شناسایی آفات کمک میکند. 
• هوش مصنوعی می تواند شیوه های مدیریت پروسه تولید محصولات را بهبود ببخشد و به بسیاری از مشاغل حوزه فناوری کمک می کند تا بر روی الگوریتم هایی که در کشاورزی مفید هستند سرمایه گذاری کنند. 
• راه حلهای هوش مصنوعی این پتانسیل را دارند که چالش هایی که کشاورزان با آن درگیر هستند، از جمله تغییرات آب و هوایی ، آلودگی آفات و علفهای هرز که باعث کاهش بازدهی میشود را حل کنند.

در طول دهه گذشته، یادگیری جدید، پیشنهاد ها، و سیستم های پیشبینی شده جدید برای بهبود مدیریت کشاورزی از پایگاه داده گرفته تا فرایند تصمیم گیری پدیدار شده است. مقاله تحقیقاتی Banerjee) 2018) بیش از پنجاه مداخله فناوری را برای مشکلات خاص و حل آنها از طریق سیستم های خبره در بر می گیرد. 

یادگیری ماشین، سیستم منطق فازی IoT در کشاورزی را پوشش میدهد. استفاده از AI و تاثیر آن در نه محصول در شش کشور مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته است و استنباط شده است که مداخله AI در هر محصول در محدوده ۷۰ تا ۹۰ درصد موثر بوده است، با این حال، ۱۰ درصد باقیمانده به عنوان محدودیت مشاهده شده است. Singh و Naresh) 2014) نشان داد که معرفی تکنولوژی هزینه دارد. پیشرفت های فناوری در استفاده متعادل از کود شیمیایی، استفاده از مواد شیمیایی، کاشت گونه های با بازده بالا و مکانیزه کردن عملیات های مختلف کشاورزی از جمله آبیاری منجر به افزایش قابل توجهی در تولید کشاورزی شده است. 

کاربرد هوش مصنوعی در کشاورزی 

فناوری هوش مصنوعی در صدد اصلاح مشکلات در این حوزه و تولید اقدامات خاصی برای حل و غلبه بر آنها است. هوش مصنوعی به پایش اطلاعات برای یافتن سریع راه حل های کارآمد کمک میکند. در ادامه می خواهیم ببینیم که هوش مصنوعی چگونه با حداقل هزینه های محیطی به رسیدن به نتایجی مطلوب کمک میکند. با استفاده از هوش مصنوعی میتوان بیماری محصول و یا آفت را با دقت ۹۸% تشخیص داد. هم چنین هوش مصنوعی به کشاورزان کمک میکند تا با تنظیم نور به منظور تسریع در تولید محصول و سبزیجات، زمان بهره برداری را هم کنترل کنند.

پیش بینی آب و هوا به کمک داده ها 

هوش مصنوعی با استفاده از روشهای پیچیده و همچنین داده های آب و هوایی به کشاورز کمک میکند تا در مورد شرایط آب و هوایی و محیطی به روز باشد. این اطلاعات به کشاورزان کمک میکند تا بازدهی و سود داشته باشند بدون این که ریسک و خطر محیطی سلامت محصولاتشان را تهدید کند. تجزیه و تحلیل داده های تولید شده به کشاورز کمک میکند تا با استفاده از توانایی درک و یادگیری هوش مصنوعی، احتیاط لازم را انجام دهد و با اجرای آن تصمیم گیری هوشمندانه و به موقع داشته باشد.

نظارت بر سلامت محصولات زراعی و خاک 

استفاده از هوش مصنوعی روشی کارآمد برای کنترل و نظارت بر شناسایی نقایص و کمبودهای مواد مغذی موجود در خاک است. با کمک پردازش تصویر، هوش مصنوعی نقص های احتمالی را از طریق عکس های ضبط شده توسط دوربین شناسایی میکند. هوش مصنوعی از یادگیری عمیق برای تجزیه و تحلیل الگوهای گیاهی در کشاورزی کمک میگیرد. چنین برنامه های کاربردی با هوش مصنوعی به درک مشکلات خاک ، آفات گیاهی و بیماری ها کمک میکنند.

کاهش مصرف آفت کش ها و سموم 

کشاورزان می توانند از هوش مصنوعی، رباتیک و یادگیری ماشین برای مدیریت علف های هرز و آفت ها و… استفاده کنند. با کمک هوش مصنوعی، داده هایی برای کنترل و نظارت بر وضعیت علف های هرز جمع آوری میشود که به کشاورزان کمک میکند تا فقط در جایی که علف های هرز موجود هستند، مواد شیمیایی و سم ها را استفاده کنند. این روش به طور مستقیم استفاده از سمپاش های شیمیایی در تمام زمینه ها را تا حد زیادی کاهش میدهد. در نتیجه از این طریق هوش مصنوعی میزان مصرف سموم را در مزارع و به طور نسبی حجم مواد شیمیایی معمولا بر روی محصولات اسپری میشوند را تا حد زیادی کاهش میدهد.

ربات های کشاورزی دارای هوش مصنوعی 

ربات های کشاورزی دارای هوش مصنوعی قادر به یافتن راههایی کارآمدتر برای محافظت از محصولات زراعی در برابر علف های هرز هستند. علاوه بر آن این رباتها به غلبه بر چالش کارگری نیز کمک میکنند. رباتهای هوش مصنوعی در زمینه کشاورزی میتوانند محصولات زراعی را با حجم بالاتر و سرعت بیشتری نسبت به کارگران انسانی برداشت کنند و به کمک بینایی کامپیوتری به نظارت بر علفهای هرز و سمپاشی آنها کمک میکنند. 

در کل استفاده از هوش مصنوعی به کشاورزان کمک میکند تا روشهای کارآمدتری را برای محافظت از محصولات زراعی خود در برابر علفهای هرز داشته باشند. رشد قابل توجه در بخش کشاورزی در کشورهای توسعه یافته به اتخاذ سیستم های خبره مبتنی بر هوش مصنوعی نسبت داده میشود. این بدان معناست که مزایای متعددی در ارتباط با سیستم های مبتنی بر هوش مصنوعی در کشاورزی وجود دارد. بنابراین، نیاز به درک مزایای مختلف چنین سیستمهای تخصصی مبتنی بر AI در کشاورزی با مرور یافته های مطالعات قبلی وجود دارد.

نتیجه گیری

همانطور که در مطالعات فوق مشاهده شد امروزه هوش مصنوعی جایگاه ویژه ایی در زندگی علم و صنعت پیدا کرده است. و جایگاه خود را در زندگی روزمره ما انسانها یافته است. هوش مصنوعی از علومی است که در دهه های گذشته پیشرفت شگرفی را در علم به وجود آورده است.این مقاله تلاشی برای ترکیب مطالعات قبلی انجام شده توسط نویسندگان قبلی است و هدف اصلی کشف روند فعلی استفاده و مزایای مورد انتظار AI در کشاورزی با استفاده از مرور سیستماتیک است. بررسی گسترده ادبیات با شناسایی مطالعات انجام شده در مورد استفاده و مزایای هوش مصنوعی در بخش کشاورزی انجام شده است. این مطالعه نشان میدهد که سیستم های مشاوره کشاورزی مبتنی بر هوش مصنوعی با قادر ساختن کشاورزان به اتخاذ تصمیمات فعال در مزارع خود، نقش عظیمی در حل مسائل کشاورزان بازی میکنند. هوش مصنوعی به طور گسترده ای در کشور های توسعه یافته مورد استفاده قرار گرفته است و کشاورزان نیز سود سهام کسب کرده اند. استفاده از تکنیک های یادگیری عمیق در فعالیت های کشاورزی هند به کشاورزان کمک میکند تا ارزیابی دقیق محصول را انجام دهند و تولید کلی را با دقت بیشتری پیش بینی کنند. مدیریت موثر منابع را ترویج می کند، یادگیری فنی مربوط به مزرعه را برای کشاورزان فراهم میکند، اصلاحات ژنتیکی در گیاهان را ترویج می کند، مدیریت کارآمد استفاده از زمین را تضمین میکند و فعالیتهای جابجایی محصول را انجام میدهد.