latex
الهَدَفَ الرَئِيسِيُّ مِن هٰذا العَمَلِ هُوَ تَطْوِيرِ نِظامِ دَعْمِ قَرارِ زِراعِيٌّ ذَكِيٍّ لِاِخْتِيارِ المَحاصِيل وَالتَنَبُّؤ بِالأَمْراض فِي بَنْغلادِيش. تَعْتَمِد اِقْتِصادٌ الدَوْلَةِ بِشَكْلٍ كَبِيرٍ عَلَى الزِراعَةِ. وَمَعَ ذٰلِكَ، فَإِنَّ اِخْتِيارِ المَحاصِيل ذاتِ مُعَدَّلاتِ الإِنْتاجِ الأَفْضَلِ وَالتَحَكُّمِ الفَعّالَ فِي أَمْراضِ المَحاصِيل هِيَ عَقَباتٍ يَجِب عَلَى المُزارِعِينَ مُواجَهَتِها. يَتِمّ التَعامُلِ مَعَ هٰذِهِ القَضايا فِي هٰذا البَحْثِ مِن خِلالَ اِسْتِخْدامِ طُرُقٍ تَعْلَم الآلَةِ وَمَجْمُوعاتٍ بَياناتٍ واقِعِيَّةٍ. يَسْتَخْدِم النَهْجِ المُقْتَرَحِ مَجْمُوعَةِ مُتَنَوِّعَةٍ مِن مَجْمُوعاتٍ البَياناتِ حَوْلَ إِنْتاجِ المَحاصِيل، وَظُرُوفِ التُرْبَةَ، وَالمَناطِقِ الزِراعِيَّةِ الجَوِّيَّةِ، وَأَمْراض المَحاصِيل، وَالعَوامِل الجَوِّيَّةِ. تَقَدَّمَ هٰذِهِ المَجْمُوعاتِ مَعْلُوماتٍ قِيمَةَ حَوْلَ اِتِّجاهاتٍ الأَمْراض، وَطَلَبَ التَغْذِيَةِ الأَرْضِيَّة لِلمَحاصِيل، وَتارِيخَ الإِنْتاجِ الزِراعِيِّ. مِن خِلالَ دَمْجِ هٰذِهِ المَعْرِفَةِ، يُوصَى النَمُوذَجِ أَوَّلاً بِقائِمه المَحاصِيل المُخْتارَة أَساساً اِسْتِناداً إِلَى تَغْذِيَةِ التُرْبَةَ فِي مَوْقِعِ مُسْتَخْدَمٌ مُعَيَّنٍ. ثُمَّ يَتِمّ إِجْراءِ تَنَبُّؤات بِالمُتَغَيِّرات الجَوِّيَّةِ مِثْلَ دَرَجَةِ الحَرارَةِ وَالأَمْطار وَالرُطُوبَة بِاِسْتِخْدامِ نَماذِجَ SARIMAX. ثُمَّ يَتِمّ اِسْتِخْدامِ هٰذِهِ التَنَبُّؤات الجَوِّيَّةِ لِلتَنَبُّؤ بِإِمْكانِيّات الأَمْراض لِقائِمَةِ المَحاصِيل الأَوَّلِيَّةِ بِاِسْتِخْدامِ مُصَنَّف الدَعْمِ الناقِل. وَأَخِيرا، يَسْتَخْدِم النَمُوذَجِ المُطَوِّر نَمُوذَجَ اِنْحِدارٌ شَجَرَةَ القَرارِ لِلتَنَبُّؤ بِإِنْتاجِيّه المَحاصِيل وَيُقَدِّم قائِمَةً نِهائِيَّةٍ لِلمَحاصِيل مَعَ تَوَقُّعاتٍ الأَمْراض المُحْتَمَلَةِ المُرْتَبِطَةِ. مِن خِلالَ اِسْتِخْدامِ نَتائِجِ النَمُوذَجِ، يُمْكِن لِلمُزارِعَيْنِ اِخْتِيارِ المَحاصِيل الأَكْثَرَ إِنْتاجِيَّةٍ وَكَذٰلِكَ مَنْعِ أَمْراضِ المَحاصِيل وَتَقْلِيل خَسائِرَ الإِنْتاجِ مِن خِلالَ اِتِّخاذِ إِجْراءاتِ وِقائِيَّةٍ. وَنَتِيجَةَ لِذٰلِكَ، يَتِمّ دَعْمِ عَمَلِيّاتِ التَخْطِيطِ وَاِتِّخاذِ القَرارِ وَيُمْكِن لِلمُزارِعَيْنِ التَنَبُّؤ بِإِنْتاجِيّه المَحاصِيل المُحْتَمَلَةِ. بِشَكْلٍ عامَ، مِن خِلالَ تَقْدِيمِ نِظامِ دَعْمِ قَرارِ مُفَصَّلٍ لِاِخْتِيارِ المَحاصِيل وَالتَنَبُّؤ بِالأَمْراض، يُمْكِن لِهٰذا العَمَلِ أَنَّ يَلْعَب دَوْراً حَيَوِيّا فِي تَقَدَّمَ المُمارَساتِ الزِراعِيَّةِ فِي بَنْغلادِيش.
تَظَلّ الزِراعَةِ العَمُودِ الفَقْرِيِّ لَاِقْتِصاد بَنْغلادِيش، حَيْثُ تُساهِم بِنِسْبَةِ 12% مِن الناتِجِ المَحَلِّيِّ الإِجْمالِيِّ لِلدَوْلَةِ وَتُوَظِّف 45% مِن قُوَّةٍ العَمَلِ (1). عَلَى الرَغْمِ مِن ذٰلِكَ، فَإِنَّ الضُغُوطِ السُكّانِيَّةُ المُتَزايِدَةِ وَالتَحَدِّياتِ المُخْتَلِفَةِ تَخْتَبِر قُدْراتٍ القِطاعِ. تَشْمَل المُشْكِلاتِ الرَئِيسِيَّةِ مَعْرِفَةُ مَحْدُودَةٍ بِالاِخْتِيار المُناسِبِ لِلمَحاصِيل بِالنَظَرِ إِلَى تَغْذِيَةِ التُرْبَةَ، وَقُصُورَ فِي تَوَقُّعاتٍ الطَقْسُ، وَالضُعْفِ أَمامَ الآفات وَالأَمْراض. مِن الضَرُورِيِّ تَحْدِيثِ الزِراعَةِ، وَيُمْكِن أَنَّ يَحْفِز تَطْبِيقِ مَعْرِفَةُ التَعَلُّمِ الآلِيِّ وَالذَكاءِ الاِصْطِناعِيِّ فِي عَصْرَ الثَوْرَةِ الصِناعِيَّةِ الرابِعَةِ هٰذا التَحَوُّلُ.
تَتَأَثَّر المَحاصِيل المَزْرُوعَةِ فِي بَنْغلادِيش بِعَوامِلِ عَدِيدَةٍ تَشْمَل المغذيات فِي التُرْبَةَ، وَالطَقْس، وَمُخاطِرٍ الأَمْراض، وَكُلُّها تَخْتَلِف عَبْرَ مَناطِقِ البِلادِ. مِن الضَرُورِيِّ التَعَرُّفُ عَلَى هٰذِهِ المُنَظَّماتِ لِأَنَّ لَيِسَ كُلِّ المَحاصِيل مُناسَبَةِ لِجَمِيعِ المَناطِقِ. تُعْتَبَر اِخْتِباراتِ التُرْبَةَ مُهِمَّةً بِشَكْلٍ خاصٍّ لِفَهْمِ تَكْوِينِ التُرْبَةَ وَمُسْتَوَيات المغذيات، مِمّا يُمَهِّد الطَرِيقِ لِاِخْتِيارِ المَحاصِيل الأَفْضَلِ (2). يُمْكِن لِلتَعَلُّمِ الآلِيِّ تَبْسِيطِ هٰذِهِ العَمَلِيَّةِ مِن خِلالَ تَحْلِيلِ حالاتِ التُرْبَةَ وَاِقْتِراحِ المَحاصِيل المُناسَبَةِ وِفْقاً لِذٰلِكَ.
تُعْتَبَر تَوَقُّعاتٍ الطَقْسُ عامِلاً حاسِماً آخَرِ فِي إِنْتاجِ المَحاصِيل (3). مِن خِلالَ دَمْجِ التَعَلُّمِ الآلِيِّ وَالذَكاءِ الاِصْطِناعِيِّ فِي تَنَبُّؤات الطَقْسُ، يُمْكِن إِنْتاجِ تَوَقُّعاتٍ أَكْثَرَ دِقَّةٍ لِدَعْمِ اِخْتِيارِ المَحاصِيل. عِلاوَةً عَلَى ذٰلِكَ، يُمْكِن لَقُدْرات التَنَبُّؤ لِلتَعَلُّمِ الآلِيِّ أَنَّ تُساعِد فِي تَقْيِيمِ مُسْتَوَى خَطَرِ الأَمْراض الزِراعِيَّةِ اِسْتِناداً إِلَى مَعايِيرِ الطَقْسُ مِثْلَ دَرَجَةِ الحَرارَةِ، وَكَمِّيَّةٌ الأَمْطارِ، وَالرُطُوبَة، وَبِالتالِي التَأْثِيرِ عَلَى اِخْتِيارات المَحاصِيل.
عَلَى الرَغْمِ مِن الأَبْحاثِ الكَبِيرَةِ فِي اِقْتِراحاتٍ المَحاصِيل اِسْتِناداً إِلَى مَعايِيرِ مُخْتَلِفَةٍ، لَم يَتِمّ بُعْدَ دَمْجِ تَوَقُّعاتٍ الطَقْسُ، وَتَغْذِيَة التُرْبَةَ، وَتَنَبُّؤ الأَمْراض لِتَحْسِينِ إِنْتاجِيَّةٍ المَحاصِيل فِي بَنْغلادِيش. الهَدَفَ الرَئِيسِيُّ هُوَ دَمْجِ هٰذِهِ العَوامِلُ لَتَوْصِيَة المَحاصِيل. تَكْمُن التَحَدِّي الرَئِيسِيُّ فِي دَمْجِ تَنَبُّؤ الأَمْراض مَعَ مَعايِيرِ الطَقْسُ لِتَحْسِينِ جُودَة الاِقْتِراحاتِ. يَجِب تَنْظِيمِ وَتَصْنِيفِ البَياناتِ المُتَعَلِّقَةِ بِمُخاطِرٍ الأَمْراض وَظُرُوفِ الطَقْسُ بِعِنايَةٍ لَمَحاصِيل مُخْتَلِفَةٍ.
يُمْكِن تَلْخِيصُ مُساهَماتِ العَمَلِ المُقْتَرَحِ عَلَى النَحْوِ التالِي:
يَتِمّ إِنْشاءِ إِطارِ عَمَلٍ مُوَحَّدٍ لِتَوَقُّعاتِ الطَقْسُ فِي بَنْغلادِيش، مُدْمَجا مُتَغَيِّراتِ جَوِّيَّةٍ مُخْتَلِفَةٍ بِاِسْتِخْدامِ نَمُوذَجَ السِلْسِلَة الزَمَنِيَّةِ SARIMAX.
يَتِمّ تَطْوِيرِ مَجْمُوعَةِ بَياناتٍ لَأَمْراض المَحاصِيل المُخْتَلِفَةِ اِسْتِناداً إِلَى مَعايِيرِ الطَقْسُ (دَرَجَةِ الحَرارَةِ وَالرُطُوبَة).
يَتِمّ تَقْدِيمِ نَمُوذَجَ اِقْتِراحِ المَحاصِيل سَهْلِ الاِسْتِخْدامِ يُساعِد المُزارِعِينَ فِي اِتِّخاذِ قَراراتِ فَعّالَةٍ اِسْتِناداً إِلَى خَصائِصِ التُرْبَةَ، وَتَوَقُّعات الطَقْسُ، وَمُخاطِرٍ الأَمْراض، مِمّا يُعَزِّز مِن إِنْتاجِيَّتهم وَرِبْحِيَّتهم.
القِسْمِ الثانِي يَغُوص فِي مُراجَعَةٍ الأَدَبِيّاتِ القائِمَةِ حَوْلَ هٰذا المَوْضُوعِ. يَتِمّ تَصْوِيرَ مَنْهَجِيَّتنا بِشَكْلٍ شامِلٍ فِي القِسْمِ الثالِثِ. يَتِمّ عَرَضَ تَقْيِيمِ عَمَلِيٍّ لِنَمُوذَجِنا فِي القِسْمِ الرابِعِ، وَيُخْتَتَم البَحْثِ فِي القِسْمِ الخامِسِ.
لَقَد حاوَلَ العَدِيدَ مِن الباحِثِينَ اِسْتِخْدامِ النَهْجِ الحَدِيثَةِ فِي مَجالِ الزِراعَةِ لِتَحْسِينِ إِنْتاجِ المَحاصِيل مُؤَخَّراً. اِسْتَخْدَمَ هاتفيلد وَآخَرُونَ (5) نَمُوذَجَ المُتَوَسِّطِ المُتَحَرِّك المَوْسِمِيِّ المُتَكامِل الذاتِيِّ، وَلِتَقْدِير إِنْتاجِ المَحْصُول، اُسْتُخْدِمُوا تَقْنِيَّةٍ الاِنْحِدارِ العَشْوائِيِّ لِلغابات. وَمَعَ ذٰلِكَ، لَم يَتَضَمَّنُوا تَأْثِيرِ الأَمْراض عَلَى إِنْتاجِ المَحاصِيل. قَدَّمَ خاكِيّ وَآخَرُونَ (6) نَمُوذَجَ شَبَكَةِ عَصَبِيَّةُ عَمِيقَةٌ لِلتَنَبُّؤ بِإِنْتاجِ المَحاصِيل. لَقَد حَدَّدُوا تَأْثِيرِ العَوامِلُ الجَوِّيَّةِ الكَبِيرِ عَلَى إِنْتاجِ المَحاصِيل مُقارَنَةً بِالنَمَط الجيني. كَما اُسْتُخْدِمُوا نَمُوذَجَ الشَبَكَةِ العَصَبِيَّةِ لِلتَنَبُّؤ بِالطَقْس. اُسْتُخْدِمَت سارانيا وَآخَرُونَ (2) SVM وَ KNN وَالاِنْحِدار اللُوجِسْتِيِّ لِلتَنَبُّؤ بِأَفْضَلِ مَحْصُولِ وِفْقاً لَاِخْتِبارات التُرْبَةَ وَتَوَقُّعات الطَقْسُ. طَبَّقَ الالفاراسان وَآخَرُونَ (7) نَماذِجَ تَعْلَم آلِيٌّ مُخْتَلِفَةٍ، مُشَرِّفَةً وَغَيْرِ مُشَرِّفَةً، لَتَقْدِير إِنْتاجِ المَحاصِيل وَرَأَوْا أَنَّ خوارزميه التَوَقُّعُ-التَعْظِيمِ وَأَله الدَعْمِ الناقِل قَدَّمَت نَتائِجِ أَفْضَلَ مِن الخوارزميات الأُخْرَى اِسْتِناداً إِلَى مُقارَبات قِياسُ الخَطَأ المُخْتَلِفَةِ. رَكَّزَ خِطاب وَآخَرُونَ (8) عَلَى التَنَبُّؤ بِالأَمْراض اِسْتِناداً إِلَى مَعايِيرِ الطَقْسُ. اُسْتُخْدِمُوا نِظامِ مُراقَبَةِ قائِمٌ عَلَى الإِنْتِرْنِت لِلأَشْياء لِلتَنَبُّؤ المُبَكِّرِ بِأَمْراض النَباتات. اِسْتَخْدَمَ رَيّان وَآخَرُونَ (9) حُقُولِ ماركوف العَشْوائِيَّةِ، المَسْؤُولَةِ عَن العُنْصُرُ المَكانِيّ بَيِّنَ المَواقِعِ المُجاوِرَةِ لِمُقاوَمَةِ المُبِيداتِ. رَكَّزَت آفِرِين وَآخَرُونَ (10) عَلَى التَنَبُّؤ بِإِنْتاجِ المَحاصِيل مِن خِلالَ تَحْلِيلِ خَصائِصِ التُرْبَةَ فِي 28 مِنْطَقَةِ فَرْعِيَّةٍ فِي بَنْغلادِيش. تَمَّ إِجْراءِ التَنَبُّؤات بِإِنْتاجِ المَحاصِيل بِاِسْتِخْدامِ DBSCAN وَ PAM وَ CLARA وَ K-means وَتَقْنِيّات تُعَدِّينَ البَياناتِ الأُخْرَى وَأَرْبَعَةُ أَنْواعِ مُخْتَلِفَةٍ مِن الاِنْحِدارِ الخَطِّيِّ. قَدَّمَ بارفين وَآخَرُونَ (11) مُراجَعَةٍ لِطُرُقِ تَعْلَم الآلَةِ لِلتَنَبُّؤ بِأَمْراض المَحاصِيل الزِراعِيَّةِ. ناقَشَت دَمْجِ العَوامِلُ الجَوِّيَّةِ وَبَياناتِ الأَمْراض التارِيخِيَّةِ وَأَكَّدَت عَلَى إِمْكانِيَّةَ تَعْلَم الآلَةِ فِي تَعْزِيزِ تَكْتِيكاتٍ إِدارَةِ الأَمْراض. تَمَّ العُثُورِ عَلَى قُيُودٍ فِي تَوافُرِ البَياناتِ وَجُودَتِها، خاصَّةٍ فِي المَناطِقِ الناشِئَةِ. كَما تَمَّ التَأْكِيدُ عَلَى تَعْقِيدِ تَفاعُلاتٌ الأَمْراض وَالحاجَةُ إِلَى بَياناتٍ دَقِيقَةً وَفِي الوَقْتِ المُناسِبِ. وَصَفَ فيجاياكومار وَآخَرُونَ (12) طَرِيقَةِ التَنَبُّؤ المُبَكِّرِ بِأَمْراض المَحاصِيل بِاِسْتِخْدامِ تَعْلَم الآلَةِ. تَمَّ التَحْقِيقِ فِي اِسْتِخْدامِ المُتَغَيِّراتِ الجَوِّيَّةِ وَالمَعْلُوماتِ الفِسْيُولُوجِيَّة حَوْلَ النَباتات لِإِنْشاءِ نَماذِجَ التَنَبُّؤ. لِحِمايَةِ المَحاصِيل، أَكَّدَت الدِراسَةُ عَلَى قِيمَةَ التَعَرُّفُ المُبَكِّرِ عَلَى الأَمْراض. كَما تَمَّ الإِشارَةُ فِي المَقالِ إِلَى تَعْقِيدِ تَفاعُلاتٌ الأَمْراض وَالحاجَةُ إِلَى تَحْدِيثات بَياناتٍ فِي الوَقْتِ الفِعْلِيِّ كَعَقَبات رَئِيسِيَّةٍ لِإِنْشاءِ نَماذِجَ تَنَبُّؤ دَقِيقَةً وَمَوْثُوقه. اِسْتَخْدَمَ أَحْمَد وَآخَرُونَ (13) طَرِيقَةِ تَفاعُلِ الإِنْسانِ-الحاسُوب المُوَجَّهَةِ وَالمَعْرُوفَة بِاِسْمِ مَنْهَجِيَّةً النِظامِ الناعِم بِالإِضافَةِ إِلَى نَماذِجَ تَعْلَم الآلَةِ المُخْتَلِفَةِ مِثْلَ Naive Bayes وَ j48 وَالتَحْسِينِ الأَدْنَى التسلسلي وَالمُصَنَّف مُتَعَدِّدِ الفِئاتِ لِلتَنَبُّؤ بِإِنْتاجِ المَحاصِيل. اِقْتَرَحَ اغاروال وَآخَرُونَ (14) حَلّاً مُتَكامِلاً قائِماً عَلَى تَعْلَم الآلَةِ لَتَوْصِيَة المَحاصِيل وَالتَنَبُّؤ بِالعائِد. تَمَّ تَطْوِيرِ نَماذِجَ شامِلَةٍ مِن خِلالَ دَمْجِ خَصائِصِ التُرْبَةَ وَالمُتَغَيِّرات الجَوِّيَّةِ وَبَياناتِ العائِدِ التارِيخِيَّةِ. أَبْرَزَت الدِراسَةُ مَزايا تَضْمِينِ هٰذِهِ الجَوانِبِ عِنْدَ اِتِّخاذِ القَراراتِ الزِراعِيَّةِ. ناقَشَ التَقْرِيرُ الصُعُوباتِ فِي جَمْعِ البَياناتِ، خاصَّةٍ عِنْدَما يَتَعَلَّق الأَمْرُ بِبَيانات التُرْبَةَ وَالأَرْصاد الجَوِّيَّةِ الدَقِيقَةِ وَالمَوْثُوقَة. كَما اِقْتَرَحَ أَنَّ النَماذِجِ تَحْتاج إِلَى تَحْسِينِ لَتَناسَبَ مَناطِقِ بِيئِيَّةٍ زِراعِيَّةً مُعَيَّنَةٍ.
تَصِف هٰذِهِ القِسْمِ النَهْجِ المُقْتَرَحِ لَعَمَلنا. بَنْغلادِيش هِيَ بِالأَساسِ دَوْلَةٍ زِراعِيَّةً وَتَعْتَمِد تَطَوُّرِها الاِقْتِصادِيِّ بِشَكْلٍ كَبِيرٍ عَلَى تَقَدَّمَ القِطاعِ الزِراعِيِّ. وَلٰكِن هٰذا المَجالِ يُواجِه الكَثِيرَ مِن الصُعُوباتِ. الأَراضِي القابِلَةِ لِلزِراعَةِ تَتَقَلَّص عَلَى مَرِّ السِنِينَ بَيْنَما الطَلَبِ عَلَى الإِنْتاجِ فِي تَزايُدِ. التَغَيُّرِ المَناخِيّ وَتَبِعاته أَيْضاً لَها تَأْثِيرِ كَبِيرٍ عَلَى إِنْتاجِ المُنْتَجاتِ الزِراعِيَّةِ. كانَ مِن الصَعْبِ تَحْدِيدِ المَحاصِيل الأَكْثَرَ إِنْتاجِيَّةٍ. يَجِب عَلَينا اِتِّباعِ عَمَلِيَّةِ مُتَسَلْسِلَةً لِلحُصُولِ عَلَى اِقْتِراحاتٍ مُخْتَصَرَةٍ لِلمَحاصِيل الأَعْلَى إِنْتاجاً وَتَوَقُّعات الضُعْفِ المُحْتَمَلَةِ لِلأَمْراض لِكُلِّ مَحْصُولِ فِي القائِمَةِ المُقْتَرَحَةِ. إِنْشاءِ مَجْمُوعاتٍ بَياناتٍ واقِعِيَّةٍ يُمَثِّل تَحَدِّيا لِأَنَّ إِنْتاجِيَّةٍ المَحاصِيل تَتَأَثَّر بِشَكْلٍ كَبِيرٍ بِالطَقْس، جُودَة التُرْبَةَ، المَوْسِمِ، وَاِحْتِمالَيْهِ الأَمْراض. المَنْهَجِيَّة تَحْتَوِي عَلَى عِدَّةٍ خَطَواتٍ، وَالخَطَواتِ المُطَبَّقَةِ فِي المَنْهَجِيَّة سَيَتِمّ مُناقَشَتُها فِي الأَقْسام التالِيَةِ.
تَضُمّ بَنْغلادِيش 64 مُقاطَعَةِ، 492 مِنْطَقَةِ فَرْعِيَّةٍ، وَ 30 مِنْطَقَةِ زِراعِيَّةً بِيئِيَّةٍ (13). لَقَد اُسْتُخْدِمْنا سَبْعَ مَجْمُوعاتٍ بَياناتٍ مُخْتَلِفَةٍ لِلعَمَلِ المُقْتَرَحِ. تَمَّ تَقْدِيمِ التَفاصِيلِ حَوْلَ كُلِّ مِن مَجْمُوعاتٍ البَياناتِ فِي الجَدْوَلُ التالِي I ونوقشت فِي الأَقْسام التالِيَةِ.
| اِسْمَ مَجْمُوعَةِ البَياناتِ | الخَصائِص | مَصْدَرٌ البَياناتِ |
|---|---|---|
| تَغْذِيَةِ التُرْبَةَ | المُقاطَعَةِ، المِنْطَقَةِ الفَرْعِيَّةِ، خَطِّ الطُولَ، خَطِّ العَرْضِ، المِنْطَقَةِ الزِراعِيَّةِ البِيئِيَّةِ، الرَقْمِ الهَيْدرُوجِينِيّ، الفُوسْفُور، البوتاسيوم، النِيترُوجِين | مَعْهَدِ تُرْبَةً بَنْغلادِيش (web4) |
| تَغْذِيَةِ المَحاصِيل | المَحاصِيل، البوتاسيوم، الفُوسْفُور، النِيترُوجِين | قِسْمِ الزِراعَةِ فِي بَنْغلادِيش (web2) |
| إِنْتاجِ المَحاصِيل | دَرَجَةِ الحَرارَةِ، الأَمْطارِ، الرَقْمِ الهَيْدرُوجِينِيّ، المَحاصِيل، الإِنْتاجِ | قِسْمِ الزِراعَةِ فِي بَنْغلادِيش |
| أَمْراضِ المَحاصِيل | المِنْطَقَةِ، خَطِّ العَرْضِ، خَطِّ الطُولَ، دَرَجَةِ الحَرارَةِ، الرُطُوبَة، أَمْراضِ المَحاصِيل | قِسْمِ الأَرْصاد الجَوِّيَّةِ الزِراعِيَّةِ فِي بَنْغلادِيش (web3) |
| مُتَوَسِّطُ دَرَجَةِ الحَرارَةِ الشَهْرِيَّةِ | السَنَةِ، الشَهْرِ، مُتَوَسِّطُ دَرَجَةِ الحَرارَةِ | قِسْمِ الأَرْصاد الجَوِّيَّةِ فِي بَنْغلادِيش (web5) |
| مُتَوَسِّطُ الأَمْطارِ الشَهْرِيَّةِ | السَنَةِ، الشَهْرِ، مُتَوَسِّطُ الأَمْطارِ | قِسْمِ الأَرْصاد الجَوِّيَّةِ فِي بَنْغلادِيش |
| مُتَوَسِّطُ الرُطُوبَة الشَهْرِيَّةِ | السَنَةِ، الشَهْرِ، مُتَوَسِّطُ الرُطُوبَة | قِسْمِ الأَرْصاد الجَوِّيَّةِ فِي بَنْغلادِيش |
[tab:dataset_info]
أَنْواعِ طَبِيعَةِ التُرْبَةَ وَمُسْتَوَى العَناصِرِ الغِذائِيَّةِ المُخْتَلِفَةِ فِي تُرْبَةً جَمِيعِ المَواقِعِ لَيِسَت مُتَشابِهَةً (20). لِذٰلِكَ، مِن الضَرُورِيِّ تَقْسِيمِ المَناطِقِ إِلَى مَناطِقِ بِيئِيَّةٍ زِراعِيَّةً مُخْتَلِفَةٍ بِناءَ عَلَى مُسْتَوَى تَغْذِيَةِ التُرْبَةَ لِلتَنَبُّؤ بِإِمْكانِيّات الإِنْتاجِ وَالأَمْراض لِمُخْتَلَفِ المَحاصِيل فِي مَناطِقِ مُخْتَلِفَةٍ.
تُعْتَبَر هٰذِهِ المَجْمُوعَةِ تَجْمِيعا لِلمَعْلُوماتِ المُتَعَلِّقَةِ بِخَصائِص التُرْبَةَ وَالاِعْتِمادات الزِراعِيَّةِ فِي مَناطِقِ مُخْتَلِفَةٍ مِن بَنْغلادِيش. تَتَضَمَّن تَفاصِيلَ مِثْلَ القِسْمِ، المُقاطَعَةِ، الابازيلا (المِنْطَقَةِ الفَرْعِيَّةِ)، خُطُوطِ العَرْضِ، وَخُطُوطِ الطُولَ لِكُلِّ مَوْقِعِ.
بِالإِضافَةِ إِلَى ذٰلِكَ، تُوَفِّر مَعْلُوماتٍ حَوْلَ رَقْمِ وَاِسْمِ المِنْطَقَةِ البِيئِيَّةِ الزِراعِيَّةِ، المَحَطَّةِ الجَوِّيَّةِ، مُسْتَوَى الأُسّ الهَيْدرُوجِينِيّ لِلتُرْبَةِ، وَمُحْتَوَى الفُوسْفُور والبوتاسيوم فِي التُرْبَةَ.
تَعْتَمِد مُعَدَّلاتِ إِنْتاجِ المَحاصِيل عَلَى كَمِّيَّةِ التَغْذِيَةِ الَّتِي تَحْصُل عَلَيها مِن التُرْبَةَ. لا تَحْتاج جَمِيعِ المَحاصِيل إِلَى نَفْسِ مُسْتَوَياتٍ العَناصِرِ الغِذائِيَّةِ. لِذٰلِكَ، يَجِب أَنَّ نَأْخُذ فِي الاِعْتِبارِ حَقائِقَ تَغْذِيَةِ التُرْبَةَ فِي مِنْطَقَةِ مُعَيَّنَةٍ لِنَقْتَرِح أَفْضَلَ المَحاصِيل الإِنْتاجِيَّةِ لِتِلْكَ المِنْطَقَةِ. تَحْتَوِي هٰذِهِ المَجْمُوعَةِ مِن البَياناتِ عَلَى مَعْلُوماتٍ حَوْلَ مُتَطَلَّباتِ التَغْذِيَةِ لِمُخْتَلَفِ المَحاصِيل، خاصَّةٍ فِيما يَتَعَلَّق بِمُسْتَوَياتٍ الفُوسْفُور والبوتاسيوم. تَشْمَل المَجْمُوعَةِ 18 مَحْصُولا مَعَ مُسْتَوَياتٍ الفُوسْفُور والبوتاسيوم المُقابَلَةِ لِكُلِّ مِنها.
تَعْتَمِد إِنْتاجِيَّةٍ المَحاصِيل عَلَى عَوامِلِ رَئِيسِيَّةٍ مُخْتَلِفَةٍ. تُؤَثِّر مَعايِيرِ الطَقْسُ وَجُودَةِ التُرْبَةَ بِشَكْلٍ كَبِيرٍ عَلَى إِنْتاجِ المَحْصُول. لِذٰلِكَ، قُمْنا بِإِنْشاءِ مَجْمُوعَةِ بَياناتٍ لِإِنْتاجِ المَحاصِيل بِالطُنّ لِكُلِّ هِكْتار لِمُخْتَلَفِ توليفات مَعايِيرِ الطَقْسُ وَجُودَةِ التُرْبَةَ. تُوَفِّر هٰذِهِ المَجْمُوعَةِ مَعْلُوماتٍ حَوْلَ كَمِّيَّةِ الأَمْطارِ، دَرَجَةِ الحَرارَةِ، مُسْتَوَى الرَقْمِ الهَيْدرُوجِينِيّ، نَوْعٍ المَحْصُول، وَالإِنْتاجِ المُقابِلِ.
تُقِلّ إِنْتاجِيَّةٍ المَحاصِيل بِشَكْلٍ كَبِيرٍ بِسَبَبِ تَأْثِيرِ أَمْراضِ المَحاصِيل المُخْتَلِفَةِ (21). إِذا أَرَدْنا بِناءَ نِظامِ لِاِقْتِراحِ المَحاصِيل لِأُفَضِّل إِنْتاجِ، فَيَجِب عَلَينا أَنَّ نَأْخُذ فِي الاِعْتِبارِ الأَمْراض المُحْتَمَلَةِ لِلمَحْصُول المَزْرُوع. مِن ناحِيَةٍ أُخْرَى، تَعْتَمِد أَمْراضِ المَحاصِيل عَلَى مَعايِيرِ جَوِّيَّةٍ مُخْتَلِفَةٍ (22). تُعْتَبَر دَرَجَةِ الحَرارَةِ وَالرُطُوبَة مِن أَهَمَّ المَعايِيرِ الجَوِّيَّةِ الَّتِي تُؤَثِّر عَلَى اِحْتِمالاتِ أَمْراضِ المَحاصِيل (23). تُوَفِّر مَجْمُوعَةِ البَياناتِ مَعْلُوماتٍ مُحَدَّدَةٍ عَن مَحاصِيل مُخْتَلِفَةٍ فِي مَناطِقِ مُتَعَدِّدَةِ مِن بَنْغلادِيش، بِما فِي ذٰلِكَ إِحْداثِيّات خُطُوطِ العَرْضِ وَالطُول، وَدَرَجَة الحَرارَةِ، وَالرُطُوبَة، وَالأَمْراض المَلْحُوظَةِ فِي تِلْكَ الظُرُوفِ. لَم تَكُن البَياناتِ المُكْتَسَبَة فِي صِيغَةِ قابِلَةٍ لِلاِسْتِخْدامِ لِاِسْتِخْدامِها بِواسِطَةِ خوارزميات التَعَلُّمِ الآلِيِّ. لُذّاً، يَجِب عَلَينا إِنْشاءِ مَجْمُوعَةِ بَياناتٍ أَمْراضِ المَحاصِيل بِاِسْتِخْدامِ مَعْلُوماتٍ قِسْمِ الأَرْصاد الجَوِّيَّةِ الزِراعِيَّةِ فِي بَنْغلادِيش. تُساعِد هٰذِهِ المَجْمُوعَةِ فِي الكَشْفِ عَن الأَمْراض المُحْتَمَلَةِ لِأَيّ مَحْصُولِ فِي مَوْقِعِ مُعَيَّنٍ.
تَتَكَوَّن هٰذِهِ المَجْمُوعَةِ مِن المَعْلُوماتِ حَوْلَ دَرَجَةِ الحَرارَةِ المُتَوَسِّطَةِ (ب ) شَهْرِيّاً فِي مَحَطّاتِ الأَرْصاد الجَوِّيَّةِ المُخْتَلِفَةِ فِي بَنْغلادِيش. تَمَّ وَضْعِ مَعْلُوماتٍ تَزِيد عَن 50 عاماً فِي المَجْمُوعَةِ، وَالَّتِي تَمَّ اِسْتِخْدامُها لِلتَنَبُّؤ بِدَرَجات الحَرارَةِ المُسْتَقْبَلِيَّةِ. تَمَّ اِسْتِخْدامِ دَرَجَةِ الحَرارَةِ المُتَوَقَّعَةِ لِلتَنَبُّؤ بِإِنْتاجِ المَحاصِيل وَالأَمْراض المُحْتَمَلَةِ الَّتِي قَد تُصِيب المَحاصِيل.
تَتَكَوَّن هٰذِهِ المَجْمُوعَةِ مِن المَعْلُوماتِ عَن مُتَوَسِّطُ الأَمْطارِ (بِالمِلِيمِتر) شَهْرِيّاً فِي مَحَطّاتِ الأَرْصاد الجَوِّيَّةِ المُخْتَلِفَةِ فِي بَنْغلادِيش. تَحْتَوِي هٰذِهِ المَجْمُوعَةِ عَلَى مَعْلُوماتٍ تَمْتَدّ لِأَكْثَرِ مِن 50 عاماً وَتُسْتَخْدَم لِلتَنَبُّؤ بِالأَمْطار المُسْتَقْبَلِيَّةِ بِناءَ عَلَى نَهْجٍ تَعْلَم الآلَةِ. يَتِمّ اِسْتِخْدامِ الأَمْطارِ المُتَوَقَّعَةِ بِالإِضافَةِ إِلَى دَرَجاتٍ الحَرارَةِ المُتَوَقَّعَةِ لِلتَنَبُّؤ بِإِنْتاجِ المَحاصِيل.
تَحْتَوِي هٰذِهِ المَجْمُوعَةِ عَلَى مَعْلُوماتٍ حَوْلَ مُتَوَسِّطُ الرُطُوبَة (بِالنِسْبَةِ المِئَوِيَّة) شَهْرِيّاً لِمُخْتَلَفِ مَحَطّاتِ الأَرْصاد الجَوِّيَّةِ فِي بَنْغلادِيش. مِثْلَ مَجْمُوعَتَيَّ البَياناتِ الأُخْرَيَيْنِ لَمُعَلِّمات الطَقْسُ، تَتَوَفَّر مَعْلُوماتٍ تَزِيد عَن 50 عاماً فِي المَجْمُوعَةِ لَتَنَبُّؤات الرُطُوبَة المُسْتَقْبَلِيَّةِ. تَمَّ اِسْتِخْدامِ الرُطُوبَة المُتَوَقَّعَةِ لِلتَنَبُّؤ بِالأَمْراض المُحْتَمَلَةِ الَّتِي قَد تُصِيب المَحاصِيل.
فِي البِدايَةِ، يَتِمّ تَحْدِيدِ أَقْرَبِ مِنْطَقَةِ فَرْعِيَّةٍ (مِنْطَقَةِ أَرْصاد زِراعِيَّةً) إِلَى مَوْقِعِ المُسْتَخْدِمُ مِن خِلالَ تَطْبِيقِ صِيغَةِ هافرساين (24). إِذا كانَت خُطُوطِ العَرْضِ وَالطُول لِمَوْقِعَيْنِ عَلَى الأَرْضِ مَعْرُوفَةٍ، يُمْكِن تَحْدِيدِ المَسافَةِ بَيِّنَهُما بِاِسْتِخْدامِ صِيغَةِ هافرساين. تَمَّ اِشْتِقاق صِيغَةِ هافرساين مِن قانُونِ هافرساين بِاِسْتِخْدامِ الأَضْلاع وَالزَوايا لِلمُثَلَّثات الكُرَوِيَّةُ. صِيغَةِ هافرساين هِيَ كَالتالِي:
\[a = \sin^2\left(\frac{\Delta\phi}{2}\right) + \cos(\phi_1) \cdot \cos(\phi_2) \cdot \sin^2\left(\frac{\Delta\lambda}{2}\right)\]
\[c = 2 \cdot \arctan2\left(\sqrt{a}, \sqrt{1-a}\right)\]
\[d = R \cdot c\]
حَيْثُ:
\(\Delta\phi\) هُوَ الفِرَقِ فِي خَطِّ العَرْضِ بَيِّنَ مَوْقِعِ المُسْتَخْدِمُ وَالمِنْطَقَةِ الزِراعِيَّةِ،
\(\Delta\lambda\) هُوَ الفِرَقِ فِي خَطِّ الطُولَ بَيِّنَ مَوْقِعِ المُسْتَخْدِمُ وَالمِنْطَقَةِ الزِراعِيَّةِ،
\(\phi_1\) وَ \(\phi_2\) هُما خُطُوطِ العَرْضِ لَمَوْقِع المُسْتَخْدِمُ وَالمِنْطَقَةِ الزِراعِيَّةِ عَلَى التَوالِي،
\(R\) هُوَ نِصْفِ قَطَرِ الأَرْضِ،
\(a\) هُوَ مُرَبَّعٍ نِصْفِ طُولِ الوَتَرِ بَيِّنَ مَوْقِعِ المُسْتَخْدِمُ وَالمِنْطَقَةِ الزِراعِيَّةِ (المَعْرُوفُ أَيْضاً بالهافرساين)،
\(c\) هُوَ المَسافَةِ الزاوِيَةِ بالراديان بَيِّنَ مَوْقِعِ المُسْتَخْدِمُ وَالمِنْطَقَةِ الزِراعِيَّةِ،
\(d\) هُوَ المَسافَةِ بَيِّنَ مَوْقِعِ المُسْتَخْدِمُ وَالمِنْطَقَةِ الزِراعِيَّةِ بِنَفْسِ وَحَداتٍ نِصْفِ قَطَرِ الأَرْضِ.
هُنا قُمْنا بِتَقْدِيرٍ أَقْرَبِ مِنْطَقَةِ زِراعِيَّةً وَمَحَطَّةُ أَرْصاد جَوِّيَّةٍ مُمْكِنَةٍ لَمَوْقِع المُسْتَخْدِمُ الحالِيَّ بِناءَ عَلَى خَطِّ العَرْضِ وَخْطٍ الطُولَ. مِن الضَرُورِيِّ لَدِقَّة تَحْدِيدِ تَغْذِيَةِ التُرْبَةَ وَدِقَّة مَعْلُوماتٍ الطَقْسُ. ثُمَّ، بِاِسْتِخْدامِ مَجْمُوعَةِ بَياناتٍ المِنْطَقَةِ الارصاديه الزِراعِيَّةِ وَتَغْذِيَة التُرْبَةَ، يَتِمّ العُثُورِ عَلَى مَعْلُوماتٍ عَن مُسْتَوَى تَغْذِيَةِ التُرْبَةَ لَأَقْرَب مِنْطَقَةِ فَرْعِيَّةٍ.
فِي هٰذِهِ المَرْحَلَةِ، يَتِمّ اِسْتِخْدامِ قاعِدَةِ بَياناتٍ تَغْذِيَةِ المَحاصِيل لِتَحْدِيدِ ما إِذا كانَ مُسْتَوَى تَغْذِيَةِ التُرْبَةَ المُكْتَشِف يُلَبِّي اِحْتِياجات المَحاصِيل المُناسَبَةِ أَم لا لِمِنْطَقَةِ المُسْتَخْدِمُ المُحَدَّدَةِ. وَبِالتالِي، يَتِمّ اِكْتِشافِ قائِمَةً بِالمَحاصِيل الرَئِيسِيَّةِ.
يَقُوم النَمُوذَجِ المُقْتَرَحِ تِلْقائِيّا بِسَحْبِ بَياناتٍ دَرَجَةِ الحَرارَةِ وَالأَمْطار وَالرُطُوبَة المَحَلِّيَّةِ مِن مَجْمُوعاتٍ البَياناتِ المَعْنِيَّةِ عِنْدَ اِخْتِيارِ مَوْقِعِ المُسْتَخْدِمُ. تَتَغَيَّر دَرَجاتٍ الحَرارَةِ وَالأَمْطار وَالرُطُوبَة مِن شَهْرٍ لِآخَرِ. عِلاوَةً عَلَى ذٰلِكَ، فَإِنَّ بَياناتٍ السِلْسِلَة الزَمَنِيَّةِ أُحادِيَّةُ البُعْدِ. لَقَد اُسْتُخْدِمْنا نَمُوذَجَ SARIMAX (المُتَوَسِّطِ المُتَحَرِّك المَوْسِمِيِّ المُتَكامِل الذاتِيِّ مَعَ المُتَغَيِّراتِ الخارِجِيَّةِ)، وَالَّذِي يُمْكِنه اِلْتِقاطِ النَمَطِ المَوْسِمِيِّ بِدِقَّةٍ أَكْبَرَ، حَيْثُ أَنَّ دَرَجَةِ الحَرارَةِ وَالأَمْطار وَالرُطُوبَة هِيَ بَياناتٍ مَوْسِمَيْهِ (25). يُمْكِن اِسْتِخْدامِ SARIMAX(p, d, q)(P, D, Q, s) لِتَحْدِيدِ نَمُوذَجَ SARIMAX حَيْثُ تُمَثِّل p، d، وَ q التَرْتِيبِ التالِي لِلفُرُوق وَمُصْطَلَحات المُتَوَسِّطِ المُتَحَرِّك عَلَى التَوالِي فِي المُصْطَلَحاتِ التِلْقائِيَّة الانحداريه. بِالإِضافَةِ إِلَى ذٰلِكَ، تُمَثِّل P، D، Q، وَ s مُدَّةَ المَوْسِمِ، مُصْطَلَحاتٍ المُتَوَسِّطِ المُتَحَرِّك المَوْسِمِيِّ، تَرْتِيبَ الفُرُوقِ المَوْسِمِيَّة، وَمُصْطَلَحات الاِنْحِدارِ التِلْقائِيّ المَوْسِمِيَّة عَلَى التَوالِي.
تَمَّ العُثُورِ عَلَى أَفْضَلَ مُعامَلاتِ نَمُوذَجَ SARIMAX بِاِسْتِخْدامِ مِعْيار مَعْلُوماتٍ اكايك (AIC). AIC هُوَ أَداةٌ إِحْصائَيْهِ لَتَقْيِيم مَزايا النَماذِجِ الإِحْصائِيَّةُ المُخْتَلِفَةِ، خاصَّةٍ فِي سِياقِ اِخْتِيارِ النَمُوذَجِ. يُقَدِّم تَوازُناً بَيِّنَ مُلاءَمَةِ النَمُوذَجِ وَتَعْقِيده. فِي هٰذا العَمَلِ، كانَت أَفْضَلَ مُعامَلاتِ نَمُوذَجَ SARIMAX لِدَرَجَةِ الحَرارَةِ وَالأَمْطار وَالرُطُوبَة عَلَى النَحْوِ التالِي:
دَرَجَةِ الحَرارَةِ: SARIMAX(1, 0, 0) (2, 1, 0, 12)
الأَمْطارِ: SARIMAX(1, 0, 0) (0, 1, 1, 12)
الرُطُوبَة: SARIMAX(1, 0, 1) (1, 1, 0, 12)
فِي الفَقَرات الفَرْعِيَّةِ السابِقَةِ، قُمْنا بِجَمْعِ مَعْلُوماتٍ حَوْلَ المَحاصِيل الزِراعِيَّةِ الرَئِيسِيَّةِ، وَدَرَجاتِ الحَرارَةِ، وَالأَمْطار. تَمَّ تَطْوِيرِ نَمُوذَجَ التَنَبُّؤ الأَساسِيُّ فِي هٰذِهِ المَرْحَلَةِ. يَسْتَخْدِم النَمُوذَجِ المُقْتَرَحِ تَقْنِيَّةٍ التَعَلُّمِ الآلِيِّ لِلاِنْحِدار الإِشْرافِيّ نَظَراً لِأَنَّ هٰذا التَنَبُّؤ يَتَعَلَّق بِمُتَغَيِّر مُسْتَمِرٍّ. مِن خِلالَ تَطْبِيقِ تَقْنِيَّةٍ اِنْحِدارٌ شَجَرَةَ القَرارِ (DTR)، يَتِمّ تَدْرِيبِ نَمُوذَجَ التَنَبُّؤ لِتُوَقِّع إِنْتاجِ المَحاصِيل الزِراعِيَّةِ الرَئِيسِيَّةِ.
تَكُون المَحاصِيل عُرْضَةً لِلأَمْراض الَّتِي تَخْتَلِف بِناءَ عَلَى الظُرُوفِ الجَوِّيَّةِ. يُعْطَى النَمُوذَجِ مَوْقِعِ الزِراعَةِ مَعَ دَرَجَةِ الحَرارَةِ المُتَوَقَّعَةِ وَالرُطُوبَة وَقائِمه المَحاصِيل المُخْتارَة بِناءَ عَلَى التَغْذِيَةِ الزِراعِيَّةِ وَالتُرْبَة. ثُمَّ يَتَنَبَّأ النَمُوذَجِ بِالأَمْراض المُحْتَمَلَةِ وَإِجْمالِيّ عَدَدٍ الأَمْراض لِكُلِّ مِن المَحاصِيل الرَئِيسِيَّةِ المُخْتارَة. لَقَد اُسْتُخْدِمْنا المُصَنَّفُ الآلِيِّ لِلمُتَّجِهات الداعِمَةِ (Support Vector Classifier) لِلتَنَبُّؤ بِالأَمْراض المُحْتَمَلَةِ لِقائِمَةِ مِن المَحاصِيل.
تُرَكِّز هٰذِهِ القِسْمِ عَلَى مُناقَشَةِ نَتائِجِ كُلِّ خَطْوَةٍ مِن خَطَواتٍ عَمَلِنا. تَعَرَّضَ النَتائِجِ المُكْتَسَبَة مِن كُلِّ خَطْوَةٍ مِن خَطَواتٍ المَنْهَجِيَّة وَتَحْلِيلٌ مُقارَن لَنَماذِج التَنَبُّؤ فِي الفَقَرات الفَرْعِيَّةِ التالِيَةِ.
تَمَّ تَطْوِيرِ النَمُوذَجِ المُقْتَرَحِ بِاِسْتِخْدامِ جُغْرافِيّاً بَنْغلادِيش وَتَمَّ تَطْبِيقِهِ ضِمْنَ سِياقِ الزِراعَةِ البَنْغلادِيشِيَّة. لَقَد قُمْنا بِتَقْيِيم النَمُوذَجِ بِاِسْتِخْدامِ البَياناتِ الَّتِي جَمَعْناها. تَتَحَدَّث الفَقَرات الفَرْعِيَّةِ التالِيَةِ عَن النَتائِجِ التَجْرِيبِيَّة الَّتِي حَقَّقْناها.
تَبْدَأ مَنْهَجِيَّتنا بِتَحْدِيدِ خُطُوطِ الطُولَ وَالعِرْضِ لَمَوْقِع المُسْتَخْدِمُ الحالِيَّ. ثُمَّ يُحَدِّد النَمُوذَجِ أَقْرَبِ قِسْمِ فَرْعِيٍّ بِاِسْتِخْدامِ صِيغَةِ هافرسين. يَنْظُر فِي اِسْتِخْدامِ مِنْطَقَةِ رانغبور سَأُدار اوبازيلا كَمَوْقِعٍ لِلاِخْتِبارِ (خَطِّ الطُولَ: 25.740580 N، خَطِّ العَرْضِ: 89.261139 E). يَخْتار النَمُوذَجِ أَقْرَبِ مِنْطَقَةِ زِراعِيَّةً وَيَسْتَرْجِع المَعْلُوماتِ ذاتِ الصِلَةِ بِتَغْذِيَةِ التُرْبَةَ كَما هُوَ مُوَضِّح فِي الجَدْوَلُ [tab:district-info].
يَسْتَخْدِم مَجْمُوعَةِ بَياناتٍ تَغْذِيَةِ المَحاصِيل لِاِخْتِيارِ المَحاصِيل الرَئِيسِيَّةِ القابِلَةِ لِلزِراعَةِ بِناءَ عَلَى المَعْلُوماتِ حَوْلَ تَغْذِيَةِ التُرْبَةَ مِن الجَدْوَلُ [tab:district-info]. سَيَتِمّ اِخْتِيارِ مَحْصُولِ كَمَحْصُول رَئِيسِيٍّ قابِلٌ لِلزِراعَةِ إِذا كانَت قِيمَتُهُ الغِذائِيَّةِ تُلَبِّي المِعْيار الغِذائِيَّ لِتِلْكَ المِنْطَقَةِ. يَتِمّ عَرَضَ المَحاصِيل المُخْتارَة فِي الجَدْوَلُ [tab:crop-order].
إِنْتاجِيَّةٍ المَحاصِيل وَقابِلِيَّتها لِلأَمْراض تُتِحكُم بِها ثَلاثَةِ عَوامِلِ رَئِيسِيَّةٍ تَشْمَل دَرَجَةِ الحَرارَةِ، وَكَمِّيَّةٌ الأَمْطارِ، وَالرُطُوبَة. يَسْتَخْدِم نَمُوذَجَ SARIMAX لِلتَنَبُّؤ بِدَرَجَةِ الحَرارَةِ (بِالدَرَجَةِ المِئَوِيَّة)، وَكَمِّيَّةٌ الأَمْطارِ (بِالمِلِيمِترات)، وَالرُطُوبَة (بِالنِسْبَةِ المِئَوِيَّة) لِلمَوْقِعِ المُحَدَّدِ لِلمُسْتَخْدَم وَهُوَ مِنْطَقَةِ Rangpur Sadar Upazila. تَمَّ اِسْتِخْراج هٰذِهِ المُعامَلاتِ الجَوِّيَّةِ مِن ثَلاثِ مَجْمُوعاتٍ بَياناتٍ جَوِّيَّةٍ.
تَعَرَّضَ إِحْصائِيّات دَرَجَةِ الحَرارَةِ، وَكَمِّيَّةٌ الأَمْطارِ، وَالرُطُوبَة لَمَوْقِع المُسْتَخْدِمُ لِعامِ 2023 فِي الجَدْوَلُ [tab:climate-data].
بِاِسْتِخْدامِ بَياناتٍ دَرَجَةِ الحَرارَةِ وَالرُطُوبَة لَمَوْقِع المُسْتَخْدِمُ مِن الجَدْوَلُ [tab:climate-data] وَقائِمه المَحاصِيل المُخْتارَة أَوَّلِيّا مِن الجَدْوَلُ [tab:crop-order]، يَتِمّ اِقْتِراحِ الأَمْراض المُحْتَمَلَةِ لِكُلِّ مَحْصُولِ فِي الجَدْوَلُ [tab:crop-count-disease].
يَتِمّ الحُصُولِ عَلَى تَغْذِيَةِ التُرْبَةَ، وَالمَحاصِيل القابِلَةِ لِلزِراعَةِ الأَساسِيَّةِ، وَدَرَجَة الحَرارَةِ المُتَوَقَّعَةِ، وَكَمِّيَّةٌ الأَمْطارِ مِن الإِجْراءاتِ المَذْكُورَةِ أَعْلاه. فِي هٰذِهِ المَرْحَلَةِ، يَقُوم النِظامِ بِتَدْرِيبِ النَمُوذَجِ الانحداري المُقْتَرَحِ لِلتَنَبُّؤ بِكَمِّيَّةِ إِنْتاجِ المَحاصِيل الأَساسِيَّةِ المُخْتارَة بِاِسْتِخْدامِ مَجْمُوعَةِ بَياناتٍ إِنْتاجِ المَحاصِيل.
ثُمَّ يَقُوم النَمُوذَجِ بِتَرْتِيب الإِنْتاجِ المُتَوَقَّعِ لِلمَحاصِيل المُخْتَلِفَةِ بِتَرْتِيب تَنازُلِي. يُولَد النَمُوذَجِ القائِمَةِ النِهائِيَّةِ لِلمَحاصِيل المَعْرُوضَةِ فِي الجَدْوَلُ [tab:crop-production] لَمَوْقِع المُسْتَخْدِمُ المَذْكُورِ (Rangpur Sadar Upazila).
تَمَّ تَطْبِيقِ نَماذِجَ تَصْنِيفِ مُخْتَلِفَةٍ لِإِيجادِ النَمُوذَجِ الأَنْسَب لِلتَنَبُّؤ بِالأَمْراض المُحْتَمَلَةِ لِلمَحاصِيل المُقْتَرَحَةِ. تَمَّ أَخَذَ بِعَضِّ العَوامِلُ المَعْرُوفَةِ بِعَيْنِ الاِعْتِبارِ لِهٰذا الغَرَضِ وَالَّتِي تَمَّ ذِكْرِها أَدَنّاهُ:
الدِقَّةِ: يُمْكِن تَقْدِيرٍ الدِقَّةِ العامَّةِ لَنَمُوذَج التَصْنِيفِ مِن خِلالَ دِقَّته. يُحَدِّد نِسْبَةَ الحالاتِ المُتَوَقَّعَةِ بِدِقَّةٍ إِلَى جَمِيعِ حالاتِ مَجْمُوعَةِ البَياناتِ.
التَحْدِيدِ: التَحْدِيدِ هُوَ قِياسُ دِقَّةٍ التَنَبُّؤات الإِيجابِيَّةِ الَّتِي يُقَدِّمها النَمُوذَجِ. يَتِمّ حِسابِهِ كَنِسْبَة الإِيجابِيّات الحَقِيقِيَّةِ إِلَى إِجْمالِيِّ عَدَدٍ التَنَبُّؤات الإِيجابِيَّةِ (الإِيجابِيّات الحَقِيقِيَّةِ + الإِيجابِيّات الخاطِئَةِ) مِن مَجْمُوعُ البَياناتِ.
الاِسْتِدْعاء: الاِسْتِدْعاء يُمَثِّل قُدْرَةِ النَمُوذَجِ عَلَى التَعَرُّفُ بِدِقَّةٍ عَلَى جَمِيعِ الحالاتِ ذاتِ الصِلَةِ فِي مَجْمُوعَةِ البَياناتِ. يُمْكِن قِياسه كَنِسْبَة الإِيجابِيّات الحَقِيقِيَّةِ إِلَى إِجْمالِيِّ عَدَدٍ الإِيجابِيّات الحَقِيقِيَّةِ (الإِيجابِيّات الحَقِيقِيَّةِ + السَلْبِيّاتِ الخاطِئَةِ).
مُعَدَّلِ F1: يُمْكِن القَوْلُ إِن المُتَوَسِّطِ التوافقي لِلتَحْدِيد وَالاِسْتِدْعاء هُوَ مُعَدَّلِ F1. يُوازِن مُعَدَّلِ F1 بَيِّنَ التَحْدِيدِ وَالاِسْتِدْعاء وَيَقْتَرِح دَرَجَةِ مُوجَزه واحِدَةٍ حَوْلَ أَداءِ النَمُوذَجِ.
بِاِسْتِخْدامِ مَجْمُوعَةِ بَياناتٍ أَمْراضِ المَحاصِيل، تَمَّ تَدْرِيبِ وَاِخْتِبارِ نَمُوذَجَ مُصَنَّف المُتَّجِهات الداعِمَةِ (SVC)، وَمُصَنَّف الغاباتِ العَشْوائِيَّةِ (RFC)، وَمُصَنَّف تَعْزِيزِ التَدَرُّج (GBC)، وَنَمُوذَجٌ الاِنْحِدارِ اللُوجِسْتِيِّ (LoR) عَلَى مَقايِيسِ التَقْيِيم. تُظْهِر نَتائِجِ التَحْلِيلِ الخَطَأ المُقارَن فِي الجَدْوَلُ [tab:model-evaluation-disease].
غالِباً ما تُشِير القِيَمِ الأَعْلَى لِلدِقَّة وَالتَحْدِيد وَالاِسْتِدْعاء وَمُعَدَّل F1 إِلَى أَفْضَلَ نَمُوذَجَ تَصْنِيفِ. لِهٰذا العَمَلِ، يُوَفِّر نَمُوذَجَ مُصَنَّف المُتَّجِهات الداعِمَةِ (SVC) أَفْضَلَ تَنَبُّؤات الأَمْراض بَدَلاً مِن النَماذِجِ الأُخْرَى.
لِتُوَقِّع إِنْتاجِ المَحاصِيل المُخْتارَة أَساساً، تَمَّت مُقارَنَةً طُرُقٍ الاِنْحِدارِ المُخْتَلِفَةِ لِاِخْتِيارِ النَمُوذَجِ الأَكْثَرَ تَوافُقاً. الطَرِيقَةِ الأَكْثَرَ شُيُوعاً لِلتَقْيِيم هِيَ تَقْدِيرٍ مَدَى تَطابُقِ القِيمَةِ المُتَوَقَّعَةِ مَعَ القِيمَةِ الفِعْلِيَّةِ. تَمَّ التَحْقِيقِ فِي المَقايِيسِ التالِيَةِ لِلتَقْيِيم لِاِخْتِيارِ أَفْضَلَ نَمُوذَجَ:
الخَطَأ التَرْبِيعِيّ الوَسَطِيّ (MSE): الفِرَقِ التَرْبِيعِيّ الوَسَطِيّ بَيِّنَ القِيَمِ المُتَوَقَّعَةِ وَالقِيَمِ الفِعْلِيَّةِ لخوارزميات الاِنْحِدارِ يَعْرِف ب MSE.
الخَطَأ التَرْبِيعِيّ الوَسَطِيّ الجِذْرِيّ (RMSE): يُوَفِّر هٰذا النَوْعِ مِن الخَطَأ الفِرَقِ التَرْبِيعِيّ الوَسَطِيّ الجِذْرِيّ بَيِّنَ القِيَمِ المُتَوَقَّعَةِ وَالقِيَمِ الحَقِيقِيَّةِ.
مَعامِلِ التَحْدِيدِ (R-squared): يُظْهِر قِيمَةَ R-squared مَدَى مُلاءَمَةِ البَياناتِ لَخَطّ الاِنْحِدارِ المُلائِمِ.
الإِجْراءَ الانحداري الأَمْثَلُ لِلتَنَبُّؤ النِهائِيِّ هُوَ ما نَهْدِف إِلَيهِ. بِاِسْتِخْدامِ مَجْمُوعَةِ بَياناتٍ إِنْتاجِ المَحاصِيل، يَتِمّ تَدْرِيبِ وَاِخْتِبارِ نَماذِجَ الاِنْحِدارِ الخَطِّيِّ (Linear Regression)، وَاِنْحِدار شَجَرَةَ القَرارِ (Decision Tree Regression)، وَاِنْحِدار تَعْزِيزِ التَدَرُّج (Gradient Boosting Regression)، وَاِنْحِدار الغابَةِ العَشْوائِيَّةِ (Random Forest Regression). تُظْهِر نَتائِجِ تَحْلِيلِ الخَطَأ المُقارَن فِي الجَدْوَلُ [tab:model-evaluation].
تُشِير القِيَمِ المُنْخَفِضَة لِ MSE وَ RMSE إِلَى أَنَّ النَتِيجَةُ المُتَوَقَّعَةِ وَالنَتِيجَةُ الفِعْلِيَّةِ قَرِيبَةٌ جِدّاً مِن بِعَضِّهِما البَعْضُ. مِن ناحِيَةٍ أُخْرَى، تَتَراوَح قِيمَةَ R-squared مِن 0 إِلَى 1. كَلْماً كانَ الرَقْمِ أَكْبَرَ، كانَت مُلاءَمَةِ النَمُوذَجِ أَدُقّ. وِفْقاً لِلنَتائِجِ، فَإِنَّ اِنْحِدارٌ شَجَرَةَ القَرارِ هُوَ النَمُوذَجِ المِثالِيُّ لَنِظامنا.
فِي هٰذا العَمَلِ، قُمْنا بِإِنْشاءِ نَمُوذَجَ لَتَوْصِيَة بِأَكْثَرِ المَحاصِيل إِنْتاجِيَّةٍ بِالإِضافَةِ إِلَى الأَمْراض المُحْتَمَلَةِ لِلمَحاصِيل اِسْتِناداً إِلَى مَوْقِعِ المُسْتَخْدِمُ. تُعْتَبَر بَنْغلادِيش خَلْفِيَّةِ لِإِنْشاءِ العَمَلِ بِأَكْمَلِهِ. يَزِيد النُمُوِّ السَرِيعِ لِلسُكّانِ مِن اِسْتِهْلاكِ الغِذاءِ، وَلٰكِن كَمِّيَّةِ الأَراضِي الزِراعِيَّةِ تَتَقَلَّص بِشَكْلٍ مُسْتَمِرٍّ فِي هٰذا البَلَدِ. لِذٰلِكَ، أَصْبَحَ زِيادَةِ الإِنْتاجِ الزِراعِيِّ الآنَ أَمْراً لا مَفَرَّ مِنهُ. فِي هٰذا العَمَلِ، تَمَّ تَطْوِيرِ نَمُوذَجَ يَقْتَرِح المَحاصِيل الاِقْتِصادِيَّةِ وَالأَكْثَرُ إِنْتاجِيَّةٍ عَلَى مَدارِ العامِّ فِي أَيّ مَكانٍ بِاِسْتِخْدامِ تَقْنِيّاتِ التَعَلُّمِ الآلِيِّ.
لَقَد اُسْتُخْدِمْنا نَمُوذَجَ التَنَبُّؤ بِالأَمْطار وَالرُطُوبَة وَدَرَجَة الحَرارَةِ SARIMAX لِتُوَقِّع الطَقْسُ. ثُمَّ يَتِمّ التَنَبُّؤ بِالأَمْراض المُحْتَمَلَةِ اِسْتِناداً إِلَى دَرَجَةِ الحَرارَةِ وَالرُطُوبَة لِلمَحاصِيل الأَساسِيَّةِ المُخْتارَة. فِي النِهايَةِ، يَتِمّ تَحْدِيدِ إِنْتاجِ المَحاصِيل بِاِسْتِخْدامِ نَمُوذَجَ الاِنْحِدارِ اِسْتِناداً إِلَى بَياناتٍ تَغْذِيَةِ التُرْبَةَ وَبَياناتِ دَرَجَةِ الحَرارَةِ وَالأَمْطار المُتَوَقَّعَةِ. مُقارَنَةً بِالنَماذِج الأُخْرَى، يُظْهِر نَمُوذَجَ SVC نَتائِجِ أَفْضَلَ لَتَنَبُّؤ أَمْراضِ المَحاصِيل وَيُؤَدِّي نَمُوذَجَ DTR بِشَكْلٍ أَفْضَلَ فِي التَنَبُّؤ بِإِنْتاجِ المَحاصِيل. نَأْمَل أَنَّ تُؤَدِّي تَطْبِيقِ إِسْتراتِيجِيَّتنا عَلَى قِطاعِ الزِراعَةِ إِلَى زِيادَةِ إِنْتاجِ المَحاصِيل وَنَتِيجَةَ لِذٰلِكَ النُمُوِّ الاِقْتِصادِيِّ. نَعْتَزِم تَوْفِيرِ الوُصُولِ لِلمُزارِعَيْنِ البَنْغلادِيشِيَّيْنِ إِلَى هٰذِهِ التِكْنُولُوجِيا مِن خِلالَ مِنَصَّةِ مُتَنَقِّله فِي المُسْتَقْبَلِ. تَحْوِيلِ هٰذا العَمَلِ إِلَى شَكْلٍ بَرْمَجِيّ سَيَكُون أَكْثَرَ فائِدَةٍ وَأُسَهِّل لِلمُزارِعَيْنِ لِمَعْرِفَةِ أَيّ المَحاصِيل يَجِب أَنَّ يَزْرَعُوا لَتَعْظِيم رِبْحهم الاِقْتِصادِيِّ وَكَذٰلِكَ الاِسْتِعْدادُ لِلأَمْراض المُحْتَمَلَةِ لِلمَحاصِيل. بِالإِضافَةِ إِلَى ذٰلِكَ، يُمْكِن تَوْسِيعِ العَمَلِ بِاِسْتِخْدامِ المَزِيدِ مِن بَياناتٍ المَحاصِيل وَالأَمْراض مَعَ المَزِيدِ مِن اِعْتِمادِ مُعَلِّمات الطَقْسُ.