



- Công bố khoa học và công nghệ Việt Nam
68
Cây rau, cây hoa và cây ăn quả
BB
Nguyễn Huy Trung(3), Lê Thị Kiều Oanh, Bùi Thị Hảo, Nguyễn Duy Hải(1), Nguyễn Quang Thi, Vũ Thị Hòa, Dương Minh Ngọc(2), Hoàng Hữu Chiến
Đánh giá tình trạng dinh dưỡng cây ăn quả sử dụng thiết bị bay không người lái và phương pháp học máy
Assessment of fruit tree nutritional conditions using unmanned aerial vehicle and machine learning
Khoa học và Công nghệ Lâm nghiệp
2023
6
18-26
1859-3828
Thiết bị bay không người lái (Unmanned Aerial Vehicle – UAV) với bộ cảm biến đa phổ ngày càng được sử dụng rộng rãi trong theo dõi và đánh giá sức khỏe cây trồng, phục vụ phát triển nông nghiệp chính xác. Nghiên cứu này sử dụng dữ liệu ảnh đa phổ thu thập từ thiết bị bay Phantom 4 Multispectral kết hợp phương pháp học máy để phân loại tình trạng dinh dưỡng của cây bưởi thành 3 nhóm: tốt, trung bình và kém. Kết quả nghiên cứu cho thấy các nhóm trình trạng dinh dưỡng có đặc trưng phản xạ phổ điển hình và có thể phân biệt được trong các vùng sóng ảnh sáng nhìn thấy (450 - 650 nm) và sóng cận hồng ngoại (840 nm). Các chỉ số thực vật trích xuất từ dữ liệu ảnh đa phổ có mối liên hệ chặt chẽ với các nhóm tình trạng dinh dưỡng cây trồng (giá trị p < 0,05). Mô hình Random Forest được sử dụng để phân loại các nhóm tình trạng dinh dưỡng cho độ chính xác tổng thể 90% và hệ số phân loại Kappa đạt 0,85. Đa số cây bưởi trong khu vực nghiên cứu có tình trạng dinh dưỡng tốt (244 cây). Số cây có tình trạng dinh dưỡng trung bình và kém lần lượt là 77 cây và 32 cây. Phương pháp và kết quả trình bày trong bài báo này bổ sung cơ sở khoa học cho việc ứng dụng công nghệ UAV trong theo dõi và đánh giá cây ăn quả nói riêng và trong nông nghiệp nói chung ở Việt Nam.
Unmanned Aerial Vehicles (UAV) with multispectral sensors have been increasingly used for monitoring and assessing fruit tree health, facilitating the development of precision agriculture. This study used multispectral imagery collected by a Phantom 4 Multispectral UAV in combination with a machine learning method to classify the nutritional conditions of pomelo fruit trees into three groups: good, moderate and poor. The results indicated that the three nutritional groups had typical spectral reflectance properties and were distinguishable from each other in the visible wavelengths (450 - 650 nm) and near infrared wavelength (840 nm). Spectral vegetation indices computed from UAV multispectral bands had strong relationships with tree nutritional conditions (p < 0.05). A Random Forest model developed to classify nutritional conditions achieved an overall accuracy of 90% and a Kappa coefficient of 0.85. Overall, the majority of pomelo fruit trees in the study area had good nutritional status (244 trees). The numbers of trees with moderate and poor nutritional conditions were 77 and 32 trees, respectively. Methods and results presented in this paper supplement the scientific basis and facilitate the application of UAV technology in orchard monitoring and management in Vietnam.
TTKHCNQG, CVv 421
- [1] Leo Breiman (2001), Random forests.,Machine learning.
- [2] Wayne W Daniel (1990), Kruskal–Wallis oneway analysis of variance by ranks.,Applied nonparametric statistics.
- [3] Jayme Barbedo (2019), A Review on the Use of Unmanned Aerial Vehicles and Imaging Sensors for Monitoring and Assessing Plant Stresses.,Drones. DOI: 10.3390/drones3020040.
- [4] William S Cleveland (1979), Robust locally weighted regression and smoothing scatterplots.,Journal of the American statistical association.
- [5] Nguyễn Huy Trung, Bùi Thị Hảo, Nguyễn Duy Hải, Dương Minh Ngọc, Nguyễn Quang Thi, Nguyễn Ngọc Anh, Ngô Thị Hồng Gấm, Phan Đình Binh & Hoàng Hữu Chiến (2023), Ảnh hưởng của độ cao bay đến việc xác định vị trí và chiều cao cây ăn quả sử dụng thiết bị bay không người lái.,Tạp chí Khoa học và Công nghệ Đại học Thái Nguyên . DOI: 10.34238/tnu-jst.7667.
- [6] Dimitris Zermas, Da Teng, Panagiotis Stanitsas, Michael Bazakos, Daniel Kaiser, Vassilios Morellas, David Mulla & Nikolaos Papanikolopoulos (2015), Automation solutions for the evaluation of plant health in corn fields. 2015 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS), Hamburg, Germany.,IEEE. .
- [7] Hengbiao Zheng, Wei Li, Jiale Jiang, Yong Liu, Tao Cheng, Yongchao Tian, Yan Zhu, Weixing Cao, Yu Zhang & Xia Yao (2018), A Comparative Assessment of Different Modeling Algorithms for Estimating Leaf Nitrogen Content in Winter Wheat Using Multispectral Images from an Unmanned Aerial Vehicle.,Remote Sensing. DOI: 10.3390/rs10122026
- [8] Ching-Ju Chen, Ya-Yu Huang, Yuan-Shuo Li, Ying-Cheng Chen, Chuan-Yu Chang & Yueh-Min Huang (2021), Identification of Fruit Tree Pests With Deep Learning on Embedded Drone to Achieve Accurate Pesticide Spraying.,IEEE Access. DOI: 10.1109/access.2021.3056082.
- [9] S. A. Suab, M. S. Syukur, R. Avtar & A. Korom (2019), Unmanned Aerial Vehicle (UAV) Derived Normalised Difference Vegetation Index (NDVI) and Crown Projection Area (CPA) to Detect Health Conditions of Young Oil Palm Trees for Precision Agriculture.,The International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences. XLII-4/W16: DOI: 10.5194/isprs-archives-XLII-4-W16-611-2019.
- [10] Ana I. de Castro, Yeyin Shi, Joe Mari Maja & Jose M. Peña (2021), UAVs for Vegetation Monitoring: Overview and Recent Scientific Contributions.,Remote Sensing. DOI: 10.3390/rs13112139
- [11] Dimosthenis C. Tsouros, Anna Triantafyllou, Stamatia Bibi & Panagiotis G. Sarigannidis (2019), Data Acquisition and Analysis Methods in UAV- based Applications for Precision Agriculture. 2019 15th International Conference on Distributed Computing in Sensor Systems (DCOSS).,Santorini, Greece: IEEE.
- [12] M. Yang, M. A. Hassan, K. Xu, C. Zheng, A. Rasheed, Y. Zhang, X. Jin, X. Xia, Y. Xiao & Z. He (2020), Assessment of Water and Nitrogen Use Efficiencies Through UAV-Based Multispectral Phenotyping in Winter Wheat.,Front Plant Sci. 11: 927. DOI: 10.3389/fpls.2020.00927.
- [13] Võ Quốc Tuấn, Nguyễn Tấn Lợi, Quãng Thị Dal, Trương Chí Quang & Phạm Quốc Việt (2021), Ứng dụng công nghệ UAV (drones) theo dõi và hỗ trợ cảnh báo sớm dịch hại vùng canh tác lúa tỉnh Sóc Trăng.,Tạp chí Khoa học Đại học Cần Thơ. DOI: 10.22144/ctu.jvn.2021.034.
- [14] Chenglong Zhang, João Valente, Lammert Kooistra, Leifeng Guo & Wensheng Wang (2021), Orchard management with small unmanned aerial vehicles: a survey of sensing and analysis approaches.,Precision Agriculture. DOI: 10.1007/s11119-021-09813-y.
- [15] Deqin Xiao, Yongqi Pan, Jianzhao Feng, Jianjun Yin, Youfu Liu & Long He (2022), Remote sensing detection algorithm for apple fire blight based on UAV multispectral image.,Computers and Electronics in Agriculture. 199. DOI: 10.1016/j.compag.2022.107137.
- [16] Jose Cuaran & Jose Leon (2021), Crop Monitoring using Unmanned Aerial Vehicles: A Review.,Agricultural Reviews. DOI: 10.18805/ag.R-180.
- [17] Lucas Rios do Amaral, Cristiano Zerbato, Rodrigo Greggio de Freitas, Marcelo Rodrigues Barbosa Júnior & Isabela Ordine Pires da Silva Simões (2020), UAV applications in Agriculture 4.0.,Revista CiÊncia AgronÔmica. DOI: 10.5935/1806-6690.20200091