Predviđanje prinosa u poljoprivredi primjenom umjetne inteligencije

Krajem studenog protekle 2023. godine održana je završna radionica projekta “Napredna i prediktivna poljoprivreda za otpornost klimatskim promjenama” (AgroSPARC) na Agronomskom fakultetu Sveučilišta u Zagrebu. Ovaj znanstveno-istraživački projekt usmjeren je na suočavanje s izazovima klimatskih promjena u poljoprivredi, koji rezultiraju smanjenjem prinosa, porastom troškova i potrebom prilagodbe tradicionalnih metoda uzgoja.

Prijavitelj projekta je Inovacijski centar Nikola Tesla, a partnerske institucije su Agronomski fakultet i Fakultet elektrotehnike i računarstva Sveučilišta u Zagrebu.

Algoritmi umjetne inteligencije

Jedan je od ključnih ciljeva projekta AgroSPARC-a izrada matematičkih modela različitih stadija razvoja pšenice primjenom algoritama umjetne inteligencije te njihova upotreba za predviđanje prinosa i faza razvoja. Analiza velikog skupa podataka provedena je s obzirom na različite klimatske uvjete, umjetno stvorene i permutirane u prototipnim komorama te korelirane s identificiranim pokazateljima razvoja biljke u različitim stadijima.

Ovi klimatski uvjeti odabrani su prema scenarijima klimatskih promjena predstavljenim u petom izvješću Međuvladine komisije za klimatske promjene (IPCC AR5 WG1), temeljeno na vrijednostima reprezentativnih “staza” koncentracija (Representative Concentration Pathway, RCP). Na taj način, projekt koristi realne i simulirane podatke kako bi razvio modele koji su sposobni predvidjeti kako će ozima pšenica reagirati na različite uvjete rasta, uključujući one koji proizlaze iz očekivanih klimatskih promjena.

Ovi modeli će biti javno dostupni putem portala za predikciju različitih faza razvoja pšenice, omogućavajući poljoprivrednicima precizne informacije za donošenje informiranih odluka i prilagodbu uzgojnih praksi. Povratne informacije od uzgajivača bit će ključne za daljnje unaprjeđenje modela i poboljšanje održivosti poljoprivredne proizvodnje.

Na završnoj radionici projektauvodnu riječ održali su prof. dr. sc. Ivica Kisić, dekan Agronomskog fakulteta te izv. prof. dr. sc. Monika Zovko, koordinatorica projekta na partnerskoj instituciji, Agronomskom fakultetu.

Voditelj projekta, izv. prof. dr. sc. Vinko Lešić iz Inovacijskog centra Nikola Tesla, predstavio je na prezentaciji pod nazivom “AgroSPARC: pregled istraživanja i rezultata” ključne aspekte projekta fokusirajući se na sustav za brzo i automatsko prikupljanje podataka o rastu i razvoju biljaka ozime pšenice u prototipnim klimatskim komorama. Korištenjem modela crne kutije, objasnio je kako se mikroklimatski uvjeti povezuju s vegetacijskim indeksima, indeksima lisne površine i sličnim biofizikalnim varijablama. Svi prikupljeni podaci koriste se za predviđanja rasta i razvoja ozime pšenice u stvarnim i hipotetskim klimatskim uvjetima.

Rezultati, uključujući predikcije stadija razvoja pšenice, kratkoročne i dugoročne prognoze te satelitske snimke poljoprivrednih površina, bit će dostupni na javnom portalu AgroSPARC. Naglasio je važnost korištenja tehnologije u poljoprivredi, s posebnim osvrtom na satelitske snimke polja, snimke multispektralnim dronom te primjenu IoT senzora poput meteoroloških postaja. Ovi senzori pružaju realno-vremenske informacije o vlažnosti, temperaturi i hranivima u tlu, što se koristi u kontekstu precizne poljoprivrede. Sve navedene tehničke inovacije omogućuju proizvođačima dobivanje preciznih podataka za informirane odluke u proizvodnji.

Važnost biotskih i abiotskih čimbenika stresa u usjevima

U svojoj prezentaciji naslova: ˝Mogućnosti primjene digitalne tehnologije u ranoj detekciji fizioloških odgovora pšenice na stres˝, asistentica na Agronomskom fakultetu, Sandra Skendžić, mag. ing. agr. naglasila je važnost biotskih i abiotskih čimbenika stresa u usjevima. Klimatske promjene imaju značajan utjecaj na uzgoj ozime pšenice prvenstveno zbog intenzifikacije različitih parametara okolišnog stresa. One destabiliziraju proizvodnju pšenice djelovanjem abiotskih čimbenika stresa kao što su toplinski valovi, suša, poplava, mraz, slanost tla i nedostatak hranjivih tvari. Osim toga, klimatske promjene poboljšavaju uvjete za razvoj štetnika i bolesti kao biotskih čimbenika stresa. Utjecaj ovih parametara može se smanjiti pravovremenim i prikladnim mjerama poput navodnjavanja, gnojidbe ili primjene pesticida. Međutim, to zahtijeva rano dijagnosticiranje i kvantifikaciju različitih čimbenika stresa u realnom vremenu.

Budući da svaki pojedini biljni stres izaziva specifične fiziološke odgovore u staničnim strukturama i tkivima biljaka, njegova pojava može se pratiti različitim senzorskim metodama, korištenim u kontekstu precizne poljoprivrede. To su primarno tehnologije daljinskog motrenja (eng. Remote sensing). Jedan od ciljeva istraživanja njenog doktorskog istraživanja, rađenog u sklopu projekta, jest utvrđivanje i procjena razine stresa od suše i napada štetnika u usjevima ozime pšenice senzorskim sustavima motrenja. U prezentaciji su prikazani rezultati klasifikacije različitih razina zaraze žitnih balaca (Oulema sp.) korištenjem spektralnih podataka i vegetacijskih indeksa prikupljenih pomoću spektroradiometra, uređaja nabavljenog u sklopu ovog istraživačkog projekta. Navedena istraživanja pridonose daljnjem razvoju sustava daljinskog motrenja usjeva, pružajući poljoprivrednicima brze i precizne informacije za ranu detekciju štetnika u polju, a s time i optimizaciju upotrebe pesticida za održiviju i produktivniju poljoprivrednu proizvodnju.

Izv. prof. dr. sc. Matko Orsag s Fakulteta elektrotehnike i računarstva govorio je o dubinskoj multispektralnoj kameri za 3D snimanje iz blizine te o metodologiji uporabe multispektralnih kamera u prikupljanju podataka o dinamici razvoja ozime pšenice. Multispektralna kamera ima sposobnost snimanja biljaka u različitim dijelovima elektromagnetkog spektra, a informaciju dobivenu snimanjem prevodi na lako tumačene vrijednosti vegetacijskih indeksa, koji govore o stanju biljke. Također je naglasio važnost i smjernice za budućnost korištenja robota u poljoprivredi kao operatera u agrotehničkim zahvatima kao što je berba i orezivanje.

Dr. sc. Hrvoje Novak, vodeći istraživač iz Inovacijskog centra Nikola Tesla, održao je predavanje pod nazivom “Prediktivna poljoprivreda primjenom umjetne inteligencije“. Naglasio je važnost prikupljanja velikog skupa podataka te analize podataka korištenjem algoritama umjetne inteligencije i strojnog učenja. Prikazao je kako podaci dobiveni na ovaj način mogu biti od iznimne koristi u predviđanjima razvoja pšenice, pružajući poljoprivrednicima važne informacije koje mogu poslužiti u procesu odlučivanja i planiranja agrotehničkih zahvata. Dodatno, istaknuo je mogućnosti unapređenja dugoročnih i kratkoročnih vremenskih prognoza primjenom algoritama strojnog učenja. Istaknuo je njihovu ključnu ulogu u sklopu sustava ranog upozorenja za poljoprivrednike, omogućujući im pravovremeno reagiranje na prijetnje poput ekstremnih vremenskih uvjeta kao i pojavu štetnika i/ili bolesti. Ovakav sustav pruža vitalne informacije za donošenje odluka, učinkovito raspoređivanje resursa te optimizaciju proizvodnih procesa, povećavajući ukupnu produktivnost.

Zaključno, sudionici radionice naglasili su značajne uspjehe projekta AgroSPARC u primjeni umjetne inteligencije za precizno predviđanje razvoja pšenice, pružajući perspektive za unaprjeđenje održivosti i produktivnosti u poljoprivrednoj proizvodnji. Kroz implementaciju sofisticiranih senzora, uključujući IoT senzore za praćenje uvjeta tla te multi- i hiperspektralne senzore na dronovima i satelitima, sudionici vjeruju da je moguće smanjiti negativan utjecaj klimatskih promjena na gubitak prinosa. Ovi zaključci ističu ključnu ulogu projekta u modernizaciji poljoprivredne prakse putem naprednih tehnologija i inovativnih pristupa.

Radionici su prisustvovali djelatnici iz Ministarstva gospodarstva i održivog razvoja, Ministarstva poljoprivrede, znanstvenici i djelatnici Fakulteta elektrotehnike i računarstva, Prehrambeno-biotehnološkog te Agronomskog fakulteta Sveučilišta u Zagreb kao i predstavnici značajnih poljoprivrednih subjekata u RH.

Izvor:  https://www.icent.hr/projekti/agrosparc