Original Title: Internet of Things Applications and Artificial Neural Networks in Smart Agriculture
Disclaimer: Summary generated by AI based on the provided document. Please refer to the original paper for full scientific accuracy.

កម្មវិធីអ៊ីនធឺណិតនៃវត្ថុ និងបណ្តាញសរសៃប្រសាទសិប្បនិម្មិតក្នុងកសិកម្មឆ្លាតវៃ

ចំណងជើងដើម៖ Internet of Things Applications and Artificial Neural Networks in Smart Agriculture

អ្នកនិពន្ធ៖ Khurshid Aliev (Politecnico di Torino)

ឆ្នាំបោះពុម្ព៖ 2017, Politecnico di Torino

វិស័យសិក្សា៖ Electronics and Telecommunications Engineering

១. សេចក្តីសង្ខេបប្រតិបត្តិ (Executive Summary)

បញ្ហា (The Problem)៖ ឯកសារនេះដោះស្រាយបញ្ហាអំពីតម្រូវការក្នុងការបង្កើតថ្នាំងសេនស័រឥតខ្សែ (Wireless Sensor Nodes - WSN) ដែលមានតម្លៃទាបនិងសន្សំសំចៃថាមពល ព្រមទាំងការប្រើប្រាស់គំរូទស្សន៍ទាយផ្អែកលើបណ្តាញសរសៃប្រសាទសិប្បនិម្មិត (ANN) ដើម្បីតាមដាននិងព្យាករណ៍ទិន្នន័យបរិស្ថានក្នុងវិស័យកសិកម្មឆ្លាតវៃ (Smart Agriculture)។

វិធីសាស្ត្រ (The Methodology)៖ ការស្រាវជ្រាវនេះពាក់ព័ន្ធនឹងការរចនាផ្នែករឹងនិងផ្នែកទន់សម្រាប់ប្រព័ន្ធថ្នាំងសេនស័ររយៈចម្ងាយខ្លីនិងចម្ងាយឆ្ងាយ ព្រមទាំងការសាងសង់និងវាយតម្លៃលើគំរូបណ្តាញសរសៃប្រសាទសិប្បនិម្មិតមិនលីនេអ៊ែរ (Non-linear neural networks) សម្រាប់ការទស្សន៍ទាយអាកាសធាតុ។

លទ្ធផលសំខាន់ៗ (The Verdict)៖

២. ការវិភាគលើប្រសិទ្ធភាព និងដែនកំណត់ (Performance & Constraints)

វិធីសាស្ត្រ (Method) គុណសម្បត្តិ (Pros) គុណវិបត្តិ (Cons) លទ្ធផលគន្លឹះ (Key Result)
Linear OE Model
គំរូលីនេអ៊ែរ OE (Output Error)
មានភាពសាមញ្ញ និងងាយស្រួលក្នុងការគណនាលទ្ធផលជាមូលដ្ឋាន។ មិនអាចចាប់យកលក្ខណៈស្មុគស្មាញ (Non-linear) នៃទិន្នន័យអាកាសធាតុបានទេ ធ្វើឱ្យមានកំហុសខ្ពស់។ មានកំហុសធំធេងសម្រាប់ទិន្នន័យជាក់ស្តែង និងមិនសាកសមសម្រាប់ការទស្សន៍ទាយ។
NNOE Model
គំរូបណ្តាញសរសៃប្រសាទ NNOE (Nonlinear Output Error)
មានសមត្ថភាពរៀនពីទំនាក់ទំនងមិនលីនេអ៊ែរនៃទិន្នន័យបានកម្រិតមធ្យម។ មិនសូវមានប្រសិទ្ធភាពខ្ពស់ដោយសារខ្វះមុខងារបញ្ចូនសញ្ញាត្រឡប់ (Feedback) ច្រើន។ លទ្ធផលទស្សន៍ទាយមិនទាន់ច្បាស់លាស់គ្រប់គ្រាន់នៅឡើយ (Not satisfactory)។
NNARMAX Model
គំរូបណ្តាញសរសៃប្រសាទ NNARMAX
មានប្រសិទ្ធភាពខ្ពស់ជាង NNOE ដោយសារមានរួមបញ្ចូលប៉ារ៉ាម៉ែត្រកំហុសអតីតកាល (Past errors) ជាសញ្ញាត្រឡប់។ ពិបាកក្នុងការវិភាគទៅលើស្ថិរភាពនៃដំណើរការរបស់គំរូក្នុងលក្ខខណ្ឌខ្លះ។ ដំណើរការបានល្អមធ្យម ប៉ុន្តែលទ្ធផលនៅមានកម្រិតទាបជាងគំរូ NNARX។
NNARX Model
គំរូបណ្តាញសរសៃប្រសាទ NNARX
ដំណើរការល្អបំផុតក្នុងការចាប់យកលំនាំនៃទិន្នន័យអាកាសធាតុស្មុគស្មាញ និងមានប្រសិទ្ធភាពខ្ពស់។ ទាមទារការជ្រើសរើសចន្លោះពេលពន្យារ (Lag terms) ឱ្យបានត្រឹមត្រូវដោយប្រើការគណនាស្ថិតិ។ ល្អបំផុត: ទទួលបានកំហុសអប្បបរមា (MSE: 0.8826 សម្រាប់កម្តៅអតិបរមា និង 0.944 សម្រាប់អប្បបរមា) ក្នុងការទស្សន៍ទាយ១០ថ្ងៃទៅមុខ។

ការចំណាយលើធនធាន (Resource Cost)៖ ការស្រាវជ្រាវនេះទាមទារធនធានផ្នែករឹងនិងផ្នែកទន់ច្រើនប្រភេទ ចាប់តាំងពីការរចនាបន្ទះសៀគ្វី ការសរសេរកូដ រហូតដល់ការបង្ហាត់បណ្តាញសរសៃប្រសាទសិប្បនិម្មិត។

៣. ការពិនិត្យសម្រាប់បរិបទកម្ពុជា/អាស៊ីអាគ្នេយ៍

ភាពលំអៀងនៃទិន្នន័យ (Data Bias)៖

ការសិក្សានិងការសាងសង់ម៉ូដែល ANN ក្នុងឯកសារនេះប្រើប្រាស់ទិន្នន័យអាកាសធាតុពីស្ថានីយ៍ Oak Park នៅបរទេស។ សម្រាប់ប្រទេសកម្ពុជាដែលមានអាកាសធាតុក្តៅនិងសើមខ្លាំង ការប្រើម៉ូដែលនេះផ្ទាល់នឹងធ្វើឱ្យលទ្ធផលលម្អៀងខុសពីការពិត។ ដូច្នេះ ម៉ូដែលចាំបាច់ត្រូវតែយកមកបង្ហាត់ជាថ្មី (Retrain) ជាមួយទិន្នន័យឧតុនិយមក្នុងស្រុកដើម្បីឱ្យមានភាពសុក្រឹតយតភាព។

លទ្ធភាពនៃការអនុវត្ត (Applicability)៖

បច្ចេកវិទ្យា IoT និងការទស្សន៍ទាយតាមរយៈ ANN នេះមានសក្តានុពលខ្ពស់សម្រាប់ការអភិវឌ្ឍវិស័យកសិកម្មឆ្លាតវៃនៅកម្ពុជា។

ការរួមបញ្ចូលគ្នារវាងឧបករណ៍សេនស័រតម្លៃថោក ការភ្ជាប់បណ្តាញឥតខ្សែ និងការវិភាគទិន្នន័យដោយ AI នឹងជួយកសិករកម្ពុជាកាត់បន្ថយហានិភ័យនិងបង្កើនផលិតភាពកសិកម្ម។

៤. ផែនការសកម្មភាពសម្រាប់និស្សិត (Actionable Roadmap)

ដើម្បីអនុវត្តតាមការសិក្សានេះ និស្សិតគួរអនុវត្តតាមជំហានខាងក្រោម៖

  1. សិក្សាមូលដ្ឋានគ្រឹះ IoT និង Microcontrollers: និស្សិតត្រូវចាប់ផ្តើមអនុវត្តការបញ្ជាឧបករណ៍ដោយប្រើប្រាស់ ArduinoSTM32 ព្រមទាំងរៀនទាញយកទិន្នន័យពីសេនស័រធម្មតាៗដូចជា DHT11 តាមរយៈកូដ C/C++។
  2. អនុវត្តការបញ្ជូនទិន្នន័យទៅកាន់ប្រព័ន្ធ Cloud: រៀនភ្ជាប់ម៉ូឌុល WiFi ដូចជា ESP8266 (ESP-12E) ទៅកាន់អ៊ិនធឺណិត និងរុញទិន្នន័យឡើងទៅកាន់ប្លាតហ្វម ThingSpeak ដើម្បីបង្ហាញជាក្រាហ្វិកនិងរក្សាទុកទិន្នន័យប្រវត្តិសាស្រ្ត។
  3. សិក្សាពីការអភិវឌ្ឍកម្មវិធីទូរស័ព្ទដៃសាមញ្ញ (Mobile App): ប្រើប្រាស់កម្មវិធី Android Studio ដើម្បីបង្កើតកម្មវិធីដែលអាចភ្ជាប់ប៊្លូធូស BLE ជាមួយសេនស័រ ដើម្បីទាញយកទិន្នន័យមកបង្ហាញនៅលើអេក្រង់ទូរស័ព្ទដោយផ្ទាល់។
  4. ចាប់ផ្តើមអនុវត្ត Machine Learning សម្រាប់ Time Series: យកទិន្នន័យអាកាសធាតុដែលប្រមូលបាន ទៅបង្ហាត់ក្នុងកម្មវិធី MATLAB ឬប្រើប្រាស់ភាសា Python (ឧទាហរណ៍ TensorFlow) ដើម្បីបង្កើតគំរូទស្សន៍ទាយសីតុណ្ហភាព (NNARX)។
  5. រចនាបន្ទះសៀគ្វីផ្ទាល់ខ្លួន (PCB Design): បន្ទាប់ពីធ្វើតេស្តសៀគ្វីលើ Breadboard បានជោគជ័យ សូមរៀនប្រើកម្មវិធី Altium DesignerKiCad ដើម្បីរចនា PCB ផ្ទាល់ខ្លួនដែលមានទំហំតូច និងស៊ីភ្លើងតិចបំផុត (Low-power consumption)។

៥. វាក្យសព្ទបច្ចេកទេស (Technical Glossary)

ពាក្យបច្ចេកទេស ការពន្យល់ជាខេមរភាសា (Khmer Explanation) និយមន័យសាមញ្ញ (Simple Definition)
Bluetooth Low Energy (BLE) វាជាបច្ចេកវិទ្យាបញ្ជូនទិន្នន័យឥតខ្សែរយៈចម្ងាយខ្លី ដែលត្រូវបានរចនាឡើងពិសេសដើម្បីស៊ីថាមពលថ្មតិចបំផុត។ ក្នុងគម្រោងនេះ វាជួយឱ្យឧបករណ៍សេនស័រអាចដំណើរការរាប់ខែឬរាប់ឆ្នាំដោយប្រើត្រឹមថ្មនាឡិកាប៉ុណ្ណោះ។ ដូចជាការខ្សឹបប្រាប់ព័ត៌មានទៅកាន់អ្នកជិតខាងដោយប្រើកម្លាំងតិចតួចបំផុត ដើម្បីសន្សំសំចៃថាមពល ជាជាងការស្រែកខ្លាំងៗ។
LoRaWAN វាជាប្រព័ន្ធបណ្តាញឥតខ្សែដែលអាចបញ្ជូនទិន្នន័យបានចម្ងាយឆ្ងាយ (រាប់គីឡូម៉ែត្រ) ទៅកាន់ម៉ាស៊ីនមេ ដោយប្រើប្រាស់ថាមពលថ្មតិចតួចបំផុត ដែលស័ក្តិសមបំផុតសម្រាប់ការតភ្ជាប់សេនស័រនៅពាសពេញកសិដ្ឋានធំៗដែលគ្មានសេវាអ៊ិនធឺណិត។ ដូចជាការប្រើប្រាស់វិទ្យុទាក់ទង (Walkie-Talkie) ដែលអាចបញ្ជូនសម្លេងឆ្លងកាត់ចម្ការធំៗបានយ៉ាងឆ្ងាយ ដោយមិនបាច់ពឹងផ្អែកលើសេវាទូរស័ព្ទ។
Multilayer Perceptron (MLP) វាជាទម្រង់មូលដ្ឋាននៃបណ្តាញសរសៃប្រសាទសិប្បនិម្មិត (AI) ដែលមានស្រទាប់តភ្ជាប់គ្នាជាច្រើន (ស្រទាប់បញ្ចូលទិន្នន័យ ស្រទាប់លាក់ និងស្រទាប់បញ្ចេញលទ្ធផល) សម្រាប់រៀនសូត្រពីលំនាំទិន្នន័យដើម្បីដោះស្រាយបញ្ហាឬការទស្សន៍ទាយដ៏ស្មុគស្មាញ។ ដូចជាក្រុមការងារមួយដែលមានអ្នកប្រមូលព័ត៌មាន (ស្រទាប់បញ្ចូល) អ្នកវិភាគព័ត៌មានច្រើនតំណាក់កាល (ស្រទាប់លាក់) និងអ្នកសន្និដ្ឋានលទ្ធផលចុងក្រោយ (ស្រទាប់បញ្ចេញ)។
NNARX វាជាម៉ូដែល AI មួយប្រភេទដែលប្រើសម្រាប់ទស្សន៍ទាយតម្លៃនៅពេលអនាគត (ឧទាហរណ៍៖ សីតុណ្ហភាពថ្ងៃស្អែក) ដោយវាធ្វើការវិភាគផ្អែកលើទិន្នន័យអតីតកាលរបស់វាផ្ទាល់ រួមបញ្ចូលទាំងកត្តាខាងក្រៅផ្សេងទៀត (ដូចជាបរិមាណទឹកភ្លៀង) ដែលមានឥទ្ធិពលមកលើវា។ ដូចជាការព្យាករណ៍ថាថ្ងៃស្អែកអ្នកនឹងចំណាយលុយប៉ុន្មាន ដោយផ្អែកលើប្រវត្តិចាយវាយពីម្សិលមិញរួមផ្សំជាមួយការដឹងថាថ្ងៃស្អែកជាថ្ងៃបុណ្យ (កត្តាខាងក្រៅ)។
Printed Circuit Board (PCB) វាជាបន្ទះប្លាស្ទិកដែលមានបោះពុម្ពសរសៃទង់ដែងតូចៗសម្រាប់ផ្សារភ្ជាប់គ្រឿងបន្លាស់អេឡិចត្រូនិកផ្សេងៗ (ដូចជាឈីប សេនស័រ និងអង់តែន) ចូលគ្នាឱ្យពួកវាអាចបញ្ជូនចរន្តអគ្គិសនីនិងទិន្នន័យទៅវិញទៅមកដើម្បីដំណើរការជាប្រព័ន្ធតែមួយ។ ដូចជាបណ្តាញផ្លូវថ្នល់នៅក្នុងទីក្រុង ដែលតភ្ជាប់ពីផ្ទះមួយទៅផ្ទះមួយ ដើម្បីឱ្យចរាចរណ៍និងការទំនាក់ទំនងអាចរត់ឆ្លងកាត់គ្នាបានយ៉ាងរលូន។
Time Series Forecasting វាជាវិធីសាស្ត្រនៃការប្រើប្រាស់ទិន្នន័យដែលបានកត់ត្រាតាមលំដាប់លំដោយពេលវេលាជាបន្តបន្ទាប់ (ឧទាហរណ៍ កំណត់ត្រាកម្តៅជារៀងរាល់ថ្ងៃ) មកបង្កើតជាម៉ូដែលដើម្បីទស្សន៍ទាយពីនិន្នាការនៃទិន្នន័យនោះនៅពេលខាងមុខ។ ដូចជាការសង្កេតមើលទម្លាប់មេឃងងឹតពពកខ្មៅជារៀងរាល់ល្ងាចក្នុងខែវស្សា ដើម្បីទាយថាថ្ងៃស្អែកប្រហែលជានឹងមានភ្លៀងធ្លាក់ទៀត។
Gateway វាជាឧបករណ៍កណ្តាលដែលមានតួនាទីប្រមូលផ្តុំទិន្នន័យពីសេនស័រតូចៗជាច្រើននៅក្នុងតំបន់ណាមួយតាមប្រព័ន្ធឥតខ្សែ រួចធ្វើការបំប្លែងភាសាទំនាក់ទំនងនិងបញ្ជូនទិន្នន័យទាំងនោះបន្តទៅកាន់ប្រព័ន្ធម៉ាស៊ីនមេ (Cloud) លើអ៊ិនធឺណិត។ ដូចជាអ្នកប្រមូលសំបុត្រពីផ្ទះនីមួយៗក្នុងភូមិ រួចយកទៅដាក់ចូលក្នុងឡានតំបង់សំបុត្រធំដើម្បីដឹកបញ្ជូនបន្តទៅកាន់គោលដៅផ្សេងៗលើពិភពលោក។

៦. ប្រធានបទពាក់ព័ន្ធ (Further Reading)

អត្ថបទដែលបានបោះពុម្ពនៅលើ KhmerResearch ដែលទាក់ទងនឹងប្រធានបទនេះ៖

ប្រធានបទ និងសំណួរស្រាវជ្រាវដែលទាក់ទងនឹងឯកសារនេះ ដែលអ្នកអាចស្វែងរកបន្ថែម៖