Original Title: Development of Nitrate Content Prediction Technique of Aloe Vera Leaves using Nondestructive Technique by Near Infrared Spectroscopy
Source: doi.org/10.14456/thaidoa-agres.2024.13
Disclaimer: Summary generated by AI based on the provided document. Please refer to the original paper for full scientific accuracy.

ការអភិវឌ្ឍបច្ចេកទេសទស្សន៍ទាយបរិមាណនីត្រាតក្នុងស្លឹកប្រទាលកន្ទុយក្រពើដោយប្រើប្រាស់បច្ចេកទេសមិនបំផ្លាញគំរូតាមរយៈ Near Infrared Spectroscopy

ចំណងជើងដើម៖ Development of Nitrate Content Prediction Technique of Aloe Vera Leaves using Nondestructive Technique by Near Infrared Spectroscopy

អ្នកនិពន្ធ៖ Suwit Bootsen (Kasetsart University), Anupun Terdwongworakul (Kasetsart University), Arthit Phuangsombut (Kasetsart University), Kaewkarn Phuangsombut (Kasetsart University)

ឆ្នាំបោះពុម្ព៖ 2024, Thai Agricultural Research Journal

វិស័យសិក្សា៖ Agricultural Engineering

១. សេចក្តីសង្ខេបប្រតិបត្តិ (Executive Summary)

បញ្ហា (The Problem)៖ គុណភាពនៃស្លឹកប្រទាលកន្ទុយក្រពើ (Aloe vera) អាស្រ័យលើបរិមាណនីត្រាតទាប ដែលទាមទារនូវវិធីសាស្ត្រត្រួតពិនិត្យរហ័ស និងមិនបំផ្លាញគំរូមុនពេលកែច្នៃ ដើម្បីជៀសវាងការខូចខាតនិងចំណាយខ្ពស់។

វិធីសាស្ត្រ (The Methodology)៖ ការសិក្សានេះបានបង្កើតម៉ូដែលទស្សន៍ទាយដោយប្រើប្រាស់វិធីសាស្ត្រ Partial Least Squares Regression (PLSR) ផ្អែកលើទិន្នន័យវិសាលគម (Spectral data) ពីទីតាំងផ្សេងៗនៃស្លឹកចំនួន ៨០ គំរូ។

លទ្ធផលសំខាន់ៗ (The Verdict)៖

២. ការវិភាគលើប្រសិទ្ធភាព និងដែនកំណត់ (Performance & Constraints)

វិធីសាស្ត្រ (Method) គុណសម្បត្តិ (Pros) គុណវិបត្តិ (Cons) លទ្ធផលគន្លឹះ (Key Result)
Traditional Destructive Method (Nitrate Ion Meter)
វិធីសាស្ត្រប្រពៃណីដោយបំផ្លាញគំរូ (ឧបករណ៍វាស់អ៊ីយ៉ុងនីត្រាត)
ផ្តល់ទិន្នន័យជាក់លាក់ និងត្រូវបានទទួលស្គាល់ជាស្តង់ដាររង្វាស់គោលដោយផ្ទាល់។ ទាមទារការបំផ្លាញគំរូស្លឹកប្រទាលកន្ទុយក្រពើ ចំណាយពេលយូរ មានតម្លៃថ្លៃនៅពេលអនុវត្តច្រើន និងប្រើប្រាស់សារធាតុគីមី។ ផ្តល់ទិន្នន័យយោង (Reference data) ពី ៦ ដល់ ៩៩០០ មីក្រូក្រាម/ក្រាម សម្រាប់ផ្ទៀងផ្ទាត់ជាមួយម៉ូដែលទស្សន៍ទាយ។
Proposed NIRS with PLSR (Middle Position + SMT+2D Pretreatment)
បច្ចេកទេសសាកល្បង NIRS រួមជាមួយការវិភាគ PLSR (ទីតាំងកណ្តាលស្លឹក និងការកែសម្រួល SMT+2D)
វាស់ស្ទង់បានរហ័ស មិនបំផ្លាញគំរូ មិនប្រើប្រាស់សារធាតុគីមី និងអាចទស្សន៍ទាយបរិមាណនីត្រាតបានយ៉ាងសុក្រឹត។ ទាមទារការពឹងផ្អែកលើបច្ចេកទេសកែសម្រួលទិន្នន័យ (Pretreatment) ស្មុគស្មាញ និងទាមទារការកសាងម៉ូដែលដំបូងប្រកបដោយភាពច្បាស់លាស់។ ទទួលបានភាពត្រឹមត្រូវខ្ពស់បំផុតសម្រាប់ការទស្សន៍ទាយ ដោយមានមេគុណទំនាក់ទំនង (R) ០.៩៨ និងកំហុសឆ្គង (RMSEP) ៣.៥០ ppm។
Unpretreated NIRS Model (Raw Data)
ម៉ូដែលទស្សន៍ទាយ NIRS ដោយប្រើទិន្នន័យដើម (មិនមានការកែសម្រួល)
ដំណើរការលឿន ដោយមិនទាមទារការគណនាស្មុគស្មាញតាមរយៈក្បួនគណិតវិទ្យាដើម្បីកែសម្រួលទិន្នន័យវិសាលគម (Spectra)។ រងឥទ្ធិពលពីរលកសញ្ញារំខាន (Noise) និងកត្តារូបវន្តរបស់សំបក ដែលធ្វើឱ្យសមត្ថភាពនៃការទស្សន៍ទាយមានកម្រិតទាបមិនអាចយកជាការបាន។ ផ្តល់លទ្ធផលមេគុណទំនាក់ទំនង (R) ទាបត្រឹម ០.៧៥ និងកំហុសឆ្គង (RMSEP) ខ្ពស់រហូតដល់ ១៤.១០ ppm។

ការចំណាយលើធនធាន (Resource Cost)៖ ការអនុវត្តបច្ចេកទេសនេះទាមទារឱ្យមានការវិនិយោគដំបូងទៅលើឧបករណ៍ស្កេន កម្មវិធីវិភាគទិន្នន័យ និងអ្នកជំនាញផ្នែកទិន្នន័យគីមី។

៣. ការពិនិត្យសម្រាប់បរិបទកម្ពុជា/អាស៊ីអាគ្នេយ៍

ភាពលំអៀងនៃទិន្នន័យ (Data Bias)៖

ការសិក្សានេះត្រូវបានធ្វើឡើងដោយប្រើប្រាស់គំរូស្លឹកប្រទាលកន្ទុយក្រពើពីខេត្តកញ្ចនបុរី ប្រទេសថៃ ដែលមានលក្ខខណ្ឌដី និងអាកាសធាតុជាក់លាក់។ ដោយសារកម្រិតនីត្រាតក្នុងរុក្ខជាតិអាស្រ័យខ្លាំងលើប្រភេទដី ការប្រើប្រាស់ជី និងអាកាសធាតុ ម៉ូដែលនេះចាំបាច់ត្រូវតែធ្វើការកែតម្រូវឡើងវិញ (Recalibration) ដោយប្រើប្រាស់គំរូដាំដុះនៅក្នុងប្រទេសកម្ពុជាដើម្បីធានាបាននូវភាពសុក្រឹតខ្ពស់នៅពេលយកមកអនុវត្តជាក់ស្តែង។

លទ្ធភាពនៃការអនុវត្ត (Applicability)៖

បច្ចេកទេសនេះមានសក្តានុពលខ្ពស់ និងអាចយកមកអនុវត្តយ៉ាងមានប្រសិទ្ធភាពនៅក្នុងវិស័យកសិ-ឧស្សាហកម្មរបស់ប្រទេសកម្ពុជា។

ជារួម ការផ្លាស់ប្តូរមកប្រើប្រាស់បច្ចេកទេស NIRS នឹងជួយកាត់បន្ថយការខាតបង់វត្ថុធាតុដើម ចំណេញពេលវេលា និងលើកកម្ពស់ស្តង់ដារគុណភាពផលិតផលកសិកម្មកម្ពុជាសម្រាប់ការប្រកួតប្រជែងលើទីផ្សារនាំចេញ។

៤. ផែនការសកម្មភាពសម្រាប់និស្សិត (Actionable Roadmap)

ដើម្បីអនុវត្តតាមការសិក្សានេះ និស្សិតគួរអនុវត្តតាមជំហានខាងក្រោម៖

  1. ជំហានទី១៖ សិក្សាមូលដ្ឋានគ្រឹះពីបច្ចេកវិទ្យា NIRS និង Chemometrics: និស្សិតគួរចាប់ផ្តើមសិក្សាពីទ្រឹស្តីនៃការស្រូបពន្លឺ (Absorption) និងចំណាំងផ្លាត (Reflectance) ព្រមទាំងវិធីសាស្ត្រវិភាគទិន្នន័យស្ថិតិពហុអថេរ។ អាចប្រើប្រាស់ Python រួមជាមួយបណ្ណាល័យ scikit-learn (PLSRegression) ដើម្បីអនុវត្តការសរសេរកូដម៉ូដែល។
  2. ជំហានទី២៖ ការប្រមូលទិន្នន័យគំរូក្នុងស្រុក: ចុះប្រមូលគំរូស្លឹកប្រទាលកន្ទុយក្រពើពីកសិដ្ឋានផ្សេងៗគ្នាក្នុងប្រទេសកម្ពុជា (មានអាយុកាល និងប្រភពដីខុសគ្នា) ដើម្បីធានាថាទិន្នន័យមានភាពចម្រុះ (Data variance) សមស្របសម្រាប់ការបង្វឹកម៉ូដែលកុំព្យូទ័រ។
  3. ជំហានទី៣៖ អនុវត្តការវាស់ស្ទង់ជាក់ស្តែង និងកត់ត្រាទិន្នន័យ: ប្រើប្រាស់ឧបករណ៍ Portable NIRS (ឧ. DLP NIR scan Nano) ស្កេនផ្ទៃស្លឹកនៅទីតាំងកណ្តាល។ បន្ទាប់មក ប្រើប្រាស់ឧបករណ៍វាស់ស្តង់ដារដូចជា Nitrate Ion Meter (LAQUAtwin) ដើម្បីវាស់បរិមាណនីត្រាតពិតប្រាកដសម្រាប់យកមកធ្វើជាទិន្នន័យយោង។
  4. ជំហានទី៤៖ ការកែសម្រួលទិន្នន័យ (Preprocessing) និងសាងសង់ម៉ូដែល: ប្រើប្រាស់កម្មវិធីកុំព្យូទ័រដើម្បីកាត់បន្ថយរលកសញ្ញារំខានក្នុងទិន្នន័យវិសាលគម ដោយសាកល្បងប្រើវិធី Savitzky-Golay smoothing និង Second derivative បន្ទាប់មកកសាងសមីការទស្សន៍ទាយតាមរយៈវិធីសាស្ត្រ Partial Least Squares Regression (PLSR)
  5. ជំហានទី៥៖ សាកល្បងភាពត្រឹមត្រូវ និងដាក់ពង្រាយចូលក្នុងការអនុវត្ត: យកម៉ូដែលដែលបានបង្វឹករួច ទៅធ្វើតេស្តជាមួយទិន្នន័យថ្មី (Prediction set)។ ប្រសិនបើទទួលបានកំហុសឆ្គង (RMSEP) ទាប និស្សិតអាចសហការជាមួយក្រុមហ៊ុន ឬសហគ្រាសក្នុងស្រុក ដើម្បីដាក់ពង្រាយប្រព័ន្ធនេះជាឧបករណ៍ត្រួតពិនិត្យគុណភាពវត្ថុធាតុដើមប្រចាំថ្ងៃ។

៥. វាក្យសព្ទបច្ចេកទេស (Technical Glossary)

ពាក្យបច្ចេកទេស ការពន្យល់ជាខេមរភាសា (Khmer Explanation) និយមន័យសាមញ្ញ (Simple Definition)
Near Infrared Spectroscopy (NIRS) (វិសាលគមអ៊ីនហ្វ្រារ៉េដក្បែរ) ជាបច្ចេកទេសប្រើប្រាស់រលកពន្លឺអ៊ីនហ្វ្រារ៉េដក្បែរដើម្បីបញ្ចាំងចូលទៅក្នុងវត្ថុ ហើយវាស់ការស្រូបពន្លឺនិងចំណាំងផ្លាត ដើម្បីកំណត់សមាសធាតុគីមីខាងក្នុងដោយមិនធ្វើឱ្យខូចខាត ឬប៉ះពាល់ដល់ទម្រង់ដើមនៃវត្ថុនោះឡើយ។ ដូចជាការប្រើពិលបញ្ចាំងកាត់ស្បែកដើម្បីមើលសរសៃឈាមខាងក្នុងដោយមិនបាច់វះកាត់។
Partial least squares regression (PLSR) (វិធីសាស្ត្រតំរែតំរង់ PLSR) ជាវិធីសាស្ត្រស្ថិតិម៉្យាង (Chemometrics) ដែលប្រើសម្រាប់បង្កើតម៉ូដែលគណិតវិទ្យា ដើម្បីស្វែងរកទំនាក់ទំនងរវាងទិន្នន័យរលកពន្លឺ (Spectra) ដែលមានអថេរច្រើន ជាមួយនឹងបរិមាណសារធាតុដែលចង់រក (ដូចជានីត្រាតនៅក្នុងស្លឹកប្រទាល)។ ដូចជាការស្វែងរកលំនាំរួមមួយពីរូបភាពរាប់ពាន់សន្លឹក ដើម្បីផ្តល់លទ្ធភាពឱ្យកុំព្យូទ័រអាចទាយថាវត្ថុមួយជាអ្វីឱ្យបានត្រឹមត្រូវ។
Savitzky-Golay smoothing (ការកែសម្រួលទិន្នន័យដោយប្រើក្បួន Savitzky-Golay) ជាក្បួនគណិតវិទ្យាសម្រាប់កាត់បន្ថយរលកសញ្ញារំខាន (Noise) នៅក្នុងទិន្នន័យវិសាលគម ដើម្បីឱ្យខ្សែក្រាហ្វកាន់តែរលោង និងងាយស្រួលអានទីតាំងចំណុចកំពូល (Peak) របស់ពន្លឺដែលតំណាងឱ្យសារធាតុគីមីនីមួយៗ។ ដូចជាការប្រើកម្មវិធីកាត់បន្ថយសំឡេងខ្យល់រំខានចេញពីខ្សែវីដេអូ ដើម្បីឱ្យឮសំឡេងមនុស្សនិយាយកាន់តែច្បាស់។
Second derivative (ដេរីវេទី២ នៃវិសាលគម) ក្នុងការវិភាគទិន្នន័យ NIRS ដេរីវេទី២ ត្រូវប្រើដើម្បីបំបែករលកពន្លឺដែលជាន់គ្នាឱ្យដាច់ពីគ្នា និងធ្វើឱ្យទីតាំងចំណុចកំពូល (Peak) នៃសារធាតុគីមីនីមួយៗកាន់តែលេចធ្លោច្បាស់ចេញពីទិន្នន័យរំខាន។ ដូចជាការប្រើកែវពង្រីកដែលផ្តោតតែទៅលើចំណុចផ្លាស់ប្តូរពណ៌នៃរូបភាព ដើម្បីឱ្យឃើញវណ្ឌវង្ក ឬគែមនៃរូបភាពនោះកាន់តែច្បាស់។
Root mean squared error of prediction (RMSEP) (កំហុសឆ្គងជាមធ្យមនៃការទស្សន៍ទាយ) ជារង្វាស់ស្ថិតិដែលបង្ហាញពីកម្រិតលំអៀង ឬភាពខុសគ្នារវាងតម្លៃដែលម៉ូដែលកុំព្យូទ័រទាយបាន ធៀបនឹងតម្លៃពិតប្រាកដដែលវាស់ដោយឧបករណ៍ស្តង់ដារ។ តម្លៃ RMSEP កាន់តែតូច បង្ហាញថាម៉ូដែរកាន់តែមានភាពត្រឹមត្រូវខ្ពស់។ ដូចជាការបាញ់ព្រួញទៅកាន់ផ្ទាំងស៊ីប បើព្រួញទាំងអស់នៅប្រមូលផ្តុំគ្នាកៀកនឹងចំណុចកណ្តាល នោះកំហុសឆ្គងមានកម្រិតទាបបំផុត។
Reflectance mode (របៀបវាស់ចំណាំងផ្លាតពន្លឺ) ជារបៀបដែលឧបករណ៍ស្កេន NIRS បញ្ចេញពន្លឺទៅប៉ះផ្ទៃវត្ថុ ហើយចាប់យកពន្លឺដែលចំណាំងផ្លាតត្រលប់មកវិញ ដើម្បីវិភាគបរិមាណពន្លឺដែលត្រូវបានស្រូបយកដោយសមាសធាតុគីមីខាងក្នុងនៃវត្ថុនោះ។ ដូចជាការមើលឃើញពណ៌របស់វត្ថុមួយ ដោយសារវត្ថុនោះជះពន្លឺពណ៌នោះចូលមកក្នុងភ្នែកយើង បន្ទាប់ពីវាបានស្រូបយកពន្លឺពណ៌ផ្សេងៗទៀតអស់។
Overtone (រលកបន្ទរទីមួយ / អូវើថូន) នៅក្នុងវិសាលគមវិទ្យា Overtone សំដៅលើការស្រូបពន្លឺនៅរលកប្រវែងខ្លីជាងរលកស្រូបអតិបរមាដើម (Fundamental) ដែលកើតឡើងដោយសាររំញ័រនៃចំណងគីមី (ដូចជា O-H ក្នុងទឹក ឬ C-H ក្នុងរុក្ខជាតិ) នៅក្នុងតំបន់ក្បែរអ៊ីនហ្វ្រារ៉េដ។ ដូចជាការដេញខ្សែហ្គីតា ដែលបង្កើតមិនត្រឹមតែសំឡេងដើមនោះទេ ថែមទាំងបង្កើតសំឡេងបន្ទរស្រាលៗ (Harmonics) ជាច្រើនដំណាក់ទៀតផងដែរ។

៦. ប្រធានបទពាក់ព័ន្ធ (Further Reading)

អត្ថបទដែលបានបោះពុម្ពនៅលើ KhmerResearch ដែលទាក់ទងនឹងប្រធានបទនេះ៖

ប្រធានបទ និងសំណួរស្រាវជ្រាវដែលទាក់ទងនឹងឯកសារនេះ ដែលអ្នកអាចស្វែងរកបន្ថែម៖