Original Title: Audio Beehive Monitoring Based on IoT-AI Techniques: A Survey and Perspective
Source: doi.org/10.31817/vjas.2020.3.1.06
Disclaimer: Summary generated by AI based on the provided document. Please refer to the original paper for full scientific accuracy.

ការត្រួតពិនិត្យសំបុកឃ្មុំតាមរយៈសំឡេងផ្អែកលើបច្ចេកវិទ្យា IoT-AI៖ ការស្ទង់មតិ និងទស្សនវិស័យ

ចំណងជើងដើម៖ Audio Beehive Monitoring Based on IoT-AI Techniques: A Survey and Perspective

អ្នកនិពន្ធ៖ Nguyen Huu Du (Vietnam National University of Agriculture), Nguyen Doan Dong, Vu Thi Luu, Nguyen Van Hoang, Pham Hong Thai, Phan Thanh Ngoc, Nguyen Viet Long, Phan Thi Thu Hong

ឆ្នាំបោះពុម្ព៖ 2020, Vietnam Journal of Agricultural Sciences

វិស័យសិក្សា៖ Agricultural Technology / Artificial Intelligence

១. សេចក្តីសង្ខេបប្រតិបត្តិ (Executive Summary)

បញ្ហា (The Problem)៖ ការថយចុះនៃចំនួនសត្វឃ្មុំ (Apis mellifera) ទាមទារឱ្យមានការត្រួតពិនិត្យជាប្រចាំ ដើម្បីទប់ស្កាត់ជំងឺ និងបញ្ហាផ្សេងៗ ប៉ុន្តែវិធីសាស្ត្រត្រួតពិនិត្យដោយដៃតាមបែបប្រពៃណីចំណាយពេលច្រើន និងបង្កការរំខាន ឬភាពតានតឹងដល់សត្វឃ្មុំ។

វិធីសាស្ត្រ (The Methodology)៖ ការសិក្សានេះប្រើប្រាស់វិធីសាស្ត្រវិភាគមាតិកា (Content Analysis) ដើម្បីពិនិត្យមើលឡើងវិញនូវប្រព័ន្ធត្រួតពិនិត្យសំបុកឃ្មុំតាមរយៈសំឡេង ដែលពឹងផ្អែកលើបច្ចេកវិទ្យា IoT និងបញ្ញាសិប្បនិម្មិត (AI)។

លទ្ធផលសំខាន់ៗ (The Verdict)៖

២. ការវិភាគលើប្រសិទ្ធភាព និងដែនកំណត់ (Performance & Constraints)

វិធីសាស្ត្រ (Method) គុណសម្បត្តិ (Pros) គុណវិបត្តិ (Cons) លទ្ធផលគន្លឹះ (Key Result)
Support Vector Machine (SVM)
ម៉ាស៊ីនវ៉ិចទ័រគាំទ្រ (SVM) សម្រាប់ការវិភាគសំឡេង
ផ្តល់ភាពត្រឹមត្រូវខ្ពស់ក្នុងការធ្វើចំណាត់ថ្នាក់ មានការបំពានទិន្នន័យ (Overfitting) តិចជាង CNN និងស៊ីពេលវេលាគណនាតិច។ ត្រូវការការទាញយកលក្ខណៈពិសេស (Feature extraction) ច្បាស់លាស់ជាមុន ដូចជា MFCCs ឬ Spectrograms។ ទទួលបានប្រសិទ្ធភាពខ្ពស់ក្នុងការរកឃើញសំបុកដែលបាត់មេឃ្មុំ ការបែកសំបុក និងផ្តល់ភាពត្រឹមត្រូវល្អនៅពេលប្រើជាមួយ LDA សម្រាប់រកមើលមេរោគ Varroa។
Convolutional Neural Network (CNN)
បណ្តាញសរសៃប្រសាទកម្រិតជ្រៅ (CNN)
អាចរៀន និងវិភាគពីទិន្នន័យសំឡេងឆៅ ឬរូបភាព Spectrogram ដោយផ្ទាល់ (ឧទាហរណ៍ម៉ូដែល RawConvNet)។ ងាយរងគ្រោះដោយបញ្ហា Overfitting និងត្រូវការសំណុំទិន្នន័យហ្វឹកហាត់ក្នុងទំហំធំ។ សម្រេចបានលទ្ធផលល្អប្រសើរសម្រាប់ការធ្វើចំណាត់ថ្នាក់ក្នុងសេណារីយ៉ូដែលពឹងផ្អែកលើសំបុកជាក់លាក់ ប៉ុន្តែចាញ់ SVM ក្នុងការធ្វើទូទៅកម្ម (Generalization)។
Random Forest (RF) & K-Nearest Neighbor (KNN)
ក្បួនដោះស្រាយ Random Forest និង KNN
មានប្រសិទ្ធភាពខ្ពស់ក្នុងការធ្វើចំណាត់ថ្នាក់ប្រភេទសំឡេងផ្សេងៗគ្នា និងពេលវេលានៃសកម្មភាពក្នុងមួយថ្ងៃ។ មិនសូវមានប្រសិទ្ធភាពខ្ពស់ដូច Deep Learning ទេនៅពេលប្រឈមនឹងទិន្នន័យសំឡេងបរិស្ថានដែលស្មុគស្មាញខ្លាំង។ Random Forest ផ្តល់ភាពត្រឹមត្រូវខ្ពស់បំផុតក្នុងការបែងចែកសំឡេងសត្វឃ្មុំ សត្វចង្រិត និងសំឡេងរំខានពីបរិស្ថាន។

ការចំណាយលើធនធាន (Resource Cost)៖ ការរៀបចំប្រព័ន្ធត្រួតពិនិត្យសំបុកឃ្មុំទាមទារការបំពាក់ឧបករណ៍ផ្នែករឹង IoT សេនស័រ និងហេដ្ឋារចនាសម្ព័ន្ធកុំព្យូទ័រ ដែលអាចជ្រើសរើសបានរវាងការចំណាយទាប (ដំណើរការទិន្នន័យលើ Cloud) ឬការចំណាយខ្ពស់ (ដំណើរការ AI នៅនឹងកន្លែង)។

៣. ការពិនិត្យសម្រាប់បរិបទកម្ពុជា/អាស៊ីអាគ្នេយ៍

ភាពលំអៀងនៃទិន្នន័យ (Data Bias)៖

ការសិក្សានេះគឺជាការស្ទង់មតិដែលទាញយកទិន្នន័យពីគម្រោងស្រាវជ្រាវនានាជុំវិញពិភពលោក ប៉ុន្តែអ្នកនិពន្ធបានយកចិត្តទុកដាក់ជាពិសេសលើការអនុវត្តន៍នៅក្នុងប្រទេសវៀតណាម។ ដោយហេតុថាវៀតណាមមានអាកាសធាតុក្តៅសើមដូចគ្នានឹងកម្ពុជា ការជ្រើសរើសប្រើប្រាស់ឧបករណ៍ចាប់សំឡេង (ជំនួសឱ្យកាមេរ៉ាដែលងាយខូចដោយសារចំហាយទឹក) គឺមានភាពសមស្រប និងអាចឆ្លើយតបទៅនឹងបញ្ហាប្រឈមក្នុងតំបន់អាស៊ីអាគ្នេយ៍បានយ៉ាងល្អ។

លទ្ធភាពនៃការអនុវត្ត (Applicability)៖

បច្ចេកវិទ្យាត្រួតពិនិត្យសំឡេងឃ្មុំតាមរយៈប្រព័ន្ធ IoT និង AI នេះ មានសក្តានុពលខ្ពស់ក្នុងការជួយប្រែក្លាយវិស័យចិញ្ចឹមឃ្មុំនៅកម្ពុជាពីបែបប្រពៃណី ទៅជាកសិកម្មបែបទំនើបនិងវៃឆ្លាត។

ការផ្លាស់ប្តូរពីការត្រួតពិនិត្យដោយដៃមកប្រើប្រាស់ប្រព័ន្ធ IoT-AI ជាជម្រើសដ៏ឆ្លាតវៃដែលអាចជួយលើកកម្ពស់គុណភាព ផលិតភាពទឹកឃ្មុំ និងជំរុញសេដ្ឋកិច្ចកសិកម្មនៅកម្ពុជាប្រកបដោយនិរន្តរភាព។

៤. ផែនការសកម្មភាពសម្រាប់និស្សិត (Actionable Roadmap)

ដើម្បីអនុវត្តតាមការសិក្សានេះ និស្សិតគួរអនុវត្តតាមជំហានខាងក្រោម៖

  1. ១. សិក្សាពីការតំឡើងឧបករណ៍ IoT កត់ត្រាសំឡេង: ចាប់ផ្តើមដោយការរៀបចំប្រព័ន្ធ IoT ខ្នាតតូច ដោយប្រើប្រាស់បន្ទះ Raspberry Pi ភ្ជាប់ជាមួយ Microphone និងប្រភពថាមពលពន្លឺព្រះអាទិត្យ ដើម្បីថតសំឡេងពីសំបុកឃ្មុំក្នុងបរិស្ថានកសិដ្ឋានជាក់ស្តែង។
  2. ២. អនុវត្តបច្ចេកទេសទាញយកលក្ខណៈសំឡេង (Feature Extraction): ប្រើប្រាស់ភាសា Python និងបណ្ណាល័យវិភាគសំឡេងដូចជា Librosa ដើម្បីបំប្លែងសំឡេងឆៅទៅជាទិន្នន័យដែលអាចវិភាគបាន តាមរយៈវិធីសាស្ត្រ MFCCs (Mel-frequency cepstral coefficients) និង Mel Spectrograms
  3. ៣. បង្ហាត់ម៉ូដែល Machine Learning: សាកល្បងហ្វឹកហាត់ម៉ូដែល Support Vector Machine (SVM)Random Forest ដោយប្រើទិន្នន័យពីប្រភពបើកចំហរ (Open Source) ដូចជាទិន្នន័យពីគម្រោង OSBeehives ដើម្បីបែងចែកសំឡេងឃ្មុំ និងសំឡេងរំខានបរិស្ថាន។
  4. ៤. ការសាកល្បងដាក់ពង្រាយនៅកម្ពុជា: សហការជាមួយសហគមន៍កសិករចិញ្ចឹមឃ្មុំ (ឧ. នៅខេត្តកំពង់ឆ្នាំង ឬពោធិ៍សាត់) ដើម្បីដាក់ពង្រាយប្រព័ន្ធគំរូ (Prototype) ប្រមូលទិន្នន័យក្នុងស្រុក និងកែសម្រួលម៉ូដែល AI Model ឱ្យកាន់តែមានភាពជាក់លាក់ និងស្របតាមបរិបទកម្ពុជា។

៥. វាក្យសព្ទបច្ចេកទេស (Technical Glossary)

ពាក្យបច្ចេកទេស ការពន្យល់ជាខេមរភាសា (Khmer Explanation) និយមន័យសាមញ្ញ (Simple Definition)
Internet of Things / IoT (បណ្តាញឧបករណ៍ភ្ជាប់អ៊ីនធឺណិត) ជាប្រព័ន្ធនៃឧបករណ៍រូបវន្ត (ដូចជាសេនស័រវាស់កម្ដៅ សំណើម ឬម៉ៃក្រូហ្វូនក្នុងសំបុកឃ្មុំ) ដែលត្រូវបានតភ្ជាប់គ្នា និងមានសមត្ថភាពប្រមូលទិន្នន័យ រួចបញ្ជូនទៅកាន់ប្រព័ន្ធកុំព្យូទ័រ (Cloud) តាមរយៈអ៊ីនធឺណិតដោយស្វ័យប្រវត្តិសម្រាប់ការវិភាគ។ ដូចជាការបំពាក់កាមេរ៉ាសុវត្ថិភាពឆ្លាតវៃនៅផ្ទះ ដែលអាចឱ្យយើងដឹងពីសកម្មភាពក្នុងផ្ទះតាមរយៈទូរសព្ទដៃទោះបីជាយើងនៅឆ្ងាយរាប់រយគីឡូម៉ែត្រក៏ដោយ។
Mel-frequency cepstral coefficients / MFCCs (មេគុណ Mel-frequency cepstral) វាគឺជាបច្ចេកទេសទាញយកលក្ខណៈពិសេស (Feature Extraction) ពីទិន្នន័យសំឡេងឆៅ ដោយបំប្លែងរលកសំឡេងទៅជាទម្រង់លេខ ដែលក្បួនដោះស្រាយបញ្ញាសិប្បនិម្មិត (AI) អាចងាយស្រួលយល់ និងរៀនដើម្បីធ្វើចំណាត់ថ្នាក់ប្រភេទសំឡេងផ្សេងៗគ្នា។ ដូចជាការបំប្លែងសំឡេងនិយាយរបស់យើងទៅជាលេខកូដសម្ងាត់ ដើម្បីឱ្យកុំព្យូទ័រអាចចំណាំបានយ៉ាងច្បាស់ថាតើវាជាសំឡេងមនុស្ស សំឡេងសត្វឃ្មុំ ឬសំឡេងខ្យល់បក់។
Support Vector Machine / SVM (ម៉ាស៊ីនវ៉ិចទ័រគាំទ្រ) គឺជាក្បួនដោះស្រាយ Machine Learning ប្រភេទ Supervised Learning ដែលប្រើសម្រាប់ធ្វើចំណាត់ថ្នាក់ទិន្នន័យ ដោយស្វែងរកបន្ទាត់ ឬប្លង់ព្រំដែន (Hyperplane) ដ៏ល្អបំផុតដើម្បីបែងចែកក្រុមទិន្នន័យផ្សេងៗគ្នា ឧទាហរណ៍ការបែងចែកសំឡេងឃ្មុំ និងសំឡេងចង្រិត។ ដូចជាការគូសបន្ទាត់ព្រំដែនយ៉ាងច្បាស់លាស់មួយនៅលើវាលស្មៅ ដើម្បីបែងចែកហ្វូងសត្វគោ និងហ្វូងសត្វក្របីឱ្យនៅដាច់ពីគ្នាយ៉ាងត្រឹមត្រូវបំផុត។
Convolutional Neural Network / CNN (បណ្តាញសរសៃប្រសាទកម្រិតជ្រៅ) គឺជាក្បួនដោះស្រាយ Deep Learning ដែលមានសមត្ថភាពខ្ពស់ក្នុងការវិភាគរូបភាព។ នៅក្នុងការតាមដានសំបុកឃ្មុំ គេច្រើនប្រើ CNN ដើម្បីសម្គាល់លំនាំសំឡេងតាមរយៈការផ្ដល់ជាទិន្នន័យរូបភាព Spectrogram នៃរលកសំឡេងនោះឱ្យវាវិភាគរកមើលសញ្ញាមិនប្រក្រតី។ ដូចជាភ្នែក និងខួរក្បាលរបស់មនុស្សដែលសម្លឹងមើលរូបថតមួយសន្លឹក ហើយអាចប្រាប់បានភ្លាមៗថាក្នុងរូបនោះមានសត្វអ្វីខ្លះដោយស្វ័យប្រវត្តិ។
Swarming (ការបែកសំបុក) ជាដំណើរការធម្មជាតិនៃការបន្តពូជរបស់សំបុកឃ្មុំ ដែលមេឃ្មុំចាស់ និងហ្វូងឃ្មុំកម្មករមួយភាគធំហោះចេញពីសំបុកចាស់ ដើម្បីទៅបង្កើតសំបុកថ្មីនៅកន្លែងផ្សេង។ ការរកឃើញសកម្មភាពនេះទាន់ពេលជួយអ្នកចិញ្ចឹមឃ្មុំទប់ស្កាត់ការបាត់បង់កម្លាំងពលកម្មឃ្មុំ និងទិន្នផល។ ដូចជាកូនចៅធំពេញវ័យដែលសម្រេចចិត្តរើចេញពីផ្ទះឪពុកម្តាយ ដើម្បីទៅសាងសង់ផ្ទះថ្មី និងបង្កើតគ្រួសាររៀងៗខ្លួន។
Varroa destructor (មេរោគ ឬ ចៃ វ៉ារ័វ) គឺជាប្រភេទសត្វល្អិតចៃប៉ារ៉ាស៊ីតម្យ៉ាងដែលតោងជញ្ជក់ឈាម និងចម្លងមេរោគផ្សេងៗទៅកាន់សត្វឃ្មុំទឹកដោះ (Apis mellifera) ដែលវាគឺជាមូលហេតុចម្បងធ្វើឱ្យសំបុកឃ្មុំទន់ខ្សោយ និងឈានទៅដល់ការដួលរលំទាំងស្រុងប្រសិនបើមិនបានព្យាបាល។ ប្រៀបដូចជាសត្វមូសខ្លា ឬឈ្លើងដែលខាំជញ្ជក់ឈាមមនុស្ស និងចម្លងជំងឺគ្រុនឈាមចូលទៅក្នុងខ្លួនយើងអញ្ចឹងដែរ។
Spectrogram (រូបភាពរលកសំឡេង) ជាការបង្ហាញទម្រង់សំឡេងជាលក្ខណៈរូបភាព 2D ឬ 3D ដែលបង្ហាញពីកម្រិតប្រេកង់ (Frequency) និងកម្លាំងនៃសំឡេង (Amplitude) ប្រែប្រួលទៅតាមពេលវេលា។ វាត្រូវបានប្រើដើម្បីបំប្លែងសំឡេងទៅជារូបភាពដើម្បីឱ្យក្បួនដោះស្រាយ AI ងាយស្រួលវិភាគ។ ដូចជាក្រាហ្វិកខ្សែបន្ទាត់លោតឡើងចុះៗនៅលើអេក្រង់ម៉ាស៊ីនថតចង្វាក់បេះដូងនៅមន្ទីរពេទ្យ ដែលប្រាប់ពីស្ថានភាពសុខភាពរបស់អ្នកជំងឺ។

៦. ប្រធានបទពាក់ព័ន្ធ (Further Reading)

អត្ថបទដែលបានបោះពុម្ពនៅលើ KhmerResearch ដែលទាក់ទងនឹងប្រធានបទនេះ៖

ប្រធានបទ និងសំណួរស្រាវជ្រាវដែលទាក់ទងនឹងឯកសារនេះ ដែលអ្នកអាចស្វែងរកបន្ថែម៖