Original Title: DEVELOPMENT OF AN AUTONOMOUS IRRIGATION SYSTEM USING IoT AND ARTIFICIAL INTELLIGENCE
Source: irepo.futminna.edu.ng:8080
Disclaimer: Summary generated by AI based on the provided document. Please refer to the original paper for full scientific accuracy.

ការអភិវឌ្ឍប្រព័ន្ធស្រោចស្រពស្វ័យប្រវត្តិដោយប្រើប្រាស់ IoT និងបញ្ញាសិប្បនិម្មិត

ចំណងជើងដើម៖ DEVELOPMENT OF AN AUTONOMOUS IRRIGATION SYSTEM USING IoT AND ARTIFICIAL INTELLIGENCE

អ្នកនិពន្ធ៖ AKANDE, Thomas Onimisi (Federal University of Technology Minna)

ឆ្នាំបោះពុម្ព៖ August 2023

វិស័យសិក្សា៖ Electrical and Electronics Engineering

១. សេចក្តីសង្ខេបប្រតិបត្តិ (Executive Summary)

បញ្ហា (The Problem)៖ ប្រព័ន្ធស្រោចស្រពនាពេលបច្ចុប្បន្នភាគច្រើនទាមទារកម្លាំងពលកម្មមនុស្ស និងមិនមានសមត្ថភាពក្នុងការសម្រេចចិត្តឆ្លាតវៃ ដោយមិនបានពិចារណាលើការព្យាករណ៍អាកាសធាតុ ដែលបណ្តាលឱ្យមានការខ្ជះខ្ជាយទឹក និងការលិចលង់ដំណាំ។

វិធីសាស្ត្រ (The Methodology)៖ ការស្រាវជ្រាវនេះបានអភិវឌ្ឍប្រព័ន្ធស្រោចស្រពស្វ័យប្រវត្តិដោយរួមបញ្ចូលបច្ចេកវិទ្យាអ៊ីនធឺណិតនៃវត្ថុ (IoT) ក្បួនដោះស្រាយម៉ាស៊ីនរៀន (Machine Learning) និងទិន្នន័យអាកាសធាតុពេលវេលាពិតប្រាកដ។

លទ្ធផលសំខាន់ៗ (The Verdict)៖

២. ការវិភាគលើប្រសិទ្ធភាព និងដែនកំណត់ (Performance & Constraints)

វិធីសាស្ត្រ (Method) គុណសម្បត្តិ (Pros) គុណវិបត្តិ (Cons) លទ្ធផលគន្លឹះ (Key Result)
Decision Tree Classifier (DTC)
ចំណាត់ថ្នាក់មែកធាងសេចក្តីសម្រេច (Decision Tree Classifier)
ងាយស្រួលយល់ និងបកស្រាយ ដំណើរការបានល្អជាមួយទាំងទិន្នន័យប្រភេទ និងទិន្នន័យលេខតម្រៀប (Categorical/Continuous) ហើយផ្តល់លទ្ធផលត្រឹមត្រូវខ្ពស់បំផុត។ អាចប្រឈមនឹងបញ្ហា Overfitting ប្រសិនបើមិនបានកំណត់ជម្រៅ (Depth) របស់មែកធាងឱ្យបានត្រឹមត្រូវ។ ទទួលបានភាពត្រឹមត្រូវខ្ពស់បំផុតក្នុងការទស្សន៍ទាយរហូតដល់ ៩១,៣១% (ត្រូវបានជ្រើសរើសប្រើប្រាស់ក្នុងប្រព័ន្ធនេះ)។
k-Nearest Neighbours (k-NN)
ក្បួនអ្នកជិតខាងជិតបំផុត k (k-Nearest Neighbours)
ជាក្បួនដែលងាយស្រួលបំផុត និងមិនទាមទារការសាងសង់ម៉ូដែលស្មុគស្មាញច្រើនមុនពេលចាត់ថ្នាក់ទិន្នន័យឡើយ។ ទាមទារការគណនាចម្ងាយសម្រាប់ចំណុចទិន្នន័យនីមួយៗដែលអាចធ្វើឱ្យយឺតនៅពេលទិន្នន័យមានទំហំធំ និងងាយរងឥទ្ធិពលពី Noise។ ទទួលបានភាពត្រឹមត្រូវក្នុងការទស្សន៍ទាយ ៨៨,៥៧%។
Support Vector Machine (SVM)
ម៉ាស៊ីនវ៉ិចទ័រគាំទ្រ (Support Vector Machine)
មានប្រសិទ្ធភាពខ្ពស់ក្នុងការបែងចែកទិន្នន័យដោយប្រើ Hyperplanes ធំទូលាយ។ ត្រូវការធនធានកុំព្យូទ័រច្រើនក្នុងការគណនា និងមានការលំបាកក្នុងការកំណត់ប៉ារ៉ាម៉ែត្រ (Tuning) សម្រាប់ទិន្នន័យធំៗ។ ទទួលបានភាពត្រឹមត្រូវក្នុងការទស្សន៍ទាយ ៨១,៥៨%។
Logistic Regression
ការវិភាគតំរែតំរង់ឡូជីខល (Logistic Regression)
ដំណើរការបានលឿន និងសាមញ្ញសម្រាប់ការចាត់ថ្នាក់ទិន្នន័យជាពីរប្រភេទ (Binary Classification)។ ដំណើរការមិនសូវបានល្អទេប្រសិនបើទិន្នន័យមិនមានទំនាក់ទំនងលីនេអ៊ែរ (Non-linear boundaries)។ ទទួលបានភាពត្រឹមត្រូវក្នុងការទស្សន៍ទាយទាបជាងគេត្រឹម ៨១,៥៣%។

ការចំណាយលើធនធាន (Resource Cost)៖ ប្រព័ន្ធនេះត្រូវបានរចនាឡើងដោយផ្តោតលើការចំណាយទាប (Low-cost) ដោយប្រើប្រាស់គ្រឿងបន្លាស់អេឡិចត្រូនិចដែលមានតម្លៃថោក និងងាយស្រួលរកនៅលើទីផ្សារ គួបផ្សំជាមួយបច្ចេកវិទ្យាក្លោដឥតគិតថ្លៃ។

៣. ការពិនិត្យសម្រាប់បរិបទកម្ពុជា/អាស៊ីអាគ្នេយ៍

ភាពលំអៀងនៃទិន្នន័យ (Data Bias)៖

ការសិក្សានេះត្រូវបានធ្វើឡើងដោយសាកលវិទ្យាល័យ Federal University of Technology Minna នៅប្រទេសនីហ្សេរីយ៉ា (Nigeria) ប៉ុន្តែសំណុំទិន្នន័យត្រូវបានទាញយកពីប្រភព Kaggle ដែលមិនបានបញ្ជាក់តំបន់ភូមិសាស្ត្រច្បាស់លាស់។ សម្រាប់ប្រទេសកម្ពុជា ដែលមានប្រភេទដីកសិកម្មខុសគ្នា (ដូចជាដីល្បាប់ ឬដីឥដ្ឋ) និងអាកាសធាតុត្រូពិចមូសុង ការប្រើប្រាស់ទិន្នន័យពីបរទេសទាំងស្រុងអាចធ្វើឱ្យម៉ូដែលមិនសូវសុក្រឹត ដូច្នេះកសិករ ឬអ្នកស្រាវជ្រាវចាំបាច់ត្រូវប្រមូលទិន្នន័យដីនៅកម្ពុជាផ្ទាល់ដើម្បីបង្វឹកម៉ូដែលឡើងវិញ។

លទ្ធភាពនៃការអនុវត្ត (Applicability)៖

ប្រព័ន្ធស្រោចស្រពស្វ័យប្រវត្តិឆ្លាតវៃនេះ មានសក្តានុពល និងភាពជាក់ស្តែងខ្ពស់ណាស់ក្នុងការយកមកអនុវត្តនៅក្នុងវិស័យកសិកម្មរបស់ប្រទេសកម្ពុជា។

សរុបមក ការធ្វើមូលដ្ឋានីយកម្មប្រព័ន្ធនេះ (យកមកកែច្នៃប្រើនៅកម្ពុជា) នឹងជួយពន្លឿនការផ្លាស់ប្តូរពីកសិកម្មតាមបែបប្រពៃណី ទៅជាកសិកម្មឌីជីថល (Agriculture 4.0) ដែលជួយបង្កើនទិន្នផល និងកាត់បន្ថយការចំណាយបានយ៉ាងមានប្រសិទ្ធភាព។

៤. ផែនការសកម្មភាពសម្រាប់និស្សិត (Actionable Roadmap)

ដើម្បីអនុវត្តតាមការសិក្សានេះ និស្សិតគួរអនុវត្តតាមជំហានខាងក្រោម៖

  1. ជំហានទី ១៖ សិក្សាពីប្រព័ន្ធ IoT និងការសរសេរកូដផ្នែករឹង (Hardware): ចាប់ផ្តើមដោយការស្វែងយល់ពីមីក្រូកុងត្រូល័រ ESP32NodeMCU។ និស្សិតគួររៀនសរសេរកូដ C++ តាមរយៈ Arduino IDE ដើម្បីអានទិន្នន័យពីសេនស័រ DHT11 និង FC28 រួចបញ្ជាបិទបើក Relay សម្រាប់ម៉ាស៊ីនបូមទឹក។
  2. ជំហានទី ២៖ សិក្សាមូលដ្ឋានគ្រឹះ Machine Learning: រៀនភាសា Python និងប្រើប្រាស់បណ្ណាល័យ Scikit-learn និង Pandas ដើម្បីសាកល្បងបង្វឹកម៉ូដែល Decision Tree ដោយប្រើប្រាស់ទិន្នន័យគំរូពីប្រភព Kaggle។ សិក្សាពីរបៀបបែងចែកទិន្នន័យ (Train/Test Split) និងវាយតម្លៃភាពត្រឹមត្រូវ (Accuracy Score)។
  3. ជំហានទី ៣៖ ការតភ្ជាប់ Cloud និង API ទិន្នន័យអាកាសធាតុ: បង្កើតគណនី Firebase Realtime Database ដើម្បីភ្ជាប់ ESP32 ឱ្យបញ្ជូនទិន្នន័យឡើងកុំព្យូទ័រតាមរយៈ Wi-Fi។ បន្ទាប់មក រៀនទាញយកទិន្នន័យជាទម្រង់ JSON ពី OpenWeatherMap API ដើម្បីពិនិត្យមើលការព្យាករណ៍ទឹកភ្លៀង។
  4. ជំហានទី ៤៖ តម្លើងប្រព័ន្ធសាកល្បង និងប្រមូលទិន្នន័យជាក់ស្តែង: យកគ្រឿងបន្លាស់ទាំងអស់ទៅតម្លើងផ្ទាល់នៅក្នុងរួនបន្លែ ឬសួនច្បារនៅកម្ពុជា។ ប្រមូលទិន្នន័យ (សីតុណ្ហភាព សំណើមដី សំណើមអាកាស) ទុកជាឯកសារ CSV អស់រយៈពេលពីរបីសប្តាហ៍ ដើម្បីយកមកបង្វឹកម៉ូដែល Machine Learning ឱ្យស៊ីគ្នានឹងលក្ខខណ្ឌអាកាសធាតុស្រុកខ្មែរ។
  5. ជំហានទី ៥៖ បង្កើតកម្មវិធីទូរស័ព្ទដៃសម្រាប់កសិករ (UI/UX): ដើម្បីឱ្យគម្រោងនេះកាន់តែមានប្រយោជន៍ និស្សិតគួររៀនប្រើប្រាស់ FlutterReact Native ដើម្បីបង្កើតកម្មវិធីទូរស័ព្ទភ្ជាប់ទៅកាន់ Firebase ដែលអនុញ្ញាតឱ្យកសិករតាមដានស្ថានភាពដី និងបញ្ជាម៉ាស៊ីនបូមទឹកពីចម្ងាយដោយងាយស្រួល។

៥. វាក្យសព្ទបច្ចេកទេស (Technical Glossary)

ពាក្យបច្ចេកទេស ការពន្យល់ជាខេមរភាសា (Khmer Explanation) និយមន័យសាមញ្ញ (Simple Definition)
Decision Tree Classifier ក្បួនដោះស្រាយម៉ាស៊ីនរៀន (Machine Learning Algorithm) ដែលបែងចែកទិន្នន័យជាដំណាក់កាលៗតាមលក្ខខណ្ឌជាក់លាក់ ដើម្បីធ្វើការសម្រេចចិត្ត (ឧទាហរណ៍៖ បើដីស្ងួត ហើយគ្មានការព្យាករណ៍ភ្លៀង នោះម៉ាស៊ីនបូមទឹកនឹងបើក)។ ដូចជាការលេងហ្គេមសួរសំណួរ "បាទ/ទេ" បន្តបន្ទាប់គ្នាជាជំហានៗ ដើម្បីទាយរកចម្លើយ ឬការសម្រេចចិត្តត្រឹមត្រូវចុងក្រោយ។
ESP32 Microcontroller បន្ទះសៀគ្វីអេឡិចត្រូនិកខ្នាតតូចដែលអាចសរសេរកូដបញ្ជាបាន ហើយមានមុខងារភ្ជាប់ Wi-Fi និង Bluetooth ជាប់ពីកំណើត ប្រើសម្រាប់ប្រមូលទិន្នន័យពីសេនស័រ និងបញ្ជាម៉ាស៊ីនបូមទឹកក្នុងប្រព័ន្ធ IoT។ ដូចជាខួរក្បាលតូចមួយរបស់ម៉ាស៊ីន ដែលទទួលព័ត៌មានពីភ្នែក (សេនស័រ) ហើយប្រើប្រព័ន្ធ Wi-Fi ដើម្បីរាយការណ៍ និងបញ្ជាដៃ (ម៉ាស៊ីនបូមទឹក) ឱ្យធ្វើការ។
Firebase Realtime Database ប្រព័ន្ធផ្ទុកទិន្នន័យលើពពក (Cloud Storage) របស់ក្រុមហ៊ុន Google ដែលអនុញ្ញាតឱ្យឧបករណ៍ IoT និងកម្មវិធីទូរស័ព្ទ ឬកុំព្យូទ័រ រក្សាទុក និងធ្វើបច្ចុប្បន្នភាពទិន្នន័យបានភ្លាមៗក្នុងពេលជាក់ស្តែង (Real-time)។ ដូចជាផ្ទាំងក្ដារខៀនរួមមួយនៅលើអ៊ីនធឺណិត ដែលពេលមានអ្នកសរសេរព័ត៌មានចូលភ្លាម អ្នកផ្សេងទៀតនៅកន្លែងណាក៏ដោយអាចមើលឃើញការផ្លាស់ប្តូរនោះភ្លាមៗតែម្តង។
Application Programming Interface (API) ចំណុចប្រទាក់ដែលអនុញ្ញាតឱ្យកម្មវិធីកុំព្យូទ័រ ឬប្រព័ន្ធពីរផ្សេងគ្នាអាចទំនាក់ទំនង និងផ្លាស់ប្តូរទិន្នន័យគ្នាបាន។ នៅក្នុងការស្រាវជ្រាវនេះ គឺប្រើវាដើម្បីទាញយកទិន្នន័យការព្យាករណ៍អាកាសធាតុពីវេបសាយ OpenWeatherMap។ ដូចជាអ្នករត់តុក្នុងភោជនីយដ្ឋាន ដែលទទួលការកុម្ម៉ង់ពីយើង (ប្រព័ន្ធកសិកម្ម) យកទៅឱ្យចុងភៅ (OpenWeatherMap) រួចយកម្ហូប (ទិន្នន័យអាកាសធាតុ) មកឱ្យយើងវិញ។
Support Vector Machine (SVM) ជាក្បួនម៉ាស៊ីនរៀន (Machine Learning) មួយប្រភេទដែលព្យាយាមគូសបន្ទាត់ (Hyperplane) ឱ្យនៅចន្លោះកណ្តាលល្អបំផុតដើម្បីបែងចែកទិន្នន័យជាពីរក្រុមដាច់ពីគ្នា (ឧទាហរណ៍៖ ក្រុមស្ថានភាពដីស្ងួត និងក្រុមដីសើម)។ ដូចជាការគូសបន្ទាត់ព្រំដែនដ៏ធំទូលាយមួយនៅកណ្តាលវាល ដើម្បីបំបែកហ្វូងចៀម និងហ្វូងពពែឱ្យនៅឆ្ងាយពីគ្នាតាមដែលអាចធ្វើទៅបាន។
JSON (JavaScript Object Notation) ជាទម្រង់អត្ថបទស្តង់ដារមួយដែលគេប្រើជាទូទៅក្នុងការរៀបចំ និងផ្លាស់ប្តូរទិន្នន័យរវាងម៉ាស៊ីនមេ (Server) និងប្រព័ន្ធ IoT ដោយសារវាងាយស្រួលអានទាំងសម្រាប់មនុស្ស និងសម្រាប់កុំព្យូទ័រក្នុងការបំបែកយកទិន្នន័យមកប្រើ។ ដូចជាទម្រង់នៃការបំពេញទម្រង់បែបបទ ដែលមានរចនាសម្ព័ន្ធច្បាស់លាស់ (មានប្រអប់ឈ្មោះ ប្រអប់អាសយដ្ឋាន) ធ្វើឱ្យអ្នកទទួលអានយល់ភ្លាមៗថាកន្លែងណាជាអ្វី។
Internet of Things (IoT) បណ្តាញនៃឧបករណ៍រូបវន្ត (ម៉ាស៊ីន សេនស័រ ឧបករណ៍ប្រើប្រាស់ផ្សេងៗ) ដែលត្រូវបានបំពាក់ដោយបច្ចេកវិទ្យាដើម្បីអាចភ្ជាប់ ប្រមូល និងបញ្ជូនទិន្នន័យទៅវិញទៅមកតាមរយៈបណ្តាញអ៊ីនធឺណិត ដោយមិនបាច់មានមនុស្សចាំបញ្ជា។ ដូចជាការបង្រៀនរបស់របរប្រើប្រាស់ប្រចាំថ្ងៃឱ្យមានវិញ្ញាណ និងចេះឆាតប្រាប់គ្នាទៅវិញទៅមក ឧទាហរណ៍ ចម្ការចេះឆាតប្រាប់កសិករថាកំពុងខ្វះទឹកហើយ។
k-Nearest Neighbours (k-NN) ជាក្បួនចំណាត់ថ្នាក់ទិន្នន័យដោយផ្អែកលើភាពស្រដៀងគ្នាទៅនឹងចំណុចទិន្នន័យដែលនៅជិតវាបំផុតចំនួន k។ បើទិន្នន័យជុំវិញវាភាគច្រើនជាប្រភេទអ្វី វានឹងចាត់ថ្នាក់ទិន្នន័យថ្មីនោះជាប្រភេទនោះដែរ។ ដូចជាសុភាសិត "សេពគប់ពាល គឺពាល សេពគប់បណ្ឌិត គឺបណ្ឌិត" បើយើងនៅក្បែរក្រុមមនុស្សប្រភេទណាច្រើនជាងគេ គេនឹងចាត់ទុកថាយើងជាមនុស្សប្រភេទនោះដែរ។

៦. ប្រធានបទពាក់ព័ន្ធ (Further Reading)

អត្ថបទដែលបានបោះពុម្ពនៅលើ KhmerResearch ដែលទាក់ទងនឹងប្រធានបទនេះ៖

ប្រធានបទ និងសំណួរស្រាវជ្រាវដែលទាក់ទងនឹងឯកសារនេះ ដែលអ្នកអាចស្វែងរកបន្ថែម៖