Akademik Veri Yönetim Sistemi
Çetin N. (Yürütücü), Ulu B., Ergin Ö. F., Ulu B., Yıldırım Ş., Uzun A.
TÜBİTAK Projesi, 2024 - 2027
Bitkisel üretim süreçlerinde ihtiyaca
göre uygulanan çeşitli besin elementleri bitkinin fizyolojik gelişimine,
kalitesine ve verimine doğrudan etki etmektedir. Geniş arazilere tesis edilmiş
modern elma bahçelerinde ürün gelişimi ve meyve tutumu açısından aynı arazi
içerisinde değişkenlikler gözlemlenebilmektedir. Meydana gelen bu
değişkenlikleri dikkate alarak gübreleme, ilaçlama ve bakım işlemlerinin
değişken düzeyli gerçekleştirilmesi girdi maliyetlerinin azaltılmasını, fazla
kimyasal kullanımının önüne geçilmesini, işgücünden ve zamandan tasarruf
edilmesini sağlayacaktır. Söz konusu gübreleme bileşenlerinden birisi olan ve
proje kapsamında pülverizasyon işlemi otonomlaştırılacak “kalsiyumun” meyve
üzerindeki eksikliğinin belirtileri ve sonuçları başta acı benek hastalığı
olmak üzere birçok fizyolojik sorun ile tariflenmektedir. Kalsiyum eksikliğinin
neden olduğu zararları engellemek için üretim süreci boyunca 8-10 defa kalsiyum
uygulaması yapılmaktadır. Meyve tutumunun ağaçtan ağaca değiştiği durumlarda,
meyvesiz ağaçlara üretim sezonu boyunca kalsiyum uygulaması yapmak üreticilerin
karşılığını alamadığı ciddi bir maliyet kalemi olarak karşılarına çıkmaktadır.
Tarım Bakanlığının 2021 verilerine göre ülkemizde 170.903.000 dekarlık alanda
elma üretimi yapılmaktadır. Söz konusu üretim alanlarının %10’luk kesiminde
meyve tutumunda dalgalanma olması ve yalnızca %5’lik üreticinin benzer miktarda
kalsiyum gübresini gereksiz kullanması durumunda ülke ekonomisinde 683.612.000
tl’lik bir israfa yol açılacağı öngörülmektedir. Planlanan proje kapsamında
her ne kadar kalsiyum uygulanmasına odaklanılsa da azot, potasyum ve güneş
koruma ürünlerinin uygulanmaları konusunda da kullanılabilir bir sistemin
ortaya koyulacağı açıktır.
Önerilen proje
ile yapay zekâ destekli otonom bölgesel püskürtme yapabilen bir sistem
tasarlanması amaçlanmıştır. Bu sistemde, traktörün ön kaputunun her iki yanına
RGB aksiyon kamerası yerleştirilecek, turbo atomizörde bulunan 16 püskürtme
memesi, 8 selenoid valf ile kontrol edilecek ve GNSS ile konum/hız verileri
elde edilerek püskürtme memeleri tetiklenecektir. Geliştirilecek olan derin
öğrenme/görüntü işleme tabanlı otonom sistem ile farklı çeşitlere (Scarlet
Spur-Golden Delicious), farklı dönem/saatlerde (fizyolojik gelişimine göre 1.
dönem gündüz, 2. ve 3. dönem gece) kalsiyum uygulanacak ve geleneksel (kontrol
grubu) yöntem ile farklılıkları karşılaştırmalı olarak analiz edilecektir.
Çalışmada, son yıllarda tarımsal çalışmalarda oldukça yüksek doğruluk
oranlarına sahip ve performanslarının yüksek olması sebebiyle fastai
kütüphanesinden ResNet ve ConvNeXt modelleri kullanılacaktır. Ayrıca,
uygulamalar arası farklılıkların ortaya konulması amacıyla derim sonrası
elmalarda fenolojik ve kalsiyum analizleri gerçekleştirilecektir. Bununla birlikte,
püskürtme performansının belirlenmesi için suya duyarlı kartlar kullanılarak
yüzey kaplama oranı, birim alana ulaşan damla hacmi (damla birikimi) ve birim
alanda damla sayısı ortaya konulacaktır.
Literatürde püskürtme sistemini kontrol
etmek amacıyla ortaya konulmuş çalışmalar mevcut olmakla birlikte bu çalışmalar
uygulama etkinliği açısından sınırlıdır. Otonom olarak ilaçlama sisteminin
kullanılmasını öneren bazı uygulamalar büyük ve modern bahçelerde
uygulanmadığından verimliliği tam olarak kanıtlanamamıştır. Burada, tamamen
robotik bir sistem ile pülverizasyon uygulamasının gerçekleştirilebilmesi
batarya problemleri, ihtiyaç duyulan püskürtme basıncının ve ilaçlama hacminin
sağlanamaması, farklı arazi şartlarına uygun robotik sistem tasarımın oluşturulamaması
ve düşük iş başarısı gibi sorunlar dikkate alındığında bu sistemler maliyet ve
uygulanabilirlik açısından gerçekçi bulunmamaktadır. Buna ek olarak, mevcut
çalışmalar genel olarak ultrasonik sensörler kullanılarak kanopi varlığına göre
püskürtme yapabilen sistemlere odaklanmıştır. Bitkilerin kanopileri mekânsal ve
zamansal olarak değişken olup tek dozaj tipi tüm ağaçlar için yeterli
olmayacaktır. Bunun yanı sıra çalışmalar, çoğunlukla hastalıklarla ve
zararlılarla mücadeleye odaklanmış olup bir bilgisayarın tek bir sensörden
büyük miktarda veri toplama yeteneği ile oluşturulmuştur. Hesaplamaya yönelik
yüksek talep, gerçek zamanlı uygulamaları sınırlayan ciddi bir görüş sistemi
eksikliğidir. Ek olarak, ultrasonik sensörlerle gerçekleştirilen işlemlerde,
görüntü bazlı çalışılmadığı ve ürün-kanopi tespitinde yeterli doğruluğa
ulaşılamadığı tespit edilmiştir.
Teklif
edilen projenin nihayetinde ulaşılmak istenen hedefler ise (yaygın etki); elma
bahçelerinde gereksiz kalsiyum uygulamasının azaltılması, doğru dozaj
uygulaması ile oluşabilecek hastalıklara engel olunması, geleneksel sistemlere
kolay bir şekilde entegre edilebilen ekonomik bir prototip tasarlanması,
gelecek çalışmalarda farklı besin elementleri ve farklı çeşitlerde/türlerde
uygulamalar yapılması, konuyla ilgili literatüre çıktılar sunulması, COST
aksiyonuna dahil olunup konuyla ilgili toplantılara katılım gösterilerek
uluslararası akademik ağın geliştirilmesi ve genç araştırmacıların
yetiştirilmesine katkı sağlanmasıdır.