بخشی از مقاله
چکیده -
در بین محصولات کشاورزی قارچ یکی از بهترین نامزدها برای اجرای روش های اتوماتیک برداشت است. یکی از مشکلات اصلی پرورش دهندگان در این حوزه نیاز حیاتی به نیروی انسانی متخصص در زمان مشخص برای برداشت قارچ است. انتقال دانش نیروی متخصص به ماشین برداشت یکی از حیاتی ترین مشکلات پیش روی اجرای روش های اتوماتیک است.
ما در این پژوهش اقدام به طراحی یک سیستم خبره کامپیوتری برای این محصول کشاورزی نمودیم تا بتواند برای یک ماشین برداشت مورد استفاده قرارگیرد. موتور استنتاج سیستم خبره برای بکارگیری، نیاز به یک سری قوانین برای رسیدن به نتایج لازم دارد.
در رابطه با ربات برداشت موتور استنتاج با استفاده از این مجموعه قوانین در نهایت میبایست به این سوال پاسخ دهد که آیا قارچ باید برداشت شود یا خیر. نتیجه نهایی و خروجی سیستم ما رسیدن به این پاسخ است که آیا زمان فعلی زمان مناسبی برای برداشت این قارچ میباشد یا خیر. ما موفق به یافتن قوانین برای این سیستم خبره شدیم و قوانین را در یک محیط شبیه سازی شده مورد بررسی قرار دادیم.
-1 مقدمه
قارچ دکمه ای رایج “Agaricus bisporus” در حال حاضر در 80 کشور جهان کشت میشود و به عنوان یک منبع غذایی و پروتئینی مناسب برای انسانها و هم چنین برای پیش گیری و درمان برخی از بیماری ها مانند سرطان و بیماریهای قلبی شناخته میشود. از آنجا که در کشت و پرورش قارچ مرحله برداشت قارچ مهمترین و پر هزینه ترین مرحله از نظر مالی جهت رسیدن به بهره وری در این حوزه میباشد و با توجه به اینکه عدم حضور بموقع و عدم توانایی در برداشت سریع قارچ در زمان مقرر توسط کارکنان بخش برداشت میتواند زیانهای فراوانی را به تولیدکنندگان وارد نماید، از این رو نیاز مکانیزاسیون در این بخش به شدت احساس میشود.
فرصت برداشت قارچ در هر بار برداشت از سطح زیر کشت در حد یک الی دو روز بیشتر نیست و همین موضوع باعث ایجاد یک استرس بزرگ در بخش تولید این محصول غذایی میباشد. هزینههای کارگری برای تولید کنندگان قابل توجه است و امکان جذب نیروی کار متخصص به میزان لازم برای کل مدت زمان پرورش وجود ندارد و این موضوع موجب جذب نیروی موقت و سامانههای خبره زیر مجموعه ای از هوش مصنوعی محسوب میشوند که هدف آنها تقلید روش تفکر،استنتاج و آموختن انسان به وسیله ماشین است.
این سامانهها نرم افزارهایی هستند که برای مدل سازی توانایی حل یک مسئله توسط اشخاص کارشناس طراحی میشوند و میتوانند به عنوان جایگزین آنها یا به عنوان ابزار کمکی برای انجام سریع تر کار توسط خود متخصصین به کار گرفته شوند. استفاده از این سامانه ها برای به کاراندازی یک روش اتوماتیک برای برداشت قارچ می توان مشکلات بیان شده در حوزه نیروی متخصص برداشت را رفع کند.
-2 مروری بر سیستم خبره و نقش آن در کشاورزی
سیستمهای خبره، برنامههای کامپیوتری هستند که نحوه تفکر یک متخصص در یک زمینه خاص را شبیه سازی میکنند. این نرم افزارها، الگوهای منطقی که یک متخصص بر اساس آنها تصمیم گیری میکند، شناسایی کرده و سپس بر اساس آن الگوها، مانند انسان ها تصمیم گیری میکنند
در واقع بیشتر دستاوردهای هوش مصنوعی در زمینه تصمیم گیری و حل مسئله بوده است که اصلی ترین موضوع سیستمهای خبره را شامل میشود. به عبارت دیگر، نوعی از برنامههای هوش مصنوعی که به سطحی از خبره بودن میرسند که میتوانند به جای یک متخصص در یک زمینه خاص تصمیم گیری کنند، سیستم خبره گفته میشود. این سیستمها، دارای پایگاه دانشی انباشته از اطلاعات و دانشی است که انسانها، هنگام تصمیم گیری درباره یک موضوع خاص، بر اساس آنها تصمیم میگیرند.
تحقیق در مورد سیستمهای خبره در دهه 1940 که مصادف با پدیدار شدن اولین نسل از کامپیوترها در مراکز تحقیقاتی بود شروع شد. اصول اولیه ماشین منطق که در ریاضیات پایه ریزی شده بود با تلاش کرت گاول، آلونز و چرچ، آلن تورنیگ مهیا شد. همچنین وایت هدراسل در سال 1913 به تولید روشهای سوری در استدلال منطقی خود کمکهای شایانی کرد. تحقیق عمده همه این افراد روی موضوع حسابهای احتمالی و پیشنهادی متمرکز میشد .[2] در شکل 1 اجرای تشکیل دهنده یک سیستم خبره قابل مشاهده است.
شکل -1 اجزای اصلی تشکیل دهنده سیستم خبره [3]
در بیان مزایا و معایب سیستمهای خبره بهترین روش مقایسه رایانه با انسان متخصص است، انسان متخصص موقت است. به عنوان مثال انسانها ممکن است تغییر شغل بدهند و یا بیمار شوند و غیره ولی کامپیوتر دائمیاست. انسان متخصص همیشه ثابت قدم نیست. چرا که انسان میتواند روزهای تعطیلی داشته باشد یا بعضی اوقات برنامه زمانی کاملا مشغول داشته باشد. همه این عوامل ناسازگار روی انجام کارهای تاثیر میگذارد. کامپیوتر همیشه هستند و با هر گونه شرایط ناسازگار به طور یکنواخت کار میکنند.
انسان متخصص به راحتی قابل انتقال نیست و یک انسان به طور همزمان نمیتواند در دو مکان حضور داشته باشد ولی کامپیوتر نسبت به انسان راحت تر قابل انتقال است. به عنوان مثال اجرای یک سیستم خبره در یک کامپیوتر میتواند در یک سایت متفاوت روی کامپیوترهای دیگر نیز صورت گیرد و یا حتی از اینترنت بارگردد. هزینههای انسان متخصص زیاد است.
حقوق ماهیانه کارمندان از بهای کامپیوتر شخصی ،سخت افزار و نرم افزار بیشتر میباشد.البته در مقابل انسانها و حضور آنها نیز مزایایی دارد که قابل چشم پوشی نیست انسان خلاق هستند اغلب اوقات الهام بخش هستند ولی کامپیوتر ها چنین نیستند. انسانها انعطاف پذیر هستند و به آسانی خود را با شرایط وفق میدهند و یا دانش و تخصص خود را با قلمرو دانش خود به کار میبندند و تنها در یک محدوده خاص از مسائل تمرکز دارند. گرچه سیستمهای خبره قابلیت یادگیری دارند اما در مقایسه با انسان قدرت یادگیریشان بسیار ضعیف میباشد .[2]
-1-2 سیستم های خبره در کشاورزی
یکی از چالشهای اصلی در صنایع کشاورزی انتقال همه اطلاعات به روز به کشاورزان میباشد؟ سیستم خبره میتواند اطلاعات مفیدی را از کارشناسان در بین نسلهای مختلف برای کشاورزان ارائه کند
نیاز به سیستمهای خبره در بخش کشاورزی بیشتر در مکان هایی به چشم میخورد که بحث انتقال اطلاعات فنی در زمینه کشاورزی مطرح میشود. این کاملاً قابل اثبات است که سیستمهای خبره میتواند نقش مهمیدر توسعه بخش کشاورزی داشته باشد. سیستمهای خبره با انتقال دانش کشاورزی از طریق برنامههای کامپیوتری میتواند کیفیت محصول به منظور حاشیه سود را بالا ببرد .
-3 روش کار
موتور استنتاج سیستم خبره برای بکارگیری، نیاز به یک سری قوانین برای رسیدن به نتایج لازم دارد. در رابطه با ربات برداشت موتور استنتاج با استفاده از این مجموعه قوانین در نهایت میبایست به این سوال پاسخ داد که آیا قارچ باید برداشت شود یا خیر. نتیجه نهایی و خروجی سیستم ما رسیدن به این پاسخ است که آیا زمان فعلی زمان مناسبی برای برداشت این قارچ میباشد یا خیر. بنابر موارد ذکر شده قوانین باید به شکلی تنظیم شوند که ما بتوانیم در نهایت به یک پاسخ صریح از سیستم خبره برسیم که آیا قارچ با مشخصات وارد شده به سیستم خبره مورد قبول برای برداشت میباشد یا خیر. در این بخش اطلاعات و مشخصات ورودی به سیستم خبره نیز ذکر میگردد. اطلاعات ورودی به سیستم خبره جهت تصمیم گیری شامل موارد زیر است:
-1 مرحله زمانی برداشت - فلاشینگ -
-2قطر کلاهک قارچ
-3 مختصات قرار گیری قارچ در بستر کشت
-4تعدد قارچهای همسایه در بستر
-5نرخ رشد با توجه به اطلاعات قبلی
این اطلاعات گاهی مربوط به خود قارچ و در برخی موارد مربوط به محیط پرورش قارچ است. بعضی از این اطلاعات توسط مدیر سیستم و از طریق رابط کاربری وارد سیستم خبره میگردد و برخی توسط سیستم پردازش تصویر از بستر کشت کسب میگردد. مجموعه این اطلاعات نتیجه بررسی سیستم خبره را بکارگیری دادههای ذکر شده سیستم شروع به بررسی قوانین میکند تا نتایج لازم را برای انجام علمیات صورت دهد.
-1-3 ارزیابی قوانین بدست آمده برای سیستم خبره
برای تست و ارزیابی سیستم خبره از شبیه سازی برای بررسی نتایج استفاده شده است. دادههای تصادفی برای تست قوانین به یک برنامه کامپیوتر وارد میشود و سپس نتایج حاصل به صورت مفصل مورد بررسی قرار میگیرد از جمله پارامترهای ورودی به شبیه ساز میتوان به قطر کلاهک قارچ و نرخ رشد اشاره کرد. این دادهها در 60 پریود زمانی به شبیه ساز وارد خواهد شد و در هر مرحله شبیه ساز با توجه به تنظیمات مربوط به هر پارامتر تعداد قارچ را از سطح بستر شبیه سازی شده خارج مینماید.
برآیند تعداد قارچها و قطر کلاهک به دست آمده و میزان همسان بودن اندازهها که همانا نتیجه کیفیت محصول خروجی است، اطلاعات خروجی سیستم میباشند که به صورت نمودار به نمایش در میآید. تعیین پارامترهای حداکثر میزان رشد کلاهک، بهترین اندازه کلاهک و اندازهها در هر فلاشینگ - نوبت برداشت - در ابتدای شبیه سازی میبایست صورت گیرد.
