Ứng dụng trí tuệ nhân tạo trong hệ thống điều khiển giám sát quá trình sinh trưởng và bệnh hại cây trồng ngắn ngày.Ứng dụng trí tuệ nhân tạo trong hệ thống điều khiển giám sát quá trình sinh trưởng và bệnh hại cây trồng ngắn ngày.Ứng dụng trí tuệ nhân tạo trong hệ thống điều khiển giám sát quá trình sinh trưởng và bệnh hại cây trồng ngắn ngày.Ứng dụng trí tuệ nhân tạo trong hệ thống điều khiển giám sát quá trình sinh trưởng và bệnh hại cây trồng ngắn ngày.Ứng dụng trí tuệ nhân tạo trong hệ thống điều khiển giám sát quá trình sinh trưởng và bệnh hại cây trồng ngắn ngày.Ứng dụng trí tuệ nhân tạo trong hệ thống điều khiển giám sát quá trình sinh trưởng và bệnh hại cây trồng ngắn ngày.Ứng dụng trí tuệ nhân tạo trong hệ thống điều khiển giám sát quá trình sinh trưởng và bệnh hại cây trồng ngắn ngày.Ứng dụng trí tuệ nhân tạo trong hệ thống điều khiển giám sát quá trình sinh trưởng và bệnh hại cây trồng ngắn ngày.Ứng dụng trí tuệ nhân tạo trong hệ thống điều khiển giám sát quá trình sinh trưởng và bệnh hại cây trồng ngắn ngày.Ứng dụng trí tuệ nhân tạo trong hệ thống điều khiển giám sát quá trình sinh trưởng và bệnh hại cây trồng ngắn ngày.Ứng dụng trí tuệ nhân tạo trong hệ thống điều khiển giám sát quá trình sinh trưởng và bệnh hại cây trồng ngắn ngày.Ứng dụng trí tuệ nhân tạo trong hệ thống điều khiển giám sát quá trình sinh trưởng và bệnh hại cây trồng ngắn ngày.Ứng dụng trí tuệ nhân tạo trong hệ thống điều khiển giám sát quá trình sinh trưởng và bệnh hại cây trồng ngắn ngày.Ứng dụng trí tuệ nhân tạo trong hệ thống điều khiển giám sát quá trình sinh trưởng và bệnh hại cây trồng ngắn ngày.Ứng dụng trí tuệ nhân tạo trong hệ thống điều khiển giám sát quá trình sinh trưởng và bệnh hại cây trồng ngắn ngày.Ứng dụng trí tuệ nhân tạo trong hệ thống điều khiển giám sát quá trình sinh trưởng và bệnh hại cây trồng ngắn ngày.Ứng dụng trí tuệ nhân tạo trong hệ thống điều khiển giám sát quá trình sinh trưởng và bệnh hại cây trồng ngắn ngày.Ứng dụng trí tuệ nhân tạo trong hệ thống điều khiển giám sát quá trình sinh trưởng và bệnh hại cây trồng ngắn ngày.Ứng dụng trí tuệ nhân tạo trong hệ thống điều khiển giám sát quá trình sinh trưởng và bệnh hại cây trồng ngắn ngày.Ứng dụng trí tuệ nhân tạo trong hệ thống điều khiển giám sát quá trình sinh trưởng và bệnh hại cây trồng ngắn ngày.Ứng dụng trí tuệ nhân tạo trong hệ thống điều khiển giám sát quá trình sinh trưởng và bệnh hại cây trồng ngắn ngày.Ứng dụng trí tuệ nhân tạo trong hệ thống điều khiển giám sát quá trình sinh trưởng và bệnh hại cây trồng ngắn ngày.Ứng dụng trí tuệ nhân tạo trong hệ thống điều khiển giám sát quá trình sinh trưởng và bệnh hại cây trồng ngắn ngày.Ứng dụng trí tuệ nhân tạo trong hệ thống điều khiển giám sát quá trình sinh trưởng và bệnh hại cây trồng ngắn ngày.Ứng dụng trí tuệ nhân tạo trong hệ thống điều khiển giám sát quá trình sinh trưởng và bệnh hại cây trồng ngắn ngày.Ứng dụng trí tuệ nhân tạo trong hệ thống điều khiển giám sát quá trình sinh trưởng và bệnh hại cây trồng ngắn ngày.Ứng dụng trí tuệ nhân tạo trong hệ thống điều khiển giám sát quá trình sinh trưởng và bệnh hại cây trồng ngắn ngày.Ứng dụng trí tuệ nhân tạo trong hệ thống điều khiển giám sát quá trình sinh trưởng và bệnh hại cây trồng ngắn ngày.Ứng dụng trí tuệ nhân tạo trong hệ thống điều khiển giám sát quá trình sinh trưởng và bệnh hại cây trồng ngắn ngày.
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGƠ QUANG ƯỚC ỨNG DỤNG TRÍ TUỆ NHÂN TẠO TRONG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT QUÁ TRÌNH SINH TRƯỞNG VÀ BỆNH HẠI CÂY TRỒNG NGẮN NGÀY LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA Hà Nội -2023 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGÔ QUANG ƯỚC ỨNG DỤNG TRÍ TUỆ NHÂN TẠO TRONG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT QUÁ TRÌNH SINH TRƯỞNG VÀ BỆNH HẠI CÂY TRỒNG NGẮN NGÀY Ngành: Kỹ thuật điều khiển tự động hóa Mã số: 9520216 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS TS Bùi Đăng Thảnh TS Ngơ Trí Dương Hà Nội -2023 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan rằng, kết nghiên cứu luận án cơng trình nghiên cứu thân hướng dẫn hai người hướng dẫn khoa học Các nghiên cứu luận án trung thực chưa tác giả khác công bố Hà Nội, ngày 14 tháng năm 2023 Người hướng dẫn Khoa học PGS TS Bùi Đăng Thảnh TS Ngơ Trí Dương i Tác giả luận án Ngô Quang Ước LỜI CẢM ƠN Để luận án hoàn thành, nỗ lực học tập nghiên cứu thân, tơi cịn quan tâm, giúp đỡ động viên nhiều tổ chức cá nhân, nhân tơi xin bày tỏ lịng cảm ơn: Tôi xin chân thành cảm ơn Đại học Bách khoa Hà Nội đồng ý cho thực luận án Cảm ơn thầy cô Phòng đào tạo, Viện Kỹ thuật điều khiển Tự động hóa, Trường Điện - Điện tử ln hỗ trợ tạo điều kiện thuận lợi cho suốt q trình tơi tham gia khóa học Tôi xin trân trọng gửi lời cảm ơn sâu sắc đến hai người thầy giáo hướng dẫn khoa học thầy PGS.TS Bùi Đăng Thảnh thầy TS Ngơ Trí Dương ln quan tâm, động viên hướng dẫn chi tiết mặt chuyên môn suốt q trình tơi thực luận án Đồng thời gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy PGS.TS Nguyễn Quang Địch, Viện trưởng Viện Kỹ thuật điều khiển Tự động hóa, Thầy động viên có góp ý sâu sắc cho định hướng nghiên cứu Tôi xin chân thành cảm ơn thầy cô Ban Giám đốc, Ban Khoa học công nghệ, Ban Tổ chức cán bộ, Khoa Cơ Điện, Bộ môn Hệ thống điện - Học viện Nông nghiệp Việt Nam tạo điều kiện tốt cho tham gia hồn thành chương trình đào tạo Tôi xin chân thành cảm ơn thầy TS Nguyễn Đức Huy - Giám đốc Bệnh viện Cây trồng, thầy TS Vũ Thanh Hải, cô ThS Đặng Thị Hường - Khoa Nông học, Anh ThS Nguyễn Trọng Tú, Anh ThS Nguyễn Thanh Tùng - Viện Nghiên cứu Phát triển trồng - Học viện Nông nghiệp Việt Nam giúp đỡ nhiệt tình việc cung cấp quy trình sản xuất trồng, phương pháp thu thập liệu sinh trưởng, xác định lây nhiễm bệnh trồng, hỗ trợ trình thực nghiệm Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến thầy cô phản biện, thầy cô hội đồng chấm luận án, thầy Viện Kỹ thuật điều khiển Tự động hóa đọc duyệt góp ý kiến q báu để tơi hồn thiện luận án Cuối cùng, Tơi xin gửi lời cảm ơn đặc biệt tới gia đình, Vợ bên động viên, giúp đỡ mặt gia đình tinh thần suốt q trình tơi thực luận án Nghiên cứu sinh ii MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT vi DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ix DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ x MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết luận án Mục tiêu nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn luận án Đóng góp đề tài nghiên cứu: Cấu trúc luận án CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT QUÁ TRÌNH SINH TRƯỞNG VÀ BỆNH HẠI CÂY TRỒNG NGẮN NGÀY .6 1.1 Vai trò điều khiển giám sát trình sinh trưởng bệnh hại trồng ngắn ngày 1.2 Ý nghĩa chiều cao, số diện tích trình sinh trưởng trồng 1.3 Tình hình nghiên cứu hệ thống điều khiển giám sát trình sinh trưởng bệnh hại trồng ngắn ngày 10 1.4 Tình hình nghiên cứu xác định chiều cao, số diện tích trồng ngắn ngày 15 1.5 Tình hình nghiên cứu phương pháp phát bệnh trồng ngắn ngày 20 1.6 Định hướng nghiên cứu luận án …………….26 1.6.1Hướng nghiên cứu luận án 26 1.6.2Dự kiến đóng góp luận án 27 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1: 27 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH CHIỀU CAO, SỐ LÁ VÀ DIỆN TÍCH LÁ CÂY TRỒNG 28 2.1 Phương pháp xác định chiều cao, số diện tích 28 2.2 Đề xuất phương pháp phân vùng trồng 29 2.2.1Phương pháp tính khoảng cách Mahalanobis 30 2.2.2Xác định ngưỡng tối ưu 31 iii 2.2.3Đề xuất thuật toán khoảng cách Mahalanobis sửa đổi (MMD) để phân vùng trồng…… 33 2.2.4Phương pháp đánh giá chất lượng thuật toán nghiên cứu 34 2.2.5Đánh giá thuật toán đề xuất (MMD) 35 2.3 Xác định chiều cao, số diện tích thực nghiệm với dưa chuột 37 KẾT LUẬN CHƯƠNG 2: 40 CHƯƠNG ỨNG DỤNG TRÍ TUỆ NHÂN TẠO PHÁT HIỆN BỆNH TRÊN CÂY TRỒNG NGẮN NGÀY 41 3.1 Cơ sở lý thuyết trí tuệ nhân tạo cho việc phân loại phát bệnh trồng thơng qua hình ảnh 41 3.1.1Khái quát mạng nơron tích chập (CNN) 41 3.1.2Mơ hình CNN phân loại ảnh 46 3.1.3Mơ hình CNN phát đối tượng ảnh 50 3.2 Phân loại phát bệnh hại trồng mơ hình CNN 57 3.2.1Đề xuất kết hợp mơ hình phân loại bệnh hại trồng 57 3.2.2Đề xuất cải tiến mơ hình phát bệnh hại trồng 59 3.3 Phân loại phát bệnh dưa chuột 65 3.3.1Ảnh hưởng bệnh đến trình sản xuất dưa chuột 65 3.3.2Xây dựng sở liệu bệnh dưa chuột 68 3.3.3Phân loại bệnh phấn trắng bệnh sương mai 75 3.3.4Phát bị bệnh phấn trắng bệnh sương mai 82 KẾT LUẬN CHƯƠNG 3: 93 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 94 4.1 Xây dựng thiết lập mô hình nhà lưới thử nghiệm 94 4.2 Thiết kế hệ thống điều khiển giám sát cảnh báo bệnh sương mai bệnh phấn trắng dưa chuột 96 4.2.1Hệ thống phần cứng 97 4.2.2Thuật toán điều khiển hệ thống 98 4.3 Thực nghiệm đánh giá thuật toán xác định chiều cao, số diện tích dưa chuột 100 4.3.1Bố trí mơ hình thực nghiệm 100 4.3.2Kết đánh giá thuật toán đề xuất 101 4.4 Thực nghiệm đánh giá hệ thống điều khiển giám sát cảnh báo bệnh sương mai bệnh phấn trắng dưa chuột 109 4.4.1Bố trí thực nghiệm 109 4.4.2Diễn biến đặc điểm dưa chuột bị nhiễm bệnh 110 iv 4.4.3Kết đánh giá hệ thống điều khiển giám sát cảnh báo bệnh .112 KẾT LUẬN CHƯƠNG 4: 117 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 118 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 120 TÀI LIỆU THAM KHẢO 121 PHỤ LỤC v DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Acc AP B b Bh, By C c j j ̂ Ci C i d ER ELA EN EL f(.) F1-score feature_surfaceout CÁC KÝ HIỆU Ý nghĩa Độ xác mơ hình Độ xác trung bình Số hộp giới hạn lưới Bias Ma trận bias lớp ẩn lớp đầu Hiệp phương sai Khoảng cách đường chéo nhỏ hộp chứa hộp giới hạn dự đoán hộp giới hạn thực Điểm tin cậy hộp dự đoán điểm tin cậy hộp thực Khoảng cách Mahalanobis pixel Đại lượng Error Rate Sai số tương đối diện tích ước tính Sai số tương đối số ước tính Sai số tương đối chiều cao ước tính Hàm kích hoạt The harmonic mean of the precision and recall Bề mặt đặc trưng đầu vi FN (Fault Negative) FNR FP (Fault Positive) FPR H IoU IT k KN L 𝐿𝐴𝑒 𝐿𝐴𝑚 Le 𝐿𝑚 lws lls mAP Ne - Tổng số ảnh lớp xét bị phân loại vào lớp khác - Các điểm ảnh vùng bị phân loại nhầm thành điểm ảnh Đại lượng False Negative Rate - Tổng số ảnh phân loại sai vào lớp xét - Các điểm ảnh vùng bị phân loại nhầm thành điểm ảnh Đại lượng False Positive Rate Vector giá trị đầu đơn vị ẩn Intersection over union hộp giới hạn dự đoán hộp giới hạn thực Ma trận giá trị pixel ảnh nhị phân ảnh màu Kích thước tích chập Khả thuật toán phát bệnh thực nghiệm Số mức xám ảnh kích thước NxN Diện tích vùng ước tính thuật tốn Diện tích vùng tính tốn thủ cơng Chiều cao dưa chuột ước tính thuật toán Chiều cao dưa chuột đo thu công Chiều rộng chiều dài thứ s Giá trị trung bình độ xác trung bình Số lượng trung bình ước tính thuật toán vii Nm 𝑛𝑢 O p Pcl Pj(c) ̂ Pj(c) i i 𝑃𝑙 R2 Rvalue , Bvalue , Gvalue s S2 Tb TN (True Negative) TP (True Positive) Tph w h wgt hgt Wh , Wy wi obj Wij x X xi Y y*m ym λnoobj 𝜃0 𝜃∗0 1 , 𝜇 ρ (b, bgt) 𝜎𝑖 Số lượng trung bình đo thủ công Số lần xuất mức xám u Kích thước bề mặt đặc trưng đầu Khoảng đệm (padding) Số pixel vùng hiệu chuẩn Là xác suất dự đoán xác suất thực mà đối tượng thuộc phân loại c hộp giới hạn thứ j lưới thứ i Số pixel vùng xem xét Hệ số tương quan Giá trị thành phần màu đỏ (Red), xanh lam (Blue) xanh lục (Green) ảnh màu Bước trượt (strides) Số ô lưới ảnh đầu vào Tổng số ảnh bị bệnh mà hệ thống giám sát chụp - Tổng số ảnh lớp khác phân loại - Các điểm ảnh vùng phân loại xác thành điểm ảnh khơng phải - Tổng số ảnh lớp xét phân loại - Các điểm ảnh vùng phân loại xác thành điểm ảnh Tổng số ảnh bị bệnh mà thuật toán phát chiều rộng chiều cao hộp giới hạn dự đoán Chiều rộng chiều cao hộp giới hạn thực Ma trận trọng số lớp ẩn lớp đầu Trọng số tín hiệu vào thứ i Một chức đối tượng Giá trị màu pixel ảnh màu Ma trận giá trị đầu vào Tín hiệu vào thứ i Vector giá trị đầu đơn vị đầu Giá trị thực đầu mạng Tín hiệu nơron thứ m Một tham số trọng số Giá trị ngưỡng xác định trước Giá trị ngưỡng tối ưu Giá trị tham số điều khiển Rvalue Bvalue Giá trị trung bình màu pixel Khoảng cách Euclidean điểm hộp giới hạn dự đoán hộp giới hạn thực Độ lệch chuẩn vùng ảnh i