تاریخچه مطالعه بر روی علف های هرز

تحقیقات علف‌های هرز در وزارت كشاورزی سابق از سال 1319 آغاز گردید. همان سال نخستین مقاله در این زمینه در مجله فلاحت به چاپ رسید. در سالهای 1319 و 1320، تحقیقات علف‌های هرز در اداره كل بررسیها و بنگاه اصلاح بذر ادامه داشت. پس از آن پژوهشهای پراكنده‌ای صورت گرفت. از سال 1325 در وزارت كشاورزی مرحوم مهندس عین اله بهبودی مطالعاتی جهت شناسایی علف های هرز مزارع انجام داد. در سال 1340 كتابی بنام “علف‌های هرزه” توسط ایشان تدوین و چاپ شد. درآن کتاب به معرفی برخی از علف‌های هرز و روشهای كنترل آنها اشاره شده بود.

همزمان با این بررسیها، گیاه شناسانی مانند مرحوم دكتر اسفندیار اسفندیاری، مرحوم دكترحبیب اله ثابتی و مرحوم دكتر محمد صانعی شریعت پناهی در شناسایی علف‌های هرز ایران فعالیت نمودند. مهندس بهبودی در سال 1336 پس از احداث آزمایشگاه بیولوژی ورامین امور بررسی علف های هرز را در این آزمایشگاه متمركز كرد.

در این آزمایشگاه از سال 1338 تحقیقاتی در زمینه شناسایی آنها و نحوه كنترل شیمیایی آن شروع شد. تعدادی علف كش در مزارع برنج گیلان در آن مجموعه مورد بررسی قرار گرفت.

در سال 1362 تحقیقات علف های هرز از ورامین به بخش تازه تاسیس علف های هرز در موسسه تحقیقات آفات و بیماریهای گیاهی منتقل شد. در سال 1375 با تلاش دکتر سید جواد انگجی و مهندس محمد رضا موسوی ساخت بخش جدید تحقیقات علف‌های‌هرز آغاز و در سال 1378بخش جدید تحقیقات علف های هرز افتتاح شد. با همت دكتر حمید رحیمیان (مسئول وقت بخش) بخش تحقیقات علف‌های‌هرز از نظر نیروی انسانی و فضای فیزیكی متحول شد.

در سال 1379 تا 1384 دكتر محمدعلی باغستانی میبدی مسئولیت بخش را عهده دار شد. در آنزمان آزمایشگاه‌های تحقیقاتی متعددی مانند آزمایشگاه اكوفیزیولوژی، آزمایشگاه كنترل بیولوژیكی و آللوپاتی، آزمایشگاه مقاومت به علف‌كش‌ها، آزمایشگاه GIS، مجموعه گلخانه‌ها و خزانه‌ تحقیقاتی راه‌اندازی شد.

 

راهنمای شناسایی علف هرز

با توجه به اهمیت این پژوهش از لحاظ شناسایی و تراکم علفهای هرز، می توان در زمینه های مختلفی ازجمله: تشخیص آفات، میزان تراکم محصول تحقیق کرد. به علت تلف شدن زمان و رفت وآمد مشکل در مزرعه ی چغندر توسط کشاورز جهت تشخیص نوع و میزان تراکم علف های هرز، اهمیت این پژوهش با ارزش می باشد. در هنگام استفاده از پهباد باید دستگاه از لحاظ ارتفاع و موقعیت GPS کالیبره شودکه این کار مطابق مراحل مختلفی که در کنترل آن وجود دارد و به کمک ماهواره ها صورت می گیرد. بعداز کالیبره کردن ارتفاع پرواز، 5/6 مترمناسب ترین حالت عکس برای برداری شد .

 

تشخیص جوانه علف‌های هرز از بذرها

راهنمای شناسایی علف هرز

در مرحله ی بعد به عکس برداری از زمین مورد نظر که زیرکشت چغندرقند به مساحت 3000 متر است پرداخته شد. این زمین به صورت مساوی به 3 ردیف 12 تایی تقسیم شد و از هر قسمت به صورت جداگانه عکس گرفته شد. در این مرحله، تعیین مختصات هر قطعه با استفاده از GPS صورت گرفت. این کار برای یک پارچه کردن تصاویر با کمک مختصات و نرم افزار ARCGIS انجام شد. در این مرحله باید بتوان با روش های موجود در پردازش تصویر و هوش مصنوعی بین تصاویر هوایی گرفته شده و علف‌های هرز موجود ارتباطی به صورت یک مدل و الگوریتم خاص ارائه نمود.

تشخیص علف هرز از برگ چغندر قند با استفاده از پهباد و پردازش تصویر

 

در این تحقیق چهار نوع علف هرز در نظر گرفته شد(توق-سلمه تره -پیچک-شیرین بیان) و علف هرزی که بیشترین سطح گستردگی را در سطح مزرعه دارد مورد توجه خواهد بود. در مرحله ی بعد یک پارچه کردن تصاویر با استفاده از نرم افزار ARCGIS انجام شد. بعد از آن نقاط مربوط به علف های هرزبر روی نقش مشخص شدکه علف های هرز مورد نظر (پیچک 74 ، سلمه تره 311 ، شیرین بیان 46 ،توق 88) جمعا 519 بوته بود. در قسمت بعد ضروری بود که تصویر اصلی با اندازه های تغییر یافته به قطعه های کوچکی تقسیم گردد و مطالعات مربوط به تشخیص علف هرز برروی تک تک آن قطعات صورت پذیرد. که وضوح 100 × 100 مناسب برای قطعات عکس نظرگرفته شد.

 

چرا که قطعه های تصویر با این وضوح هر کدام یک بوته ی کامل از چغندر قند یا علف هرز را پوشش می داد. همچنین موقعیت اصلی علف های هرز در تصاور قطعه بندی شده شناسایی شد و نزدیک به 17 پارامتر از هر بوته علف هرز داده برداری شد. برای اینکه مدل استخراج شده قادر به تشخیص اشیاء غیر علف هرز از علف هرز باشند، لازم بود تصاویری از بوته های چغندر، زمین زراعی و دیگر علف های هرز که مورد مطالعه نمی باشد، به مجموعه ی داده ها اضافه شود که تصاویر غیر هدف شامل 500 تصویر در نظر گرفته شد.

 

بعد از در نظر گرفتن همه ی موارد از 1019 تصویر داده برداری شد (519 بوته علف هرز و 500 اشیاء غیره). تعداد داده‌های استخراج ‌شده از هر عکس 17 پارامتر بود. با استفاده از درختتصمیم از بین 17 پارامتر ورودی بهترین پارامتر ها موثر برای هر یک از علف های هرز انتخاب شد و سپس با استفاده از نرم افزار متلب و به کمک ANFIS مدل سازی انجام گرفت.

تشخیص علف هرز از برگ چغندر قند با استفاده از پهباد و پردازش تصویر

 

در این مرحله به تدوین تک تک مدل های علف هرز پرداخته شد. در تدوین تشخیص مدل پیچک که 74 بوته بود با استفاده از درخت تصمیم پارامتر های مهم انتخاب شد و این پارامتر ها ورودی های مدل ANFIS جهت تشخیص پیچک از غیر آن مورد استفاده قرار گرفت. نتایج نشان داد که با توجه به ماتریس اغتشاش مدل پیچک از 75 نمونه‌ای که پیچک بود، 51 نمونه به درستی و 24 نمونه اشتباه غیر پیچک تشخیص داد و از 944 نمونه‌ای که پیچک نبوده ، 914 نمونه به درستی و 30 نمونه اشتباه پیچک تشخیص داد‌.

راهنمای شناسایی علف هرز

در کل مدل 7/94 درصد عملکرد درست داشته و تنها 4/5 درصد خطا داشت. همچنین برای علف هرز سلمه تره، شیرین بیان و توق نیز طبق مراحل فوق مدل به ترتیب 6/86، 5/98 و 9/97 درصد عملکرد درست داشت. در مرحله ی بعد، 4 نوع علف هرز به صورت یکجا جمع بندی و مدل شد، که 24 حالت به وجود آمد. حالت های 9، 10،12، بهترین حالت بودند، که 6/84% درصد عملکرد بهتری نسبت به بقیه مدل ها داشتند.

 

 

در مرحله ی آخر تدوین یک مدل جامع برای هر چهار علف هرز بودکه طبق مراحل بالا برای هر چهار علف هرز به صورت یکجا انجام شد. که مدل در کل از 1019 نمونه 925 نمونه را به درستی تشخیص داد و تنها 96 اشتباه داشت که به نظر مدل خوبی بود و 80/90% درصد عملکرد درست داشته و تنها 2/9% درصد خطا دارد.

 

در ضمن قابلیت اعتماد به نتایج مدل(احتمال صحیح بودن پاسخ) زمانی که خروجی مدل پیچک ،سلمه تره ، شیرین بیان توق و زمانی که غیر ازاین 4 نوع علف هرز بود 82% میانگین آنها بود. در مورد میزان صرفه جویی در مصرف سم به طور میانگین 4/90 درصد کاهش سم خواهیم داشت که به طور چشم گیری از هزینه ی زیادی سم و از آلودگی محیط جلوگیری می کند. همچنین باعث کاهش خسارت به محصول می شود.