AgriDrone AI : نظام ذكي بالطائرات بدون طيار للكشف الآني عن أمراض النبات باستخدام YOLOv8 وإنترنت الأشياء

الملخص

تواجه الزراعة تحديات كبيرة بسبب أمراض النبات، مما يؤدي إلى خسائر اقتصادية فادحة وانخفاض في غلال المحاصيل. يقدم هذا البحث نظام "أغري درون إيه آي" (AgriDrone AI)، وهو نظام ذكي يدمج الطائرات بدون طيار (UAVs) ومستشعرات إنترنت الأشياء (IoT) والتعلم العميق للكشف عن أمراض النبات في الوقت الفعلي. تم تطوير النظام والتحقق من صحته كحمل مختبري (bench-top payload)، مما يثبت وظائفه الشاملة من البداية إلى النهاية، والتي تشمل التقاط الصور، والمعالجة، واكتشاف الأمراض، وتصور البيانات. على الرغم من أن النظام مصمم للتكامل مع الطائرات بدون طيار، وأن جميع مكوناته قد تم التحقق منها مختبرياً، إلا أن التحقق الكامل أثناء الطيران يظل عملاً مستقبلياً. يعتمد النظام على كاميرا ESP32-CAM لالتقاط الصور الجوية، ومتحكم دقيق ESP32 مزود بمستشعر DHT11 لرصد الظروف البيئية، ونظام تحديد المواقع العالمي (GPS) لتحديد الموقع الجغرافي بدقة. تُنقل الصور عبر بروتوكول HTTPS إلى خادم أرضي، حيث تُحسَّن جودتها بواسطة معالجات OpenCV المسبقة قبل إجراء الاستدلال باستخدام نموذج YOLOv8. دُرِّب النموذج على مجموعة بيانات PlantVillage التي تحتوي على 25,274 صورة موزعة على 29 فئة من الأمراض. أظهرت النتائج التجريبية أداءً قوياً، حيث بلغت معايير الدقة (Precision) 0.7426، والاستدعاء (Recall) 0.6722، ومتوسط الدقة المتوسط عند عتبة 50% (mAP@50) 0.7319. كما حقق النظام زمن استدلال قدره 243.75 مللي ثانية ومعدل معالجة 4.07 إطار في الثانية، مما يؤكد ملاءمته للتطبيقات الزراعية الآنية. وتوفر لوحة التحكم المستندة إلى الويب تصوراً بديهياً لاكتشاف الأمراض، والمقاييس البيئية، ورسم الخرائط الجغرافية المكانية، مما يتيح اتخاذ قرارات مدروسة في مجال الزراعة الدقيقة.