Internet of Things (IoT) technology allows the control and management of systems independent of humans. Internet of things based agriculture applications have become widespread as a solution to the problems of food consumption and water scarcity in agriculture as the World population has increased gradually. Soil moisture is an important factor for agriculture production and hydrological cycles and the prediction of soil moisture is required in developing agricultural practices. In this study, an IoT-based irrigation system prototype is presented which consist of Esp8266 Wifi module, humidity and temperature, soil moisture, rain and ultraviolet sensors connected to the Arduino Uno board. Then, using the prototype system, data are collected from the pilot area determined in half-hour periods for 55 days and saved over the cloud with ThingSpeak. The soil moisture value is estimated by applying different machine learning regression models such as multiple linear, polynomial, support vector, decision tree and random forest regression using the collected data. The results obtained are compared according to the coefficient of determination and mean square error criteria to examine the success of these algorithms. The random forest regression model has found to be superior to other machine learning algorithms for soil moisture estimation.
Soil Moisture Prediction, Machine Learning Regression Models, Internet of Things, ThingSpeak
Nesnelerin İnterneti (IoT) teknolojisi, sistemlerin insanlardan bağımsız olarak kontrol edilmesine ve yönetilmesine olanak tanır. Nesnelerin interneti tabanlı tarım uygulamaları, dünya nüfusunun giderek artmasıyla tarımda gıda tüketimi ve su kıtlığı sorunlarına çözüm olarak yaygınlaşmıştır. Toprak nemi, tarımsal üretim ve hidrolojik döngüler için önemli bir faktördür ve tarımsal uygulamaların geliştirilmesinde toprak neminin tahmin edilmesi gerekmektedir. Bu çalışmada Arduino Uno kartına bağlı Esp8266 Wifi modülü, nem ve sıcaklık, toprak nemi, yağmur ve ultraviyole sensörlerinden oluşan IoT tabanlı bir sulama sistemi prototipi sunulmuştur. Daha sonra prototip sistemi kullanılarak 55 gün boyunca yarım saatlik periyotlarla belirlenen pilot alandan veriler toplanır ve ThingSpeak ile bulut üzerinden kaydedilir. Toplanan veriler kullanılarak çoklu doğrusal, polinomal , destek vektörü, karar ağacı ve rastgele orman regresyonu gibi farklı makine öğrenimi regresyon modelleri uygulanarak toprak nem değeri tahmin edilir. Elde edilen sonuçlar, bu algoritmaların başarısını incelemek için belirlilik katsayısı ve ortalama kare hatası kriterlerine göre karşılaştırılır. Rastgele orman regresyon modeli toprak nem tahmini için diğer makine öğrenmesi algoritmalarından daha üstün bulunmuştur
Toprak Nem Tahmini, Makine Öğrenmesi Regresyon Modelleri, Nesnelerin İnterneti, ThingSpeak
Birincil Dil | İngilizce |
---|---|
Konular | Mühendislik |
Bölüm | Makaleler |
Yazarlar |
|
Yayımlanma Tarihi | 30 Aralık 2021 |
Yayınlandığı Sayı | Yıl 2021, Cilt 37, Sayı 3 |
Bibtex | @araştırma makalesi { erciyesfen949044, journal = {Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Fen Bilimleri Dergisi}, issn = {1012-2354}, address = {ERCİYES ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ 38039 Kayseri, TÜRKİYE}, publisher = {Erciyes Üniversitesi}, year = {2021}, volume = {37}, number = {3}, pages = {479 - 487}, title = {Comparison of Machine Learning Regression Models for Prediction of Soil Moisture with the use of Internet of Things Irrigation System Data}, key = {cite}, author = {Babayiğit, Bilal and Büyükpatpat, Belkıs} } |
APA | Babayiğit, B. & Büyükpatpat, B. (2021). Comparison of Machine Learning Regression Models for Prediction of Soil Moisture with the use of Internet of Things Irrigation System Data . Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Fen Bilimleri Dergisi , 37 (3) , 479-487 . Retrieved from https://dergipark.org.tr/tr/pub/erciyesfen/issue/67552/949044 |
MLA | Babayiğit, B. , Büyükpatpat, B. "Comparison of Machine Learning Regression Models for Prediction of Soil Moisture with the use of Internet of Things Irrigation System Data" . Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Fen Bilimleri Dergisi 37 (2021 ): 479-487 <https://dergipark.org.tr/tr/pub/erciyesfen/issue/67552/949044> |
Chicago | Babayiğit, B. , Büyükpatpat, B. "Comparison of Machine Learning Regression Models for Prediction of Soil Moisture with the use of Internet of Things Irrigation System Data". Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Fen Bilimleri Dergisi 37 (2021 ): 479-487 |
RIS | TY - JOUR T1 - Comparison of Machine Learning Regression Models for Prediction of Soil Moisture with the use of Internet of Things Irrigation System Data AU - Bilal Babayiğit , Belkıs Büyükpatpat Y1 - 2021 PY - 2021 N1 - DO - T2 - Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Fen Bilimleri Dergisi JF - Journal JO - JOR SP - 479 EP - 487 VL - 37 IS - 3 SN - 1012-2354- M3 - UR - Y2 - 2021 ER - |
EndNote | %0 Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Fen Bilimleri Dergisi Comparison of Machine Learning Regression Models for Prediction of Soil Moisture with the use of Internet of Things Irrigation System Data %A Bilal Babayiğit , Belkıs Büyükpatpat %T Comparison of Machine Learning Regression Models for Prediction of Soil Moisture with the use of Internet of Things Irrigation System Data %D 2021 %J Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Fen Bilimleri Dergisi %P 1012-2354- %V 37 %N 3 %R %U |
ISNAD | Babayiğit, Bilal , Büyükpatpat, Belkıs . "Comparison of Machine Learning Regression Models for Prediction of Soil Moisture with the use of Internet of Things Irrigation System Data". Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Fen Bilimleri Dergisi 37 / 3 (Aralık 2021): 479-487 . |
AMA | Babayiğit B. , Büyükpatpat B. Comparison of Machine Learning Regression Models for Prediction of Soil Moisture with the use of Internet of Things Irrigation System Data. Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Fen Bilimleri Dergisi. 2021; 37(3): 479-487. |
Vancouver | Babayiğit B. , Büyükpatpat B. Comparison of Machine Learning Regression Models for Prediction of Soil Moisture with the use of Internet of Things Irrigation System Data. Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Fen Bilimleri Dergisi. 2021; 37(3): 479-487. |
IEEE | B. Babayiğit ve B. Büyükpatpat , "Comparison of Machine Learning Regression Models for Prediction of Soil Moisture with the use of Internet of Things Irrigation System Data", Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Fen Bilimleri Dergisi, c. 37, sayı. 3, ss. 479-487, Ara. 2021 |
✯ Etik kurul izni gerektiren, tüm bilim dallarında yapılan araştırmalar için etik kurul onayı alınmış olmalı, bu onay makalede belirtilmeli ve belgelendirilmelidir.
✯ Etik kurul izni gerektiren araştırmalarda, izinle ilgili bilgilere (kurul adı, tarih ve sayı no) yöntem bölümünde, ayrıca makalenin ilk/son sayfalarından birinde; olgu sunumlarında, bilgilendirilmiş gönüllü olur/onam formunun imzalatıldığına dair bilgiye makalede yer verilmelidir.
✯ Dergi web sayfasında, makalelerde Araştırma ve Yayın Etiğine uyulduğuna dair ifadeye yer verilmelidir.
✯ Dergi web sayfasında, hakem, yazar ve editör için ayrı başlıklar altında etik kurallarla ilgili bilgi verilmelidir.
✯ Dergide ve/veya web sayfasında, ulusal ve uluslararası standartlara atıf yaparak, dergide ve/veya web sayfasında etik ilkeler ayrı başlık altında belirtilmelidir. Örneğin; dergilere gönderilen bilimsel yazılarda, ICMJE (International Committee of Medical Journal Editors) tavsiyeleri ile COPE (Committee on Publication Ethics)’un Editör ve Yazarlar için Uluslararası Standartları dikkate alınmalıdır.
✯ Kullanılan fikir ve sanat eserleri için telif hakları düzenlemelerine riayet edilmesi gerekmektedir.