<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD JATS (Z39.96) Journal Publishing DTD v1.3 20210610//EN" "JATS-journalpublishing1-3.dtd">
<article article-type="research-article" dtd-version="1.3" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" xml:lang="ru"><front><journal-meta><journal-id journal-id-type="publisher-id">vguit</journal-id><journal-title-group><journal-title xml:lang="ru">Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий</journal-title><trans-title-group xml:lang="en"><trans-title>Proceedings of the Voronezh State University of Engineering Technologies</trans-title></trans-title-group></journal-title-group><issn pub-type="ppub">2226-910X</issn><issn pub-type="epub">2310-1202</issn><publisher><publisher-name>VSUET</publisher-name></publisher></journal-meta><article-meta><article-id pub-id-type="doi">10.20914/2310-1202-2023-4-133-138</article-id><article-id custom-type="elpub" pub-id-type="custom">vguit-3428</article-id><article-categories><subj-group subj-group-type="heading"><subject>Research Article</subject></subj-group><subj-group subj-group-type="section-heading" xml:lang="ru"><subject>Пищевая  биотехнология</subject></subj-group><subj-group subj-group-type="section-heading" xml:lang="en"><subject>Food biotechnology</subject></subj-group></article-categories><title-group><article-title>Использование моделей машинного обучения при решении задач в отрасли органического сельского хозяйства</article-title><trans-title-group xml:lang="en"><trans-title>The use of machine learning models in solving problems in the field of organic agriculture</trans-title></trans-title-group></title-group><contrib-group><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Линкина</surname><given-names>А. В.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Linkina</surname><given-names>A. V.</given-names></name></name-alternatives><bio xml:lang="ru"><p>помощник ректора по науке, старший преподаватель, ул. Ленина, 73а, г. Воронеж, Россия</p></bio><bio xml:lang="en"><p>rector assistant, senior lecturer, Lenina str., 73a Voronezh, 394043, Russia</p></bio><email xlink:type="simple">anna_linkina@rambler.ru</email><xref ref-type="aff" rid="aff-1"/></contrib><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Елсуков</surname><given-names>В. Д.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Elsukov</surname><given-names>V. D.</given-names></name></name-alternatives><bio xml:lang="ru"><p>магистр, информатика и вычислительная техника»,</p></bio><bio xml:lang="en"><p>master student, informatics and computer science, Lenina str., 73a Voronezh, 394043, Russia</p></bio><email xlink:type="simple">elsuckov.vyacheslav@gmail.com</email><xref ref-type="aff" rid="aff-1"/></contrib><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Тришин</surname><given-names>А. А.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Trishin</surname><given-names>A. A.</given-names></name></name-alternatives><bio xml:lang="ru"><p>магистр, информатика и вычислительная техника», ул. Ленина, 73а, г. Воронеж, Россия</p></bio><bio xml:lang="en"><p>master student, informatics and computer science, Lenina str., 73a Voronezh, 394043, Russia</p></bio><email xlink:type="simple">trishin.aoff@mail.ru</email><xref ref-type="aff" rid="aff-1"/></contrib></contrib-group><aff-alternatives id="aff-1"><aff xml:lang="ru"><institution>Воронежский институт высоких технологий</institution></aff><aff xml:lang="en"><institution>Voronezh Institute of High Technologies</institution></aff></aff-alternatives><pub-date pub-type="collection"><year>2023</year></pub-date><pub-date pub-type="epub"><day>26</day><month>02</month><year>2024</year></pub-date><volume>85</volume><issue>4</issue><fpage>133</fpage><lpage>138</lpage><permissions><copyright-statement>Copyright &amp;#x00A9; Линкина А.В., Елсуков В.Д., Тришин А.А., 2024</copyright-statement><copyright-year>2024</copyright-year><copyright-holder xml:lang="ru">Линкина А.В., Елсуков В.Д., Тришин А.А.</copyright-holder><copyright-holder xml:lang="en">Linkina A.V., Elsukov V.D., Trishin A.A.</copyright-holder><license xml:lang="ru" license-type="creative-commons-attribution" xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/" xlink:type="simple"><license-p>Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.</license-p></license><license xml:lang="en" license-type="creative-commons-attribution" xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/" xlink:type="simple"><license-p>This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.</license-p></license></permissions><self-uri xlink:href="https://www.vestnik-vsuet.ru/vguit/article/view/3428">https://www.vestnik-vsuet.ru/vguit/article/view/3428</self-uri><abstract><p>В статье отмечается активный экономический рост в отрасли органического сельского хозяйства за последние 5 лет. Вместе с тем указывается, что внедрение элементов искусственного интеллекта способствует его более эффективному развитию. Наряду с широким потенциалом экологического земледелия указывается возможность формирования предиктивных моделей для подбора оптимальных участков под данный вид производства при использовании моделей машинного обучения. В ходе исследования на основе методов оптимизации были построены модели обучения нейронной сети с учителем (модели множественной линейной регрессии, метод k-средних, модели деревьев решений, метод случайного леса и ряд других). Под метриками качества оценки полученных моделей принимались коэффициент детерминации R2 (т. е. доля дисперсии зависимой переменной, объясняемой входящими в модель признаками); точность модели (для моделей классификации) и альтернативную метрику оценка F1 (Accuracy и F1 Score). В моделях анализировались зависимость использования земель в органическом земледелии от типа агроландшафта; агрохимических показателей почвы (прежде всего наличие радионуклидов, тяжелых металлов и остаточных количеств гербицидов/инсектицидов в почве); удаленность от производственных агрокомплексов, скотомогильников, ТБО; учитывались показатели изотерм и изобар и т.п. В качестве программного решения использовалась среда Jupyter Notebook и облачная среда Google Colab, а также стандартные библиотеки Pandas, NumPy, Scikit-learn, SciPy, Tensorflow, Matplotlib и другие. Построены обучающая и тестовая модели на основе множественной модели линейной регрессии в соотношении 70 к 30. В качестве целевой (зависимой) переменной выбрали возможность организации органического сельского хозяйства на конкретном земельном участке. Полученная модель позволяла оценить важность признаков для определения зависимости целевой переменной от входящих, а также дать прогноз по возможности перехода конкретного земельного участка на стандарт ведения органического земледелия. Таким образом нами были оценены 114 земельных участков площадью от 23 до 189 га на территории 13 муниципальных районов Воронежской области (Лискинский, Острогожский, Богучарский, Грибановский, Верхнехавский, Калачеевский, Панинский, Верхнемамонский, Новоусманский, Бутурлиновский, Таловский, Эртильский, Бобровский). Установлено, что пригодными для первичной оценки по стандарту органического производства из них являлись 34 участка без дополнительных условий, еще 27 – с учетом периода конверсии в течение 3 лет. Остальные участки не являлись пригодными для целей ведения органического земледелия.</p></abstract><trans-abstract xml:lang="en"><p>The article notes the active economic growth in the field of organic agriculture over the past 5 years. At the same time, the introduction of elements of artificial intelligence contributes to its more effective development. power with broad potential for ecological farming, development of the ability to form predictive models for selecting optimal sites for a given type of production using machine learning models. During the study, based on optimization methods, supervised neural network training models were built (set linear regression models, k-means method, computational model, random forest method and others). Under the quality metrics, the measured models are taken by the coefficient of determination R2 (i.e., the proportion of the variance of the dependent variable explained by the currents included in the model); model accuracy (for classifying models) and an alternative F1 score metric (accuracy and F1 score). The models analyzed the dependence of land use in organic farming such as an agricultural landscape; agrochemical soil conditions (primarily the presence of radionuclides, confirmed metals and herbicide/insecticide residues in the soil); remoteness from industrial agricultural complexes, cattle burial grounds, solid waste; indicators of isotherms and isobars, etc. were taken into account. The software solutions used were the Jupyter Notebook environment and the Google Colab cloud environment, as well as the standard libraries Pandas, NumPy, Scikit-learn, SciPy, Tensorflow, Matplotlib and others. Training and testing models were built based on a multiple linear regression model in a block of 70 to 30. The possibility of organizing organic agriculture on a specific land plot is turned off as a switching (dependent) variable. The resulting radius model evaluates the criteria for determining the dependence of a variable on an input one, and also gives a forecast of the possibility of transitioning a land plot to standard methods of organic farming..</p></trans-abstract><kwd-group xml:lang="ru"><kwd>органическое земледелие</kwd><kwd>машинное обучение</kwd><kwd>модели множественной линейной регрессии</kwd><kwd>агроландшафт</kwd><kwd>продуктивность угодий</kwd><kwd>урожайность</kwd><kwd>средства защиты растений</kwd><kwd>агрохимические показатели</kwd></kwd-group><kwd-group xml:lang="en"><kwd>organic farming</kwd><kwd>machine learning</kwd><kwd>multiple linear regression models</kwd><kwd>agricultural landscape</kwd><kwd>land productivity</kwd><kwd>yield</kwd><kwd>plant protection products</kwd><kwd>agrochemical indicators</kwd></kwd-group><funding-group><funding-statement xml:lang="ru">Статья публикуется при грантовой поддержке  Федерального агентства по делам молодёжи  (Росмолодёжь) Соглашение № 091–10–2023–069 от  23.05.2023 г. проект «Наука рядом»</funding-statement></funding-group></article-meta></front><back><ref-list><title>References</title><ref id="cit1"><label>1</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Fu R., Ren X., Li Y., Wu Y. et al. Machine Learning-Based UAV Assisted Agricultural Information Security Architecture and Intrusion Detection // IEEE Internet of Things Journal. 2023.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Fu R., Ren X., Li Y., Wu Y. et al. Machine Learning-Based UAV Assisted Agricultural Information Security Architecture and Intrusion Detection. IEEE Internet of Things Journal. 2023.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit2"><label>2</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Kumar A., Saha S., Layek J., Babu S. et al. Organic farming in Indian Himalayan Region: Innovations for sustainability // Indian Journal of Agronomy. 2023. № 68. P. 36–51.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Kumar A., Saha S., Layek J., Babu S. et al. Organic farming in Indian Himalayan Region: Innovations for sustainability. Indian Journal of Agronomy. 2023. no. 68. pp. 36–51.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit3"><label>3</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Депресова А.Е., Амирова Э.Ф., Кириллова О.В. Интеллектуальные системы для решения комплексных задач в АПК-секторе // Развитие АПК и сельских территорий в условиях модернизации экономики. 2023. С. 93-99.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Depresova A.E., Amirova E.F., Kirillova O.V. Intelligent systems for solving complex problems in the agro-industrial sector. Development of the agro-industrial complex and rural territories in the context of economic modernization. 2023. pp. 93-99. (in Russian).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit4"><label>4</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Кулагина В.И., Рязанов С.С., Сунгатуллина Л.М., Хайруллина А.М. и др. Оценка пригодности почв для органического земледелия // Российский журнал прикладной экологии. 2020. № 4 (24). С. 19–25. doi: 10.24411/2411–7374–2020–10030</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Kulagina V.I., Ryazanov S.S., Sungatullina L.M., Khairullina A.M. et al. Assessment of soil suitability for organic farming. Russian Journal of Applied Ecology. 2020. no. 4 (24). pp. 19–25. doi: 10.24411/2411–7374–2020–10030 (in Russian).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit5"><label>5</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Свидетельство о регистрации базы данных № 2023624054, RU. Набор данных для машинного обучения анализа картографических изображений / Линкина А.В. № 2023623663; Заявл. 01.11.2023; Опубл. 20.11.2023.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Linkina A.V. Data set for machine learning analysis of cartographic images. Database registration certificate RF, no. 2023624054, 2023.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit6"><label>6</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Линкина А.В. Современные вызовы цифровой трансформации АПК в контексте стратегии социально-экономического развития Воронежской области на период до 2035 года // Современные проблемы экономики и менеджмента: материалы международной научно-практической конференции, посвященной 30 летию со дня основания АНОО ВО Воронежского института высоких технологий. 2022. С. 236–239.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Linkina A.V. Modern challenges of digital transformation of the agro-industrial complex in the context of the strategy of socio-economic development of the Voronezh region for the period until 2035. Modern problems of economics and management: materials of the international scientific and practical conference dedicated to the 30th anniversary of the founding of the Voronezh Institute of High Technologies. 2022. pp. 236–239. (in Russian).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit7"><label>7</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Мерзлая Г.Е., Афанасьев Р.А. Эффективность органического земледелия // Плодородие. 2020. №. 5 (116). С. 56–60. doi:10.25680/S19948603.2020.116.16</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Merzlaya G.E., Afanasyev R.A. Efficiency of organic farming. Fertility. 2020. no. 5 (116). pp. 56–60. doi:10.25680/S19948603.2020.116.16 (in Russian).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit8"><label>8</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Новосельцева Н.Г. Инновационные технологии органического земледелия // Инновационная наука. 2016. № 5–1 (17). С. 152–153.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Novoseltseva N.G. Innovative technologies of organic farming. Innovative science. 2016. no. 5–1 (17). pp. 152–153. (in Russian).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit9"><label>9</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Окорков В.В., Фенова О.А., Окоркова Л.А. Использование влаги культурами севооборотов и их продуктивность при применении удобрений на серых лесных почвах Верхневолжья // Владимирский земледелец. 2019. № 1 (87). С. 4–11. doi:10.24411/2225–2584–2019–10046</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Okorkov V.V., Fenova O.A., Okorkova L.A. The use of moisture by crop rotation crops and their productivity when applying fertilizers on gray forest soils of the Upper Volga region. Vladimir Farmer. 2019. no. 1 (87). pp. 4–11. doi:10.24411/2225–2584–2019–10046 (in Russian).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit10"><label>10</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Viana C.M., Santos M., Freire D., Abrantes P. et al. Evaluation of the factors explaining the use of agricultural land: A machine learning and model-agnostic approach // Ecological Indicators. 2021. V. 131. P. 108200.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Viana C.M., Santos M., Freire D., Abrantes P. et al. Evaluation of the factors explaining the use of agricultural land: A machine learning and model-agnostic approach. Ecological Indicators. 2021. vol. 131. pp. 108200.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit11"><label>11</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Sakhaee A. Gebauer A., Ließ M., Don A. Spatial prediction of organic carbon in German agricultural topsoil using machine learning algorithms // Soil. 2022. V. 8. №. 2. P. 587-604. doi:10.5194/soil-8-587-2022</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Sakhaee A. Gebauer A., Ließ M., Don A. Spatial prediction of organic carbon in German agricultural topsoil using machine learning algorithms. Soil. 2022. vol. 8. no. 2. pp. 587-604. doi:10.5194/soil-8-587-2022</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit12"><label>12</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Kaya F., Keshavarzi A., Francaviglia R., Kaplan G. et al. Assessing machine learning-based prediction under different agricultural practices for digital mapping of soil organic carbon and available phosphorus // Agriculture. 2022. V. 12. №. 7. P. 1062.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Kaya F., Keshavarzi A., Francaviglia R., Kaplan G. et al. Assessing machine learning-based prediction under different agricultural practices for digital mapping of soil organic carbon and available phosphorus. Agriculture. 2022. vol. 12. no. 7. pp. 1062.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit13"><label>13</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Burdett H., Wellen C. Statistical and machine learning methods for crop yield prediction in the context of precision agriculture // Precision Agriculture. 2022. V. 23. №. 5. P. 1553-1574.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Burdett H., Wellen C. Statistical and machine learning methods for crop yield prediction in the context of precision agriculture. Precision Agriculture. 2022. vol. 23. no. 5. pp. 1553-1574.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit14"><label>14</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Stetter C., Mennig P., Sauer J. Using machine learning to identify heterogeneous impacts of agri-environment schemes in the eu: a case study // European Review of Agricultural Economics. 2022. V. 49. №. 4. P. 723-759.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Stetter C., Mennig P., Sauer J. Using machine learning to identify heterogeneous impacts of agri-environment schemes in the eu: a case study. European Review of Agricultural Economics. 2022. vol. 49. no. 4. pp. 723-759.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit15"><label>15</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Solaiman S., Salaheen S. Future of organic farming: bringing technological marvels to the field // Safety and practice for organic food. Academic Press, 2019. P. 291-303.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Solaiman S., Salaheen S. Future of organic farming: bringing technological marvels to the field. Safety and practice for organic food. Academic Press, 2019. pp. 291-303.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit16"><label>16</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Lacoste M., Minasny B., McBratney A., Michot D. et al. High resolution 3D mapping of soil organic carbon in a heterogeneous agricultural landscape // Geoderma. 2014. V. 213. P. 296-311.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Lacoste M., Minasny B., McBratney A., Michot D. et al. High resolution 3D mapping of soil organic carbon in a heterogeneous agricultural landscape. Geoderma. 2014. vol. 213. pp. 296-311.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit17"><label>17</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Giannarakis G., Sitokonstantinou V., Lorilla R.S., Kontoes C. et al. Towards assessing agricultural land suitability with causal machine learning // Proceedings of the IEEE/CVF Conference on Computer Vision and Pattern Recognition. 2022. P. 1442-1452.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Giannarakis G., Sitokonstantinou V., Lorilla R.S., Kontoes C. et al. Towards assessing agricultural land suitability with causal machine learning. Proceedings of the IEEE/CVF Conference on Computer Vision and Pattern Recognition. 2022. pp. 1442-1452.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit18"><label>18</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Demir S., Dedeoğlu M., Başayiğit L. Yield prediction models of organic oil rose farming with agricultural unmanned aerial vehicles (UAVs) images and machine learnaing algorithms // Remote Sensing Applications: Society and Environment. 2024. V. 33. P. 101131.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Demir S., Dedeoğlu M., Başayiğit L. Yield prediction models of organic oil rose farming with agricultural unmanned aerial vehicles (UAVs) images and machine learnaing algorithms. Remote Sensing Applications: Society and Environment. 2024. vol. 33. pp. 101131.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit19"><label>19</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Taghizadeh-Mehrjardi R., Nabiollahi K., Rasoli L., Kerry R. et al. Land suitability assessment and agricultural production sustainability using machine learning models // Agronomy. 2020. V. 10. №. 4. P. 573. doi: 10.3390/agronomy10040573</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Taghizadeh-Mehrjardi R., Nabiollahi K., Rasoli L., Kerry R. et al. Land suitability assessment and agricultural production sustainability using machine learning models. Agronomy. 2020. vol. 10. no. 4. pp. 573. doi: 10.3390/agronomy10040573</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit20"><label>20</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Møller A.B., Mulder V.L., Heuvelink G.B., Jacobsen N.M. et al. Can we use machine learning for agricultural land suitability assessment? // Agronomy. 2021. V. 11. №. 4. P. 703. doi: 10.3390/agronomy11040703</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Møller A.B., Mulder V.L., Heuvelink G.B., Jacobsen N.M. et al. Can we use machine learning for agricultural land suitability assessment? Agronomy. 2021. vol. 11. no. 4. pp. 703. doi: 10.3390/agronomy11040703</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit21"><label>21</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru"></mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en"></mixed-citation></citation-alternatives></ref></ref-list><fn-group><fn fn-type="conflict"><p>The authors declare that there are no conflicts of interest present.</p></fn></fn-group></back></article>
