DOI:10.26820/recimundo/5.(1).enero.2021.4-19URL: http://recimundo.com/index.php/es/article/view/978EDITORIAL: Saberes del ConocimientoREVISTA: RECIMUNDOISSN: 2588-073XTIPO DE INVESTIGACIÓN: Artículo de CientificoCÓDIGO UNESCO: 1203 Ciencia de los OrdenadoresPAGINAS: 4-19Estudio del uso de técnicas de inteligencia artificial aplicadas para análisis de suelos para el sector agrícolaStudy of the use of artificial intelligence techniques applied to the analysis of soils for the agricultural sectorEstudo do uso de técnicas de inteligência artificial aplicadas à análise de solos para o setor agrícolaJuan Sebastian Bonilla Segovia1; Francisco Andrés Dávila Rojas2; Manuel William Villa Quishpe3RECIBIDO: 28/11/2020ACEPTADO: 06/12/2020 PUBLICADO: 31/01/20211. Universidad Técnica Cotopaxi, Latacunga, Ecuador; juan.bonilla4105@utc.edu.ec; https://orcid.org/0000-0002-7412-8176 2. Universidad Técnica Cotopaxi, Latacunga, Ecuador; francisco.davila2@utc.edu.ec; https://orcid.org/0000-0002-4504-24963. Magister en Interconectividad de Redes; Diploma Superior en Comercio Exterior; Licenciado en Sistemas Computaciona-les; Ingeniero en Sistemas e Informática; Universidad Técnica Cotopaxi, Latacunga; Ecuador; manuel.villa@utc.edu.ec; https://orcid.org/0000-0001-5827-8337CORRESPONDENCIAJuan Sebastian Bonilla Segoviajuan.bonilla4105@utc.edu.ecLatacunga, Ecuador© RECIMUNDO; Editorial Saberes del Conocimiento, 2021
RESUMEN La aplicación de la inteligencia artificial (IA) ha sido evidente en el sector agrícola. Hoy en día, la agricultura se enfrenta a numerosos desafíos para maximizar su rendimiento, incluidos tratamientos inadecuados del suelo, infestación de enferme-dades, plagas, entre otros, por lo que la necesidad del manejo de big data se ha vuelto un requisito fundamental en este sector para incrementar el conocimiento entre los agricultores y la tecnología. El concepto principal de IA en la agricultura es su flexibilidad, alto rendimiento, precisión y rentabilidad. La automatización de la agricultura es la principal preocupa-ción y el tema emergente de todos los países, ya que, los métodos tradicionales utilizados por los agricultores ya no son suficientes para satisfacer la creciente demanda de aumento de la población. En relación con esto, se introdujeron nuevos métodos automatizados que satisfacen las necesidades alimentarias y proporcionan grandes oportunidades de empleo, trayendo una revolución agrícola en este sector. El uso de inteligencia artificial y de las nuevas tecnologías ha protegido el cultivo a través del rendimiento de varios factores como los cambios climáticos, el crecimiento de la población, los pro-blemas de empleo y la seguridad alimentaria, brindando beneficios en el uso adecuado del agua, pesticidas, herbicidas, así como también, ayudando en el uso eficiente de la mano de obra, elevando la productividad, mejorando la calidad y manteniendo la fertilidad del suelo. Este artículo presenta una revisión de las aplicaciones de la IA en el suelo, manejo de cultivos, manejo de malezas y enfermedades por administración. Se presta especial atención a la fuerza y limitaciones de la aplicación y la forma de utilizar expertos sistemas para una mayor productividad.Palabras clave: Inteligencia artificial, agricultura, manejo del suelo, manejo de cultivos, rendimiento.ABSTRACTThe application of artificial intelligence (AI) has been evident in the agricultural sector. Today, agriculture faces numerous challenges to maximize its yield, including inadequate soil treatments, disease infestation, pests, among others, so the need to manage big data has become a fundamental requirement in this sector to increase knowledge among farmers and technology. The main concept of AI in agriculture is its flexibility, high performance, precision and cost effectiveness. The automation of agriculture is the main concern and the emerging issue of all countries, since the traditional methods used by farmers are no longer sufficient to meet the growing demand of increasing population. In relation to this, new automated methods were introduced that meet food needs and provide great employment opportunities, bringing an agricultural revo-lution in this sector. The use of artificial intelligence and new technologies has protected the crop through the performance of various factors such as climate changes, population growth, employment problems and food security, providing benefits in the proper use of water, pesticides, herbicides, as well as helping in the efficient use of labor, raising productivity, im-proving quality and maintaining soil fertility. This article presents a review of AI applications in soil, crop management, weed management, and disease management. Particular attention is paid to the strength and limitations of the application and how to use expert systems for increased productivity.Keywords: Artificial intelligence, agriculture, soil management. crop management, yield.RESUMOA aplicação da inteligência artificial (IA) tem sido evidente no setor agrícola. Hoje, a agricultura enfrenta inúmeros desafios para maximizar seu rendimento, incluindo tratamentos inadequados do solo, infestação de doenças, pragas, entre outros, de modo que a necessidade de gerenciar grandes dados tornou-se um requisito fundamental neste setor para aumentar o conhecimento entre os agricultores e a tecnologia. O principal conceito de IA na agricultura é sua flexibilidade, alto desempenho, precisão e custo-benefício. A automação da agricultura é a principal preocupação e a questão emergente de todos os países, já que os métodos tradicionais utilizados pelos agricultores não são mais suficientes para atender à crescente demanda do aumento da população. Em relação a isto, foram introduzidos novos métodos automatizados que atendem às necessidades alimentares e oferecem grandes oportunidades de emprego, trazendo uma revolução agrícola neste setor. O uso de inteligência artificial e novas tecnologias tem protegido a cultura através do desempenho de vários fatores como mudanças climáticas, crescimento populacional, problemas de emprego e segurança alimentar, proporcio-nando benefícios no uso adequado da água, pesticidas, herbicidas, além de ajudar no uso eficiente da mão-de-obra, aumentando a produtividade, melhorando a qualidade e mantendo a fertilidade do solo. Este artigo apresenta uma revisão das aplicações da IA no solo, no manejo de culturas, no manejo de ervas daninhas e no manejo de doenças. É dada especial atenção à força e limitações da aplicação e como usar sistemas especializados para aumentar a produtividade.Palavras-chave: Inteligência artificial, agricultura, manejo do solo. manejo de culturas, rendimento.
6RECIMUNDO VOL. 5 Nº 1 (2021)IntroducciónLa agricultura es la base de la sostenibili-dad de cualquier economía. Desempeña un papel clave en el crecimiento económico a largo plazo, sin embargo, puede variar se-gún los países. En el pasado, las activida-des agrícolas se limitaban a la alimentación y producción de cultivos. Pero en las últimas dos décadas, ha evolucionado al procesa-miento, producción, comercialización y dis-tribución de cultivos y productos pecuarios. Actualmente, las actividades agrícolas sir-ven como fuente básica de sustento, mejo-rando el PIB (Producto Interno Bruto), sien-do una fuente de comercio nacional, lo que reduce el desempleo, proporciona materias primas para la producción en otras indus-trias, y en general incrementa en el desarro-llo de la economía. Con la geometría global el aumento de la población se vuelve imperativo y las prácti-cas agrícolas se revisan con el objetivo de ofrecer enfoques innovadores para soste-ner y mejorar las actividades del sector. La introducción de la IA en la agricultura “será posible gracias a todos los avances tecno-lógicos, incluidos el análisis de macro da-tos, robótica, internet, la disponibilidad de sensores baratos y cámaras, tecnología de drones e incluso internet a gran escala con cobertura en campos geográficamente dis-persos”(Zibah, 2015).En tal sentido, analizando el suelo las fuen-tes de datos de gestión como la tempera-tura, el clima, la humedad y el rendimiento histórico de los cultivos; los sistemas de IA podrán proporcionar información predictiva sobre qué cultivo plantar en un año dado y cuando son las fechas óptimas para sem-brar y cosechar en un área específica, me-jorando así la producción de los cultivos y disminuyendo el uso de agua, fertilizantes y pesticidas. Estas aplicaciones han dado múltiples ven-tajas a los productores de tierras, tomando en cuenta que esta labor representa un pi-lar fundamental en la economía de muchos países. SofOs, (2017) “razón por la cual con la llegada de las nuevas tecnologías en la agricultura se disminuyó en gran parte las cargas de trabajo pesado para los agricul-tores y estos aumentaron su producción”.La presión sobre el sector agrícola aumen-tará con la expansión continua de la pobla-ción humana y, por lo tanto, la tecnología agrícola y la agricultura de precisión han ganado mucha importancia en el mundo ac-tual. “Esto también se denomina agricultura digital, lo que significa el uso de sistemas informáticos de alta tecnología para calcu-lar diferentes parámetros, como detección de malezas, predicción de cultivos, detec-ción de rendimiento, calidad de cultivos y muchas técnicas de aprendizaje automáti-co” (Liakos & Busato, 2018)Mediante el desarrollo del proceso inves-tigativo, se hace mención a los diferentes usos de las técnicas de inteligencia artificial que se emplean en el sector agrícola a tra-vés de una revisión de la literatura, en aras de brindar información de interés para futu-ras investigaciones y para lectores que de-sean documentarse acerca de este tema.MetodologíaPara la realización de este trabajo se debe seguir un lineamiento en la cual permita po-der desarrollar metodológicamente el análi-sis de las técnicas de IA que se aplican en los suelos del sector agrícola. Para lograr este fin, se emplean técnicas que permitan obtener información tales como encuestas, entrevistas y observación. En este caso la técnica de investigación utilizada fue el de las encuestas al personal que labora en los invernaderos.Tipo de investigaciónExisten diversos tipos de investigación apli-cables a la investigación planteada. “Se BONILLA SEGOVIA, J. S., DÁVILA ROJAS, F. A., & VILLA QUISHPE, M. W.
11 RECIMUNDO VOL. 5 Nº 1 (2021)Rangos de temperatura, humedad y phEl análisis de los rangos de temperatura, humedad y ph juega un papel clave en el manejo de la agricultura, ya que, esto ase-gura el bienestar de la planta, por lo que se debe considerar necesario una medición precisa de estas características del suelo. Hoy en día se emplean sensores que ayu-dan con la recolección de los datos apor-tando beneficios en el manejo de los rangos requeridos.Para poder recoger este tipo de datos en el campo de la agricultura y de acuerdo al manejo de la IA se emplean sensores y arduinos. Los arduinos “son una plaforma de hardware libre, basada en una placa con un micro controlador y un entorno de desarrollo, diseñada para facilitar el uso de la electrónica en proyectos multidisciplina-res”(Chora, Álvarez, & Espinoza, 2018).De acuerdo con el uso de este tipo de pla-taformas, los estudios de los suelos son más eficientes y ofrecen mayor calidad del producto, brindando al agricultor un mejor uso de los tiempos de empleo, minimizan-do los riesgos y las perdidas. En tal sentido, los rangos requeridos para el manejo de la temperatura, el ph y la humedad se presen-tan a continuación:TemperaturaTemperaturaMínimaMáximaRango1723Tabla 1.Fuente:Grupo InvestigaciónFechaDato TemperaturaRango Optimo 2019-12-250X2019-12-266X2019-12-272X2020-01-108X2020-01-30232020-01-3129.1XTabla 2.Fuente:Grupo InvestigaciónEn un estudio realizado en invernaderos en-tre los meses diciembre del 2019 y enero del 2020 la temperatura fue incrementada con el paso de los días logrando un rango óptimo casi al mes de iniciado los análisis.HumedadHumedadMínimaMáximaRango550Tabla 3.Fuente:Grupo InvestigaciónFechaDato TemperaturaRango Optimo 2019-12-2552019-12-260X2019-12-274X2020-01-1062020-01-30100X2020-01-3150Tabla 4.Fuente:Grupo InvestigaciónEn el mismo estudio la humedad alcanzó rangos óptimos en tres oportunidades pre-sentando un ascenso significativo el día 30/01 el cual fue controlado para el día si-guiente.ESTUDIO DEL USO DE TÉCNICAS DE INTELIGENCIA ARTIFICIAL APLICADAS PARA ANÁLISIS DE SUELOS PARA EL SECTOR AGRÍCOLA
13 RECIMUNDO VOL. 5 Nº 1 (2021)llegando a la conclusión de que la gran ma-yoría que es un 62% de trabajadores tienen un teléfono Samsung.Fig Nº 9¿Qué marca es su Smartphone?FUENTE: GRUPO INVESTIGACIONAnálisis:Según los resultados obtenidos un 62% de trabajadores de Floricolas poseen un Smartphone de marca Samsung, un 23% manifiestaque tiene un Smartphone de la marca huawei, un 7% de trabajadores dicen que poseen un teléfono Apple, llegando a la conclusión de que la gran mayoría que es un 62% de trabajadores tienen un teléfono Samsung.Fig Nº 10-¿Está de acuerdo que mediante las aplicaciones para celular la vida de las personas ha mejorado?FUENTE: GRUPO INVESTIGACIONAnálisis:Samsung62%Apple7%Huawei23%Xiomi0%Otros8%¿Qué marca es su Smartphone?SamsungAppleHuaweiXiomiOtrosCompletamente de acuerdo41%Bastante de acuerdo44%Poco de acuerdo 15%Nada de acuerdo 0%¿Está de acuerdo que mediante las aplicaciones para celular la vida de las personas ha mejorado?Completamente de acuerdoBastante de acuerdoPoco de acuerdoNada de acuerdoFigura 10. ¿Está de acuerdo que me-diante las aplicaciones para celular la vida de las personas ha mejorado?Fuente:Grupo InvestigaciónAnálisis: Se observa que un 44% de los trabajadores de Florícolas se encuentra bastante de acuerdo que mediante aplica-ciones del teléfono la vida de las personas ha mejorado, un 41% está de completa-mente de acuerdo a que un celular puede mejorar la vida de las personas, un 15% dice que no se encuentra ni de acuerdo ni en desacuerdo con el tema, como conclu-sión la mayoría de trabajadores creen que una aplicación del teléfono mejora su vida.Se observa queun 44% de los trabajadores de Florícolasse encuentra bastante de acuerdo que mediante aplicaciones del teléfono la vida de las personas ha mejorado, un 41% está de completamente de acuerdo a que un celular puede mejorar la vida de las personas, un 15% dice que no se encuentra ni de acuerdo ni en desacuerdo con el tema, como conclusión la mayoría de trabajadores creen que una aplicación del teléfono mejora su vida.Fig Nº 11-¿Estaría dispuesto a usar una app móvil que le permita conocer el estado del suelo de su invernadero?FUENTE: GRUPO INVESTIGACIONAnálisis:El72% está bastante de acuerdo enusar una app móvil que le permita conocer el estado del suelo de su invernadero, un 20% manifiesta que si está completamente de acuerdo usar una app móvil que le permita conocer el estado del suelo de su invernadero, un 0% no están de acuerdo ni en desacuerdo, como conclusión los trabajadores de las agrícolas se encuentran de acuerdo el utilizar el teléfono para diferentes usos.Durante el mismo estudio se realizaron una serie de preguntas a los ingenieros ensistemas encargadosde la produccióndel invernadero. A continuación se presentan las preguntasy análisis.Completamente de acuerdo20%Bastante de acuerdo72%Poco de acuerdo0%Nada de acuerdo8%¿Estaría dispuesto a usar una app móvil que le permita conocer el estado del suelo de su invernadero?Completamente de acuerdoBastante de acuerdoPoco de acuerdoNada de acuerdoFigura 11. ¿Estaría dispuesto a usar una app móvil que le permita conocer el estado del suelo de su invernadero?Fuente:Grupo InvestigaciónAnálisis: El 72% está bastante de acuerdo en usar una app móvil que le permita cono-cer el estado del suelo de su invernadero, un 20% manifiesta que si está completa-mente de acuerdo usar una app móvil que le permita conocer el estado del suelo de su invernadero, un 0% no están de acuerdo ni en desacuerdo, como conclusión los traba-jadores de las agrícolas se encuentran de acuerdo el utilizar el teléfono para diferen-tes usos.Durante el mismo estudio se realizaron una serie de preguntas a los ingenieros en sis-temas encargados de la producción del in-vernadero. A continuación se presentan las preguntas y análisis.Fig Nº12-¿Conoce usted sobre la producción de un invernadero optimizado mediante un arduino?FUENTE: GRUPO INVESTIGACIONAnálisis:Con la encuesta realizada a los Ingenieros en Sistemas se obtiene los siguientes resultados, un 67%de Ingeniero conoce poco sobre la producción de un invernadero optimizado mediante un Arduino, un 33% manifiestoque conoce muy bien sobre la producción de un invernadero optimizado mediante un Arduinoy un 0% comentan no conocer sobre el tema, llegando a laconclusión que poco se conoce de la producción de un invernadero optimizado mediante un Arduino.Fig. Nº 13-¿Tiene experiencia con una placa que admite sensores que recolectan información?FUENTE: GRUPO INVESTIGACIONsi33%poco67%nada0%¿Conoce usted sobre la producción de un invernadero optimizado mediante un arduino?sipoconadasi100%poco0%nada0%¿Tiene experiencia con una placa que admite sensores que recolectan información?sipoconadaFigura 12. ¿Conoce usted sobre la pro-ducción de un invernadero optimizado mediante un arduino?Fuente:Grupo InvestigaciónAnálisis: Con la encuesta realizada a los Ingenieros en Sistemas se obtiene los si-guientes resultados, un 67%de Ingeniero conoce poco sobre la producción de un in-vernadero optimizado mediante un Arduino, un 33% manifiesto que conoce muy bien sobre la producción de un invernadero op-timizado mediante un Arduino y un 0% co-mentan no conocer sobre el tema, llegando a la conclusión que poco se conoce de la producción de un invernadero optimizado mediante un Arduino.ESTUDIO DEL USO DE TÉCNICAS DE INTELIGENCIA ARTIFICIAL APLICADAS PARA ANÁLISIS DE SUELOS PARA EL SECTOR AGRÍCOLA