Çevre kontrollü dikey tarım için karar destek sistemi geliştirilmesi: Hibrit Afrika Menekşesi örneği
Development of a decision support system for controlled environment vertical farming: The case of Hybrid African violet
Yazar: HAMİD ASIM ÇÖKREN
Danışman: PROF. DR. NUMAN ÇELEBİ ; DR. ÖĞR. ÜYESİ BAHADIR ŞİN
Sakarya Üniversitesi / İşletme Enstitüsü / Yönetim Bilişim Sistemleri Ana Bilim Dalı / Yönetim Bilişim Sistemleri Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Yönetim Bilişim Sistemleri = Management Information Systems

Özet:
Geleneksel tarım uygulamaları, artan küresel nüfus, değişen iklim ve kaynak kıtlığı gibi birçok zorlukla karşı karşıyadır. Kuraklık, seller ve öngörülemeyen hava koşulları hasatları tehdit ederken, değerli toprak aşınır, haşereler ve hastalıklar mahsullere zarar verir. Bu kritik noktada, tarımsal üretimde devrim niteliğinde bir yaklaşım ortaya çıkmıştır: Çevre Kontrollü Tarım (ÇKT). ÇKT, geleneksel sera yetiştiriciliği kavramının ötesine geçerek bitki büyümesi için sadece kapalı bir ortama geçişi değil, aynı zamanda optimum fotosentez için güneşin spektrumunu taklit eden hassas bir şekilde kalibre edilmiş LED aydınlatma ile bitkilere hayat veren bir yaklaşımdır. ÇKT sistemlerinde sıcaklık ve nem titizlikle dengelenerek ideal yetiştirme koşulları taklit edilir. Gelişmiş sulama sistemleri su ve besin maddelerini doğrudan köklere ulaştırarak kaynak israfını ortadan kaldırır ve verimliliği en üst düzeye çıkarır. Sensörler ortamdaki bütün büyüme parametrelerini sürekli izleyerek çiftçilerin veya üreticilerin her bir ürün için üretim ve yetiştirme koşullarına ince ayar yapmasına olanak tanır. Bu kontrol seviyesi, ÇKT'yi 21. yüzyılda gıda güvenliğini, verimliliği ve sürdürülebilirliği sağlamak için güçlü bir araca dönüştürür. ÇKT yalnızca gıda ürünleri üretiminde değil aynı zamanda yüksek katma değerli süs bitkileri üretiminde de uygulanabilir teknikler sunmaktadır.
Bu çalışmada Hibrit Afrika menekşelerini yıl boyunca yetiştirmek için titizlikle kontrol edilen bir kapalı alan sunularak, bitkilerin canlılıklarını ve sağlıklarını en üst düzeye çıkaran dönüştürücü bir çözüm önerisi sunulmuştur. Çalışma aynı zamanda süs bitkisi üretiminde karar vericilerin hızlı ve doğru karar almalarına yardımcı olabilecek, hataları,  kayıpları ve maliyetleri minimize edebilecek ve karlılığı artırabilecek yapay zekâ, makine öğrenmesi, görüntü işleme ve uzman görüşü temelli bir karar destek sistemi modeli önerilmiştir.
Bu sistem düşük ölçekli bir pilot çalışma olarak ele alındığında, sistemin büyük ölçekli projeler veya tesislere de uygulanabilir olacağı öngörülmektedir. Çalışmadan elde edilen "know-how" gerek kapalı gerekse açık alanda yapılacak farklı bitki kültürü yetiştiriciliğinde de karar vericilere bitki yetiştiriciliğinde hızlı ve doğru karar alma konularında destek olabilecek ve ufuk açabilecek temel çalışmaları içermektedir.  
Çalışmamızın sonucunda geliştirdiğimiz karar destek sistemi denemeye dahil edilen bitkilerde erken çiçeklenme, gelişim eksikliği, kök çürüklüğü gibi kritik büyüme semptomları tespit etmiştir. Bu sayede gerekli izolasyon veya ilaçlama tedbirleri alınarak diğer bitkilerdeki kayıplar önlenmiştir. Ayrıca çeşide özel veri tabanı oluşturularak ilerde yapılacak üretim çalışmaları için yetiştiricilere referans olacak bilgiler sağlanmıştır.

Abstract:
Traditional agricultural practices face many challenges such as increasing global population, changing climate and resource scarcity. Droughts, floods and unpredictable weather threaten harvests, while valuable soil erodes and pests and diseases damage crops. At this critical juncture, a revolutionary approach to agricultural production has emerged: Controlled Environment Agriculture (CEA). It is an approach that goes beyond the traditional concept of greenhouse cultivation, bringing plants to life with precisely calibrated LED lighting that not only transitions to a closed environment for plant growth, but also mimics the sun's spectrum for optimal photosynthesis. Temperature and humidity are meticulously balanced in CEA systems to mimic ideal growing conditions. Advanced irrigation systems deliver water and nutrients directly to the roots, eliminating wasted resources and maximizing efficiency. Sensors continuously monitor all growth parameters in the environment, allowing farmers or growers to fine-tune production and growing conditions for each individual crop. This level of control turns the CEA into a powerful tool to ensure food safety, efficiency and sustainability in the 21st century. CEA offers techniques that can be applied not only in the production of food crops but also in the production of high value-added ornamentals.
In this study, we propose a transformative solution for growing hybrid African violets year-round in a meticulously controlled indoor environment that maximizes the vigor and health of the plants. This study also proposes a decision support system model based on artificial intelligence, machine learning, image processing and expert opinion that can help decision makers in ornamental plant production to make fast and accurate decisions, minimize errors, losses and costs, and increase profitability.
When this system is considered as a low-scale pilot study, it is expected that the system will be applicable to large-scale projects or facilities. The 'know-how' obtained from the study includes basic studies that can support decision makers in making fast and correct decisions in plant cultivation and can provide guidance to decision makers in different plant culture cultivation to be carried out both indoors and outdoors.
As a result of our study, the decision support system we developed detected critical growth symptoms such as early flowering, lack of growth and root rot in the plants included in the test. In this way, necessary isolation or treatment measures were taken and losses in other plants were prevented. In addition, a variety-specific database was created, providing reference information to growers for future production studies.