I n t e r n a t i o n a l   J o u r n a l   o f   A d v a n c e s   i n   A p p l i e d   S c i e n c e s   ( I J A A S )   V o l .   9 ,   N o .   1 ,   M a r c h   2 0 2 0 ,   p p .   5 1 ~ 6 1   I S S N :   2 2 5 2 - 8 8 1 4 ,   D O I :   1 0 . 1 1 5 9 1 / i j a a s . v 9 . i 1 . p p 5 1 - 6 1             5 1       J o u r n a l   h o m e p a g e :   h t t p : / / i j a a s . i a e s c o r e . c o m   A   c o m p u t e r   v i s i o n - b a s e d   w e e d   c o n t r o l   s y s t e m   f o r   l o w - l a n d   r i c e   p r e c i s i o n   f a r m i n g       O . M .   O l a n i y i 1 ,   E .   D a n i y a 2 ,   J . G .   K o l o 3 ,   J . A .   B a l a 4 ,   A .   E .   O l a n r e w a j u 5   1 , 5 D e p a r t m e n t   o f   C o m p u t e r   E n g i n e e r i n g ,   F e d e r a l   U n i v e r s i t y   o f   T e c h n o l o g y ,   N i g e r i a   2 D e p a r t m e n t   o f   C r o p   P r o d u c t i o n ,   F e d e r a l   U n i v e r s i t y   o f   T e c h n o l o g y ,   N i g e r i a   3 D e p a r t m e n t   o f   E l e c t r i c a l   a n d   E l e c t r o n i c s   E n g i n e e r i n g ,   F e d e r a l   U n i v e r s i t y   o f   T e c h n o l o g y ,   N i g e r i a   4 D e p a r t m e n t   o f   M e c h a t r o n i c s   E n g i n e e r i n g ,   F e d e r a l   U n i v e r s i t y   o f   T e c h n o l o g y ,   N i g e r i a       A r t i c l e   I n f o     A B S T R A C T   A r t i c l e   h i s t o r y :   R e c e i v e d   J u n   2 8 ,   2 0 1 9   R e v i s e d   S e p   1 5 ,   2 0 1 9   A c c e p t e d   J a n   7 ,   2 0 2 0       A g r i c u l t u r a l   s e c t o r   i s   o n e   o f   t h e   e c o n o m i c   p i l l a r s   o f   d e v e l o p i n g   n a t i o n s ,   b e c a u s e   i t   p r o v i d e s   m e a n s   o f   b o o s t i n g   g r o s s   d o m e s t i c   p r o f i t .   H o w e v e r ,   w e e d s   p o s e   a   t h r e a t   t o   f o o d   c r o p   b y   c o m p e t i n g   w i t h   i t   f o r   n u t r i e n t s   a n d   u n d e r m i n i n g   t h e   p r o f i t   t o   b e   m a d e   f r o m   i t .   T h e   t r e a t m e n t   o f   t h e s e   w e e d s   i s   n e c e s s a r y ,   b u t   a t   m i n i m a l   i m p a c t   o n   t h e   a c t u a l   f o o d   c r o p .   H e r b i c i d e   u s a g e   i s   o n e   m a j o r   m e a n s   o f   w e e d   c o n t r o l ,   o w n i n g   t o   t h e   e x p e n s i v e   a n d   l a b o u r - i n t e n s i v e   n a t u r e   o f   h a n d   w e e d i n g .   R e c e n t l y ,   t h e   n e e d   f o r   s i t e   s p e c i f i c   s p r a y i n g   h a s   b e e n   o n   t h e   r i s e   b e c a u s e   o f   h e a l t h   c o n c e r n s   w h i c h   h a v e   b e e n   r a i s e d   o n   t h e   e f f e c t   o f   h e r b i c i d e s   o n   f o o d   c r o p s   a n d   t h e   e f f e c t   o n     t h e   e n v i r o n m e n t .   M o s t   r e s e a r c h   o n   t h e   f i e l d   f o c u s e s   o n   a c c u r a t e l y   i d e n t i f y i n g   t h e   w e e d s   w h i l s t   n e g l e c t i n g   t h e   w e e d   c o n t r o l .   I n   t h i s   r e s e a r c h ,   w e   a p p l y   f u z z y   l o g i c - b a s e d   e x p e r t   s y s t e m   t o   c o n t r o l   h o w   h e r b i c i d e   i s   s p r a y e d   o n   l o w - l a n d   r i c e   i n   o r d e r   t o   r e d u c e   e x c e s s i v e   h e r b i c i d e   u s a g e .   T h e   s y s t e m   s u p p l i e s   t h e   c o n t r o l   w i t h   w e e d   d e n s i t y   ( B o x   s i z e )   a n d   c o n f i d e n c e   l e v e l .   T h e   v a l u e s   o f   b o t h   a r e   t h e n   p a s s e d   t o   t h e   f u z z y   l o g i c   c o n t r o l   f o r   s p r a y   d e c i s i o n .     T h e   S u g e n o   a s   w e l l   a s   M a m d a n i   m o d e l s   w e r e   t e s t e d   u s i n g   g e n e r a t e d   v a l u e s   f o r   d e t e c t e d   w e e d   b o x   s i z e   a n d   c o n f i d e n c e   l e v e l s   o f   t h e   c o m p u t e r   v i s i o n .     T h e   m e a n   a b s o l u t e   e r r o r   o b t a i n e d   w a s   0 . 9   f o r   b o t h ,   a n d   0 . 3   a n d   0 . 2   r e s p e c t i v e l y ,   f o r   t h e   m e a n   s q u a r e   e r r o r .   T h e   e r r o r   s h o w s   h o w   a c c u r a t e   t h e   s y s t e m   c a n   b e   a n d   w i t h   l o w   e r r o r   v a l u e ,   i t   s h o w s   t h a t   t h e   s y s t e m   i m p l e m e n t a t i o n   i s   c a p a b l e   o f   p r o v i d i n g   c o n t r o l   f o r   s p r a y i n g   o f   h e r b i c i d e s   w h i c h   i n   t u r n   w i l l   y i e l d   m o r e   r e t u r n s   f o r   l o w - l a n d   r i c e   f a r m e r s .   K e y w o r d s :   A g r i c u l t u r e   C o m p u t e r   v i s i o n   F u z z y   i n f e r e n c e   s y s t e m   L o w - l a n d   r i c e   P r e c i s i o n   f a r m i n g   T h i s   i s   a n   o p e n   a c c e s s   a r t i c l e   u n d e r   t h e   C C   B Y - S A   l i c e n s e .     C o r r e s p o n d i n g   A u t h o r :   O l a n i y i   O .   M i k a i l ,   D e p a r t m e n t   o f   C o m p u t e r   E n g i n e e r i n g ,   F e d e r a l   U n i v e r s i t y   o f   T e c h n o l o g y ,   M i n n a ,   P . M . B   6 5 ,   G i d a n   K w a n o ,   M i n n a ,   N i g e r   S t a t e ,   N i g e r i a .   E m a i l :   m i k a i l . o l a n i y i @ f u t m i n n a . e d u . n g       1 .   I N T R O D U C T I O N   P r e c i s i o n   f a r m i n g   i s   a   c o h e s i v e   p r o d u c t i o n   a n d   i n f o r m a t i o n - b a s e d   f a r m i n g   s y s t e m   w i t h   a   g o a l   t o   p r o m o t e   e f f i c i e n c y ,   b o o s t   p r o d u c t i o n   a n d   l u c r a t i v e n e s s   o f   t h e   f a r m   p r o d u c t i o n   a c t i v i t i e s   w h i l e   a v o i d i n g     t h e   a d v e r s e   e f f e c t s   o f   e x c e s s i v e   c h e m i c a l   u s a g e   o n   t h e   e n v i r o n m e n t   o r   i n a d e q u a t e   a p p l i c a t i o n   o f     i n p u t   [ 1 ,   2 ] .   P r e c i s i o n   f a r m i n g   h a s   b e e n   a f f i r m e d   a s   t h e   s o l u t i o n   t o   s u s t a i n a b l e   a g r i c u l t u r e   w i t h   f o c u s   o n   p r o d u c t i o n   b o o s t   [ 3 ] .   A g r i c u l t u r a l   s e c t o r   i s   a n   i m p o r t a n t   s e c t o r   o f   a n y   e c o n o m y   a s   a   m e a n   o f   p r o v i d i n g   f o o d   s u p p l i e s   t o   m e e t   t h e   p o p u l a c e   d e m a n d .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2 2 5 2 - 8 8 1 4   I n t   J   A d v   A p p l   S c i ,   V o l .   9 ,   N o .   1 ,   M a r c h   2 0 2 0 :     5 1   –   6 1   5 2 R i c e   ( O r y z a   s a t i v a ) ,   a   p l a n t   s p e c i e s ,   i s   a   s e e d   o f   g r a s s   s p e c i e s   g r o w n   a s   a n   a n n u a l   p l a n t ,   w h i c h   i s   f a s t   b e c o m i n g   a   m a i n   f o o d   c r o p   b e c a u s e   o f   h i g h   p a t r o n a g e   b y   a   l o t   o f   p e o p l e .   I t   i s   c o n s u m e d   b y   m o r e   t h a n   h a l f   o f   w o r l d ’ s   p o p u l a t i o n   a n d   p r o v i d e s   t w e n t y   p e r c e n t   o f   t h e   c a l o r i e s   c o n s u m e d   w o r l d w i d e   b y   h u m a n s .     I t   a l s o   a   m a j o r   s t a p l e   f o o d   o f   m o s t   e l i t e   h o m e s   i n   N i g e r i a   [ 4 ] .   R i c e   p r o d u c t i o n   g o e s   t h r o u g h   t h r e e   s t a g e s ,   w h i c h   a r e   t h e   v e g e t a t i v e   p h a s e ,   r e p r o d u c t i v e   p h a s e   a n d   t h e   m a t u r i t y   p h a s e .   T h e   d i f f e r e n c e   i n   r i c e   v a r i e t i e s   o f   t h e   w o r l d   i s   t h e   v e g e t a t i v e   p h a s e .   R i c e   i s   f a r m e d   i n   a b o u t   1 . 7   m i l l i o n   h e c t a r e s   o f   t h e   e s t i m a t e d   4 . 6   m i l l i o n   t o   4 . 9   m i l l i o n   h e c t a r e s ’   p o t e n t i a l   l a n d   f o r   i t s   p r o d u c t i o n .   T h e   p r o d u c t i o n   e n v i r o n m e n t   f o r   r i c e   i n   N i g e r i a   a r e   t h e   r a i n - f e d   l o w l a n d ,   r a i n - f e d   u p l a n d ,   i r r i g a t e d   l o w l a n d ,   d e e p   w a t e r / f l o a t i n g   a n d   m a n g r o v e   s w a m p   [ 5 ] .   W e e d s   a r e   s o m e   o f   t h e   m a j o r   p r o b l e m s   f a c i n g   r i c e   p r o d u c t i o n   i n   A f r i c a   [ 6 ] .   W e e d   c o n t r o l   m e c h a n i s m   b e   a p p l i e d   w i t h i n   4 0   t o   5 0   d a y s   o f   p l a n t i n g ,   e l s e   t h e   c o n t r o l   m i g h t   p r o v e   d i f f i c u l t   [ 7 ] .   L i k e w i s e ,   a u t h o r   i n   [ 8 ]   s t a t e d   t h a t   w e e d   c o n t r o l   h a s   h i g h   c h a n c e s   o f   i m p r o v i n g   p r o d u c t i o n .   W e e d s   c a u s e   i n c r e a s e   i n   p r o d u c t i o n   c o s t ,   r e d u c t i o n   i n   p r o f i t   a n d   c o n t a m i n a t i o n   o f   f o o d   c r o p s   [ 9 ,   1 0 ]   O t h e r   c o n s t r a i n t s   o n   r i c e   p r o d u c t i o n   a r e   l a b o u r   s h o r t a g e s ,   i l l i t e r a c y ,   i g n o r a n c e ,   p o o r   m i l l i n g   s y s t e m ,   p e s t   i n f e s t a t i o n ,   p o o r   d r a i n a g e ,   i n p u t s   a n d   c r e d i t s   [ 5 ,   1 1 ] .   D u e   t o   i n c r e a s e   i n   c i v i l i t y   a n d   k n o w l e d g e   o f   w e e d ,   m e a n s   o f   w e e d   c o n t r o l   h a v e   b e e n   s o u g h t   a f t e r   b y   r e s e a r c h e r s   t o   r e m o v e   t h e   n o t o r i o u s   p e s t   a t   m i n i m a l   d a m a g e   t o   t h e   p l a n t .   C u l t u r a l   m e t h o d s ,   c h e m i c a l   m e t h o d s   a n d   a u t o m a t e d   m e t h o d s   a r e   t h e   m a j o r   m e a n s   o f   w e e d   c o n t r o l .   T h e   c u l t u r a l   m e t h o d   o f   w e e d   c o n t r o l   c o n s i s t s   o f   m a i n t a i n i n g   c l e a n   r e a p e r ,   m u l c h i n g ,   f i r e   c l e a r a n c e ,   e a r l y   f l o o d i n g ,   b u s h   f a l l o w i n g ,     h a n d   w e e d i n g   a n d   s h i f t i n g   c u l t i v a t i o n   [ 1 2 - 1 6 ] .   T h i s   m e t h o d   s u f f e r s   f r o m   h i g h   c o s t   a n d   h u g e   l a b o u r   i n t e n s i v e n e s s .   H e r b i c i d e   a p p l i c a t i o n   i s   s e e n   a s   a n   i m p o r t a n t   s u b s t i t u t e   t o   h a n d   w e e d i n g .   B u t   o v e r   a p p l i c a t i o n   o f   h e r b i c i d e s   c a n   l e a d   t o   l o s s e s   a t   h a r v e s t ,   e n v i r o n m e n t a l   d a m a g e ,   h i g h   c o s t   o f   p r o d u c t i o n   a n d   b u i l d i n g   o f   r e s i s t a n c e   t o   t h e   h e r b i c i d e   [ 7 ,   8 ,   1 7 ] .   S o m e   o f   t h e s e   h e r b i c i d e s   e v e n   e n d   u p   o n   f o o d   c r o p   a n d   t h e   s o i l   w i t h o u t   r e a c h i n g   t h e   w e e d s   [ 1 8 ]   T h e   s p r a y i n g   o n   f o o d   c r o p   i s   s e e n   a s   t h r e a t   t o   s a f e t y   o f   f o o d   c o n s u m e d ,   t h i s   t h e r e f o r e   b r e e d s   a   n e e d   f o r   c o m p r e h e n s i v e   c o n t r o l   s y s t e m   f o r   m a n a g e m e n t   o f   w e e d .   H o w e v e r ,   a u t h o r   i n   [ 1 9 ]   p r o p o s e d   a n   i m a g e   p r o c e s s i n g   m e t h o d   b a s e d   o n   c o m p l e x   p r e - p r o c e s s i n g   s t e p s   t o   a c c u r a t e l y   i d e n t i f y   w e e d s   i n   f a r m   l a n d s   b u t   p r o v i d e   n o   r e m o v a l   t e c h n i q u e s   f o r   t h e   w e e d s   i d e n t i f i e d .     I n   t h e   s a m e   v e i n ,   [ 2 0 ]   p r o p o s e d   a   r o b o t i c   s y s t e m   t h a t   c l a s s i f i e s   w e e d s   b a s e d   o n   v i s u a l   t e x t u r e .     T h e   s y s t e m   u s e s   k n i v e s   f o r   r e m o v i n g   t h e   w e e d s   a n d   t h i s   m i g h t   c a u s e   d a m a g e   t o   t h e   p l a n t .   T h e   d e s i g n e d   s y s t e m   a l s o   c o n s u m e s   a   l o t   o f   p o w e r .   C o n s e q u e n t l y ,   P u l i d o   e t   a l . ,   i n   [ 2 1 ]   d e v e l o p e d   a   s y s t e m   t h a t   u s e s   p a t t e r n s   f r o m   t e x t u r e   t o   i d e n t i f y   w e e d s   f r o m   v e g e t a b l e s   u s i n g   S u p p o r t   V e c t o r   M a c h i n e   ( S V M )   c l a s s i f i e r .   F e a t u r e s   s p a c e   w a s   c a l c u l a t e d   f r o m   g r e y   l e v e l   c o - o c c u r r e n c e   m a t r i x   ( G L C M ) .   T h e   s y s t e m   o b t a i n e d   9 0 %   f o r   s e n s i t i v i t y ,   s p e c i f i c i t y   a n d   p r e c i s i o n   b u t   p r o v i d e s   n o   r e m o v a l   t e c h n i q u e s   f o r   t h e   w e e d s .   I n   a d d i t i o n ,   a u t h o r   i n   [ 7 ]   d e s i g n e d   a   w e e d   d e t e c t i o n   s y s t e m   f o r   r i c e   i n   o r d e r   t o   a v o i d   u n i f o r m   s p r a y i n g   o f   r i c e   f a r m ,   t h e   s y s t e m   u s e d   S V M   f o r     t h e   c l a s s i f i c a t i o n   o f   t h e   w e e d   a n d   u s e s   b l u r   d e t e c t o r   f o r   w e e d   d e t e c t i o n .   T h e   s y s t e m   h a d   a n   a c c u r a c y   o f   6 8 . 9 5 %   w i t h   b l u r   a n d   a n   a c c u r a c y   o f   7 6 . 1 6 %   w h e n   t h e   b l u r   w a s   r e m o v e d .   H o w e v e r ,   n o   m e a n s   o f   w e e d   c o n t r o l   w a s   p r o p o s e d   o r   i m p l e m e n t e d .   T h e r e   a r e   o t h e r   e x i s t i n g   m e t h o d s   t h a t   d e t e c t   w e e d s   i n   w h e a t ,   s o y a   b e a n s   a n d   m a i z e   w i t h   l e s s   a c c u r a c y   i n   r e a l   l i f e   f i e l d   a p p l i c a t i o n   i n   l i t e r a t u r e .     F r o m   t h e   r e v i e w e d   l i t e r a t u r e s ,   i t   i s   e v i d e n t   t h a t   i m p l e m e n t a t i o n   o f   w e e d   c o n t r o l   s y s t e m s   t o   s o l v e   t h e   p r o b l e m   o f   e x c e s s i v e   h e r b i c i d e   s p r a y i n g   h a s   n o t   g a i n e d   m u c h   a t t e n t i o n   i n   r e c e n t   t i m e s .   H e n c e ,   t h i s   p a p e r   p r o p o s e s   a   f u z z y   l o g i c - b a s e d   e x p e r t   c o n t r o l   s y s t e m   f o r   h e r b i c i d e   s p r a y i n g   c o n t r o l   t o   h e l p   a d d r e s s     t h e   p r o b l e m   o f   u n i f o r m   s p r a y i n g   a n d   e x c e s s i v e   h e r b i c i d e   u s a g e .   T h e   r e m a i n i n g   p a r t   o f   t h i s   p a p e r   i s   o r g a n i s e d   a s   f o l l o w s :   s e c t i o n   2   p r e s e n t s   t h e   f u z z y   l o g i c   c o n t r o l   s y s t e m ,   s e c t i o n   3   p r e s e n t s   t h e   s y s t e m   d e s i g n ,   s e c t i o n   f o u r   p r e s e n t s   t h e   r e s u l t s   o b t a i n e d   a n d   s e c t i o n   5   p r e s e n t s   t h e   c o n c l u s i o n   a n d   r e c o m m e n d a t i o n   f o r   f u t u r e   w o r k s .       2 .   F U Z Z Y   L O G I C   C O N T R O L   S Y S T E M   2 . 1 .     F u z z y   i n f e r e n c e   s y s t e m   E x p l a i n i n g   T h e   f u z z y   l o g i c   i s   b a s e d   o n   t h e   w o r k   o f   J a n   L u k a s i e w i c z   ( 1 8 7 8 - 1 9 5 6 )   a n d   t h e   t e r m   w a s   c o i n e d   o u t   a n d   d e v e l o p e d   b y   D r .   L o t f i   Z a d e h   i n   1 9 6 5   [ 2 2 ] .   F u z z y   l o g i c   i s   a   p a t t e r n   o f   r e a s o n i n g   w h i c h   s e t s   o u t   t o   m i m i c   t h e   r e a s o n i n g   a b i l i t i e s   o f   h u m a n s .   I t   i n v o l v e s   t h e   u s e   o f   c o n t i n u o u s   v a l u e s   f r o m   0   t o   1 .   T h e s e   v a l u e s   c a n   a l s o   b e   t a k e n   a s   t r u e   a n d   f a l s e   s o   t h a t   d e c i s i o n s   c a n   b e   m a d e   e v e n   w i t h   i n c o m p l e t e   o r   u n c e r t a i n   d a t a .   I t   w o r k s   o n   t h e   l e v e l s   o f   d i f f e r e n t   p o s s i b i l i t i e s   i n   o r d e r   t o   a c h i e v e   a n   o u t p u t .   F u z z y   l o g i c   h e l p s   t o   g i v e   a   r e a s o n a b l e   s o l u t i o n   t o   u n c e r t a i n   e n g i n e e r i n g   p r o b l e m s .   T h e r e   a r e   b a s i c a l l y   t w o   m o d e l s   o f   f u z z y   i n f e r e n c e   s y s t e m   w h i c h   a r e   t h e   M a m d a n i   m o d e l   c r e a t e d   b y   M a m d a n i   a n d   A s s i l i a n   i n   1 9 7 5   a n d   T a k a g i   S u g e n o   K a n g   m o d e l   c r e a t e d   i n   1 9 8 5   [ 2 3 ] .     S a r i   e t   a l .   d e s c r i b e d   t h e   f o u r   p a r t s   o f   t h e   f u z z y   l o g i c   i n f e r e n c e   s y s t e m   a s :   F u z z i f i c a t i o n   m o d u l e   w h i c h   i s   t h e   p a r t   f i r s t   p a r t   t h a t   t r a n s f o r m s   t h e   i n p u t   o f   t h e   s y s t e m   i n t o   ( c r i s p )   f u z z y   s e t   [ 2 4 ] .   T h e   k n o w l e d g e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t   J   A d v   A p p l   S c i   I S S N :   2 2 5 2 - 8 8 1 4       A   c o m p u t e r   v i s i o n - b a s e d   w e e d   c o n t r o l   s y s t e m   f o r   l o w - l a n d   r i c e   p r e c i s i o n   f a r m i n g   ( O . M .   O l a n i y i )   5 3 b a s e   f o r m s   t h e   s e c o n d ,   i t   h o l d s   t h e   i f   - t h e n   r u l e s   p r o v i d e d .   T h e   i n f e r e n c e   e n g i n e   w h i c h   i s   t h e   t h i r d   s i m u l a t e s   h u m a n   d e c i s i o n s   b y   t a k i n g   d e c i s i o n s   b a s e d   o n   t h e   k n o w l e d g e   b a s e d   c r e a t e d .   T h e   f o u r t h   i s   t h e   d e f u z z i f i c a t i o n   m o d u l e   t h a t   t r a n s f o r m s   t h e   f u z z y   s e t   i n t o   c r i s p   v a l u e   i n   t h e   M a m d a n i   F I S .   I n   t h e   S u g e n o   F I S ,   w e i g h t e d   a v e r a g e   o r   w e i g h t e d   s u m   i s   u s e d   f o r   o b t a i n i n g   c r i s p   v a l u e   f o r   t h e   o u t p u t .   F i g u r e   1   s h o w s   t h e   b l o c k   d i a g r a m   t h a t   s h o w s   t h e   f o u r   b a s i c   p a r t s   o f   f u z z y   i n f e r e n c e   s y s t e m .           F i g u r e   1 .   B l o c k   d i a g r a m   s h o w i n g   t h e   d i f f e r e n t   p a r t s   o f   F I S       T h e r e   a r e   f i v e   d e f u z z i f i c a t i o n   m e t h o d s   f o r   M a m d a n i   w h i c h   a r e ,   s m a l l e s t   o f   m a x i m u m ,   c e n t r o i d   o f   a r e a ,   l a r g e s t   o f   m a x i m u m ,   b i s e c t o r   o f   a r e a   a n d   m e a n   o f   m a x i m u m .   T a b l e   1   s h o w s   t h e   d e f u z z i f i c a t i o n   m e t h o d s   u s e d   i n   M a m d a n i   a n d   S u g e n o ,   t o g e t h e r   w i t h   t h e i r   m a t h e m a t i c a l   f o r m u l a s .   F i n a l l y ,   t h e   m e m b e r s h i p   f u n c t i o n   s h o w s   g r a p h i c a l l y   t h e   r e l a t i o n s h i p   b e t w e e n   t h e   e l e m e n t s .   T h e   m e m b e r s h i p   f u n c t i o n   w o r k s   o n   f u z z y   s e t s   o f   t h e   v a r i a b l e .   T h e r e   a r e   d i f f e r e n t   t y p e s   o f   m e m b e r s h i p   f u n c t i o n s   w h i c h   a r e   u s e d   i n   f u z z y   i n f e r e n c e   s y s t e m s   a n d   e x a m p l e s   a r e   s i n g l e t o n ,   G a u s s i a n ,   t r i a n g u l a r   a n d   t r a p e z o i d a l .   F o r   t h i s   r e s e a r c h   b o t h   t h e   S u g e n o   F I S   a n d   t h e   M a m d a n i   F I S   w e r e   s i m u l a t e d   f o r   t h e   c o n t r o l   s y s t e m ,   b u t   t h e   S u g e n o   w a s   s e l e c t e d   f o r   i m p l e m e n t a t i o n   b e c a u s e   o f   t h e   f l e x i b i l i t y ,   a d a p t i v e   n a t u r e   a n d   i t s   c o m p u t a t i o n a l   e f f i c i e n c y .       T a b l e   1 .   M e t h o d s   o f   o b t a i n i n g   c r i s p   o u t p u t   f o r   M a m d a n i   a n d   S u g e n o   [ 2 3 - 2 5 ]   S e r i a l   n u m b e r   F I S   m o d e l   D e f u z z i f i c a t i o n   m e t h o d   M e a n i n g   F o r m u l a   1   M a m d a n i   S m a l l e s t   o f   m a x i m u m   I t   u s e s   t h e   s m a l l e s t   v a l u e   w h i c h   g i v e s   t h e   m a x i m u m   m e m b e r s h i p   d e g r e e   o f   t h e   f u z z y   s e t   t o   g e n e r a t e   t h e   c r i s p   o u t p u t   = m i n { / ( )   = m a x   ( ( ) }   2   M a m d a n i   C e n t r o i d   o f   a r e a   I t   g e n e r a t e s   t h e   c e n t r o i d   o f   t h e   a r e a   f o r m e d   b y   t h e   f u z z y   s e t .   I t   u s e s   t h e   v a l u e   t o   c a l c u l a t e   c r i s p   o u t p u t   . ( )   ( )   3   M a m d a n i   L a r g e s t   o f   m a x i m u m   J u s t   l i k e   S O M   b u t   i t   u s e s   t h e   l a r g e s t   v a l u e   w h i c h   g i v e s   t h e   m a x i m u m   m e m b e r s h i p   d e g r e e   t o   y i e l d   t h e   f i n a l   c r i s p   o u t p u t   = m a x { / ( )   = m a x   ( ( ) }   4   M a m d a n i   B i s e c t o r   o f   a r e a   B i s e c t o r   o f   a r e a   g e n e r a t e s   a   v e r t i c a l   l i n e   w h i c h   s p l i t s   t h e   f u z z y   s e t   i n t o   t w o   e q u a l   a r e a s .   T h e   v e r t i c a l   l i n e   c o r r e s p o n d s   t o   t h e   o u t p u t   g e n e r a t e d .     ( ) ∝ =     ( )   ∝   = m i n { /   ∈   )     = m a x   { /   ∈ }   5   M a m d a n i   M e a n   o f   m a x i m u m   T h i s   t a k e s   t h e   m e a n   o f   t h e   m a x i m u m   a s   t h e   c r i s p   o u t p u t   = +     2   6   S u g e n o   W e i g h t e d   a v e r a g e   I t   u s e s   t h e   w e i g h t e d   o u t p u t   o f   t h e   r u l e   t o   g e n e r a t e   t h e   f i n a l   o u t p u t   = ∑     ∑   7   S u g e n o   W e i g h t e d   s u m   I t   r e d u c e s   t h e   c o m p u t a t i o n   b y   u s i n g   t h e   s u m   o f   t h e   w e i g h t e d   o u t p u t   o f   t h e   r u l e .   =         3 .   M A T E R I A L S   A N D   M E T H O D S   T h i s   s e c t i o n   d e s c r i b e s   t h e   m a t e r i a l s   a n d   p r o c e d u r e s   u s e d   i n   t h e   d e s i g n   a n d   d e v e l o p m e n t   o f     t h e   c o m p u t e r   v i s i o n - b a s e d   w e e d   c o n t r o l   s y s t e m   f o r   l o w -   l a n d   r i c e   p r e c i s i o n   f a r m i n g .   T h e   m e t h o d   i s   e x p l a i n e d   f r o m   t h e   p r i s m   o f   s y s t e m   o v e r v i e w ,   f u z z y   l o g i c   c o n t r o l ,   h a r d w a r e   d e s i g n   c o n s i d e r a t i o n s ,   s o f t w a r e   d e s i g n   c o n s i d e r a t i o n s ,   a n d   p e r f o r m a n c e   e v a l u a t i o n .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2 2 5 2 - 8 8 1 4   I n t   J   A d v   A p p l   S c i ,   V o l .   9 ,   N o .   1 ,   M a r c h   2 0 2 0 :     5 1   –   6 1   5 4 3 . 1 .     S y s t e m   f u z z y   l o g i c   c o n t r o l   d e s i g n   T h e   f u z z y   l o g i c - b a s e d   w e e d   c o n t r o l   s y s t e m   w a s   s i m u l a t e d   u s i n g   S u g e n o   a n d   M a m d a n i   f u z z y   l o g i c   m o d e l s ,   a n d   w a s   d e s i g n e d   u s i n g   t h e   f u z z y   l o g i c   d e s i g n e r   t o o l b o x   o f   M A T L A B .   I t   c o m p r i s e s   o f   t w o   i n p u t s ,   t h e   w e e d   b o u n d i n g   b o x   s i z e   ( b o x S i z e )   a n d   t h e   c o n f i d e n c e   l e v e l   o f   t h e   r e c o g n i t i o n   m o d e l   t o   d r i v e   a n   o u t p u t   w h i c h   i s   t h e   s p r a y   r a t e   ( v o l u m e   o f   h e r b i c i d e s   s p r a y e d   p e r   t i m e ) .   T h e   b o x   s i z e   i s   t a k e n   f r o m   0   t o   1 0   a n d   c o n f i d e n c e   l e v e l   f r o m   0   t o   1 0 0 .   E a c h   o f   t h e   i n p u t   h a s   i t s   t r i a n g u l a r   m e m b e r s h i p   f u n c t i o n   a s   s h o w n   i n   F i g u r e   2   a n d   F i g u r e   3   f o r   S u g e n o ,   a n d   F i g u r e   4   a n d   F i g u r e   5   f o r   M a m d a n i   F I S .               F i g u r e   2 .   S u g e n o   t r i a n g u l a r   m e m b e r s h i p   f u n c t i o n   f o r   b o x   s i z e   F i g u r e   3 .   S u g e n o   t r i a n g u l a r   m e m b e r s h i p   f u n c t i o n   f o r   c o n f i d e n c e   l e v e l                   F i g u r e   4 .   M a m d a n i   m e m b e r s h i p   f u n c t i o n   f o r     b o x   s i z e   F i g u r e   5 .   M a m d a n i   m e m b e r s h i p   f u n c t i o n   f o r   c o n f i d e n c e   l e v e l       W e i g h t e d   a v e r a g e   w a s   u s e d   f o r   o b t a i n i n g   c r i s p   o u t p u t   o f   S u g e n o   F I S   a n d   c e n t r o i d   m e t h o d   o f   d e f u z z i f i c a t i o n   w a s   u s e d   f o r   g e t t i n g   o u t   c r i s p   o u t p u t   o f   M a m d a n i .   T h e   M a m d a n i   F I S   h a s   o u t p u t   m e m b e r s h i p   f u n c t i o n   w h i l e   t h e   S u g e n o   d o e s   n o t   h a v e ,   r a t h e r   i t   h a s   a   t a b l e   o f   c o n s t a n t   f o r   f l e x i b i l i t y .   T a b l e   2   a n d   F i g u r e   6   s h o w   t h e   o u t p u t   f o r   S u g e n o   a n d   M a m d a n i   F I S   r e s p e c t i v e l y .   F o r   t h i s   r e s e a r c h   S u g e n o   i s   a d o p t e d   b e c a u s e   i t   i s   l e s s   t i m e   c o n s u m i n g   i n   t e r m s   o f   d e f u z z i f i c a t i o n   b y   u s i n g   w e i g h t e d   a v e r a g e   i n s t e a d   o f   d e f u z z i f i c a t i o n   a s   u s e d   b y   M a m d a n i   m o d e l .   I t   i s   m o r e   e f f i c i e n t ,   w o r k s   w e l l   w i t h   o p t i m i z a t i o n   a n d   h a s   a d a p t a t i v e   a b i l i t y   [ 2 6 ] .   T a b l e   3   a n d   T a b l e   4   s h o w   t h a t   b o t h   S u g e n o   a n d   M a m d a n i   u s e s   t h e   s a m e   r u l e   s e t .   T h e   r u l e s   w h i c h   s e t   t h e   c o n t r o l   a r e   s h o w n   i n   b o t h   t a b l e s .       T a b l e   2 .   S u g e n o   o u t p u t   t a b l e   S p r a y   r a t e   C o n s t a n t   v a l u e   O f f   0   L o w   0 . 3 3 3 3   M e d i u m   0 . 6 6 6 7   H i g h   1     T a b l e   3 .   S y s t e m   f u z z y   c o n t r o l   r u l e s   f o r   S u g e n o   R u l e s   B o x   s i z e   C o n f i d e n c e   l e v e l   S p r a y   r a t e   1   S M A L L   L O W   O F F   2   S M A L L   M O D E R A T E   L O W   3   S M A L L   H I G H   M E D I U M   4   M E D I U M   L O W   L O W   5   M E D I U M   M O D E R A T E   M E D I U M   6   M E D I U M   H I G H   H I G H   7   B I G   L O W   L O W   8   B I G   M O D E R A T E   M E D I U M   9   B I G   H I G H   H I G H       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t   J   A d v   A p p l   S c i   I S S N :   2 2 5 2 - 8 8 1 4       A   c o m p u t e r   v i s i o n - b a s e d   w e e d   c o n t r o l   s y s t e m   f o r   l o w - l a n d   r i c e   p r e c i s i o n   f a r m i n g   ( O . M .   O l a n i y i )   5 5     F i g u r e   6 .   M a m d a n i   t r i a n g u l a r   m e m b e r s h i p   f u n c t i o n   f o r   s p r a y   r a t e       T a b l e   4 .   S y s t e m   f u z z y   c o n t r o l   r u l e s   f o r   M a m d a n i   R u l e s   B o x   s i z e   C o n f i d e n c e   l e v e l   S p r a y   r a t e   1   S M A L L   L O W   O F F   2   S M A L L   M O D E R A T E   L O W   3   S M A L L   H I G H   M E D I U M   4   M E D I U M   L O W   L O W   5   M E D I U M   M O D E R A T E   M E D I U M   6   M E D I U M   H I G H   H I G H   7   B I G   L O W   L O W   8   B I G   M O D E R A T E   M E D I U M   9   B I G   H I G H   H I G H       3 . 2 .     S y s t e m   h a r d w a r e   d e s i g n   c o n s i d e r a t i o n   R a s p b e r r y   p i   3 B   w a s   u s e d   a s   t h e   m i c r o c o n t r o l l e r   o f   t h e   c o m p u t e r   v i s i o n   s y s t e m .   T h e   r a s p b e r r y   P i   3 B   i s   a   t h i r d - g e n e r a t i o n   s i n g l e   b o a r d   c o m p u t e r   t h a t   h a s   p r o c e s s i n g   s p e e d   o f   1 . 2 G H z   e n a b l i n g   i t   t o   p r o c e s s     t h e   i m a g e   a t   f a s t   s p e e d   a n d   s e n d   t h e   w e e d   i m a g e   s i z e   a n d   c o n f i d e n c e   l e v e l   o f   i m a g e   r e c o g n i t i o n   t o   t h e   f u z z y   i n f e r e n c e   s y s t e m   f o r   c o n t r o l .   T h e   m e c h a n i c a l   u n i t   c o n s i s t s   o f   t h e   f i v e - l i t r e   t a n k ,   h o s e   a n d   n o z z l e   w h i c h   a r e   c o n n e c t e d   t o   m a k e   t h e   s p r a y i n g   t a n k .   O t h e r   c o m p o n e n t s   u s e d   a r e   t h e   D C   p u m p ,   R a s p b e r r y   p i   8 M p   c a m e r a ,   L E D s   a n d   L 2 9 3 N   m o t o r   d r i v e r   w h i c h   a r e   a l l   c o n n e c t e d   t o   t h e   r a s p b e r r y   p i   f o r   c o n t r o l .   T h e   D C   p u m p   i s   p o w e r e d   b y   1 2 V   D C   w h i l e   t h e   r a s p b e r r y   p i   i s   p o w e r e d   b y   5 v   D C   b a t t e r y .     3 . 2 . 1 .   S y s t e m   m a t h e m a t i c a l   m o d e l l i n g   T h e   s y s t e m   m o d e l   c o n s i s t s   o f   t h e   c o n t r o l l e r   c o n n e c t e d   i n   s e r i e s   w i t h   t h e   p u m p .   T h e   b l o c k   d i a g r a m   o f   t h e   m o d e l   s y s t e m   i s   i n   F i g u r e   7 ,   w h i l e   F i g u r e   9   s h o w s   t h e   s i m u l i n k   m o d e l l i n g   o f   t h e   s y s t e m   i n   M A T L A B .   G ( s )   r e p r e s e n t s   t h e   p u m p   a n d   i n   m o d e l l e d   i n   t e r m s   o f   a   D C   m o t o r .   T h e   i n p u t   t o   t h e   m o d e l   i s   e l e c t r i c a l   v o l t a g e   w h i c h   i n   t u r n s   g i v e s   a n   o u t p u t   o f   a n g u l a r   v e l o c i t y   t o   d r i v e   t h e   m o t o r   [ 2 7 ] .   T h e   a n g u l a r   v e l o c i t y   o f     t h e   s h a f t   d r i v e   d e t e r m i n e s   t h e   r a t e   a t   w h i c h   t h e   h e r b i c i d e   c o m e s   o u t   o f   t h e   p u m p .   T h e   m o d e l   o f   t h e   D C   m o t o r   i s   s h o w n   i n   F i g u r e   8 .   T a b l e   5   p r e s e n t s   t h e   p a r a m e t e r   a n d   v a l u e .               F i g u r e   7 .   B l o c k   d i a g r a m   o f   t h e   s y s t e m   m o d e l   F i g u r e   8 .   M o d e l   d i a g r a m   o f   t h e   p u m p   ( C h e n ,   2 0 1 5 )         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2 2 5 2 - 8 8 1 4   I n t   J   A d v   A p p l   S c i ,   V o l .   9 ,   N o .   1 ,   M a r c h   2 0 2 0 :     5 1   –   6 1   5 6 W h e r e :     ( )     =   A r m a t u r e   c u r r e n t     = A r m a t u r e   r e s i s t a n c e       =   A r m a t u r e   i n d u c t a n c e   ( )   =   A p p l i e d   v o l t a g e   ( )   =   B a c k   E M F   ( )   =   M o t o r   t o r q u e     =   R o t o r   m o m e n t   o f   i n e r t i a     =   F r i c t i o n a l   c o e f f i c i e n t     F r o m   K i r c h h o f f ’ s   v o l t a g e   l a w   t h e   e q u a t i o n   f o r   t h e   D C   m o t o r   i s     ( ) = ( ) +   ( ) +   ( )   ( 1 )     T h e   b a c k   E M F ,   ( )   i s   p r o p o r t i o n a l   t o   a n g u l a r   v e l o c i t y .   I t   i s   g i v e n   a s     ( ) = ( )   ( 2 )       i s   t h e   c o n s t a n t   o f   t h e   b a c k   E M F .   T h e   t o r q u e   o f   t h e   m o t o r   i s   p r o p o r t i o n a l   t o   a r m a t u r e   c u r r e n t ,   i t   i s   g i v e n   a s     ( ) =     ( )   ( 3 )     W h e r e     i s   t h e   c o n s t a n t   o f   t h e   m o t o r   t o r q u e .   T h e   e q u a t i o n   o f   t h e   d c   m o t o r   c a n   n o w   b e   w r i t t e n   a s     ( ) =   ( ) +   ( ) +   ( )   ( 4 )     U s i n g   ( 3 ) ,     ( ) = ( )   ( 5 )     S u b s t i t u t i n g   ( 3 )   i n t o   ( 4 ) ,   w e   o b t a i n     ( ) =   ( ) +   ( ) +   ( )   ( 6 )     ( ) =   ( )   +   ( ) +   ( )   ( 7 )     T h e   m e c h a n i c a l   b e h a v i o u r   o f   t h e   m o t o r   c a n   b e   d e s c r i b e d   a s     ( ) = ( ) ( ) +   ( )     ( 8 )     T a k i n g   t h e   L a p l a c e   t r a n s f o r m   o f   ( 7 )   a n d   ( 8 )     ( ) =   ( )   +   ( ) +   Ω ( )   ( 9 )     ( ) =   Ω ( ) +   Ω ( )   ( 1 0 )     P u t t i n g   ( 1 0 )   i n t o   ( 9 ) ,   w e   o b t a i n     ( )   =   ( +   )   Ω ( ) +   Ω ( ) +   Ω ( )   ( 1 1 )     ( ) =   Ω ( ) ( ) =   (   ) (   )       ( 1 2 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t   J   A d v   A p p l   S c i   I S S N :   2 2 5 2 - 8 8 1 4       A   c o m p u t e r   v i s i o n - b a s e d   w e e d   c o n t r o l   s y s t e m   f o r   l o w - l a n d   r i c e   p r e c i s i o n   f a r m i n g   ( O . M .   O l a n i y i )   5 7 T h e   v a l u e s   f r o m   t h e   s t a n d a r d   m o t o r   e q u a t i o n   ( C h e n ,   2 0 1 5 ) ,   a r e   s h o w n   i n   T a b l e   7 .       T a b l e   5 .   P a r a m e t e r   t a b l e   P a r a m e t e r   V a l u e     0 . 5 Ω     0 . 0 0 1 5   H     0 . 0 0 0 2 5   N - m /   ( r a d / s 2 )     0 . 0 5   N - m / A     0 . 0 5 V / r a d / s     0 . 0 0 0 1   N - m /   r a d / s       S u b s t i t u t i n g   e a c h   v a l u e   i n t o   ( 1 2 ) ,   w e   f i n a l l y   o b t a i n     ( ) = . . .   ( 1 3 )         F i g u r e   9 .   S y s t e m   m o d e l   s i m u l a t i o n   i n   s i m u l i n k       3 . 3 .     S y s t e m   s o f t w a r e   d e s i g n   c o n s i d e r a t i o n   T h e   s o f t w a r e   u s e d   i n   t h e   c o m p u t e r   v i s i o n   s y s t e m   w a s   c h o s e n   u s i n g   c r i t e r i a   s u c h   a s   e a s e   o f   i m p l e m e n t a t i o n ,   h o w   i t   s u p p o r t s   t h e   c o m p o n e n t s   s e l e c t e d   a n d   h o w   i t   r e a c t s   t o   f l a w s   i n   t h e   s y s t e m s .   P y t h o n   ( v e r s i o n   3 . 6 )   p r o g r a m m i n g   l a n g u a g e   w a s   u s e d   i n   t h e   d e s i g n   a n d   d e v e l o p m e n t   o f   t h e   s y s t e m   b e c a u s e   i t   w a s   t h e   o f f i c i a l   p r o g r a m m i n g   l a n g u a g e   o f   R a s p b e r r y   P i ;   h i g h l y   e f f i c i e n t   a n d   f a u l t   t o l e r a n t   i n   n a t u r e .   P r o t e u s   s o f t w a r e   ( I S I S   8 )   w a s   u s e d   t o   d e s i g n   t h e   c i r c u i t   d i a g r a m   a n d   M A T L A B   ( R 2 0 1 7 A )   w a s   u s e d   f o r   s y s t e m   m o d e l l i n g ,   s i m u l a t i o n   a n d   f u z z y   l o g i c   c o n t r o l   b e c a u s e   o f   i t s   m o d e l l i n g   a n d   s i m u l a t i o n   c a p a b i l i t y   a n d   e a s e   o f   i n t e r f a c i n g   w i t h   o t h e r   p r o g r a m m i n g   l a n g u a g e s .     3 . 4 .     S y s t e m   p e r f o r m a n c e   e v a l u a t i o n   P e r f o r m a n c e   e v a l u a t i o n   i s   c a r r i e d   o u t   t o   k n o w   t h e   e f f e c t i v e n e s s   a n d   e f f i c i e n c y   o f   t h e   m e t h o d s   w h i c h   w e r e   a d o p t e d   i n   t h e   d e v e l o p m e n t   o f   t h i s   p r o j e c t .   T h e   f u z z y   l o g i c   m o d e l   w a s   e v a l u a t e d   u s i n g   t h e   M e a n   A b s o l u t e   E r r o r   ( M A E )   a n d   M e a n   S q u a r e   E r r o r   ( M S E )   o f   t h e   S u g e n o   m o d e l   w h i c h   w e r e   t h e   m e t h o d s   a s   a d o p t e d   b y   [ 2 8 - 3 1 ] .   D a t a b a s e   o f   5 0   d i f f e r e n t   s a m p l e s   o f   b o x   s i z e   a n d   c o n f i d e n c e   l e v e l   w a s   g e n e r a t e d   r a n d o m l y   t o   t e s t   t h e   s p r a y   r a t e   o f   t h e   S u g e n o   a n d   m a m d a n i   m o d e l   u s i n g   t h e   ‘ e v a l f i s ’   c o m m a n d   i n   M A T L A B .   T h e   M A E   a n d   M S E   w e r e   c a l c u l a t e d   f o r   e a c h   d e v i a t i o n   o f   t h e   m o d e l .   T h e   m e t r i c s   c a n   b e   r e p r e s e n t e d   m a t h e m a t i c a l l y   a s :     M A E =   ∑ | |         ( 1 4 )     M S E   =   ∑ ( )         ( 1 5 )       4 .   R E S U L T S   A N D   D I S C U S S I O N   T h i s   s e c t i o n   p r e s e n t s   t h e   r e s u l t   o b t a i n e d   f r o m   t h e   s i m u l a t i o n   o f   b o t h   t h e   S u g e n o   a n d   M a m d a n i   o n   M A T L A B   R 2 0 1 7 A .   F i g u r e   1 0   s h o w s   t h e   s u r f a c e   v i e w   f o r   t h e   S u g e n o   m o d e l .   F i g u r e   1 1   s h o w s   h o w   t h e   s p r a y   r a t e   i s   a f f e c t e d   b y   t h e   c o n f i d e n c e   l e v e l .   T h e   m o d e l   s h o w s   t h e   r e l a t i o n s h i p   b e t w e e n   t h e   b o x   s i z e   o f     t h e   r e c o g n i s e d   w e e d   a n d   t h e   c o n f i d e n c e   l e v e l   o b t a i n e d   a n d   h o w   t h e y   b o t h   a f f e c t   t h e   s p r a y   r a t e   o f   t h e   p u m p .   F i g u r e   1 4   s h o w s   t h e   s t e p   r e s p o n s e   o f   t h e   d e s i g n e d   c o n t r o l   s y s t e m .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2 2 5 2 - 8 8 1 4   I n t   J   A d v   A p p l   S c i ,   V o l .   9 ,   N o .   1 ,   M a r c h   2 0 2 0 :     5 1   –   6 1   5 8 F i g u r e   1 2   a n d   F i g u r e   1 3   s h o w   t h e   s u r f a c e   v i e w   f o r   t h e   M a m d a n i   F I S   a n d   h o w   t h e   c o n f i d e n c e   l e v e l   a f f e c t s   t h e   S p r a y   R a t e .   I t   s h o w s   h o w   t h e   b o x   s i z e   o f   t h e   r e c o g n i z e d   w e e d   a n d   t h e   c o n f i d e n c e   l e v e l   o f     t h e   r e c o g n i t i o n   s y s t e m   a f f e c t s   t h e   s p r a y   r a t e   o f   t h e   s p r a y e r .   T h e   r e s u l t   o b t a i n e d   f o r   S u g e n o   m o d e l   a n d   M a m d a n i   s h o w s   t h a t   t h e   S u g e n o   m o d e l   h e l p s   t o   g e t   t h e   m a x i m u m   u s e   o f   t h e   s p r a y e r   w h i l e   t h e   M a m d a n i   s h o w s   e x p r e s s i v e n e s s   i n   t e r m s   o f   t h e   o u t p u t   m e m b e r s h i p   f u n c t i o n .   F i g u r e   1 5   s h o w s   t h e   d e v e l o p e d   t h e   c o m p u t e r   v i s i o n   s y s t e m   a f t e r   p r o g r a m m i n g   a n d   i n t e g r a t i n g   m a t e r i a l s   s e l e c t e d   i n   s e c t i o n   3 . 2 .               F i g u r e   1 0 .   S u r f a c e   v i e w   f o r   t h e   S u g e n o   F i g u r e   1 1 .   S p r a y   r a t e   v e r s u s   c o n f i d e n c e   l e v e l                   F i g u r e   1 2 .   S u r f a c e   v i e w   f o r   M a m d a n i   F i g u r e   1 3 .   S p r a y   r a t e   v s   c o n f i d e n c e   l e v e l                   F i g u r e   1 4 .   S t e p   r e s p o n s e   o f   w e e d   c o n t r o l   s y s t e m   F i g u r e   1 5 .   D e s i g n e d   c o n t r o l   s y s t e m       4 . 1 .     P e r f o r m a n c e   e v a l u a t i o n   f o r   t h e   f u z z y   l o g i c   m o d e l   5 0   r a n d o m   d a t a   w e r e   g e n e r a t e d   t o   e v a l u a t e   t h e   S u g e n o   m o d e l   a n d   t h e   M a m d a n i   m o d e l .     T h e   d e v i a t i o n   o f   t h e   m o d e l   w a s   c a l c u l a t e d   a n d   r e c o r d e d .   M A E   a n d   M S E   w e r e   t h e   m e t r i c s   u s e d   t o   e v a l u a t e   t h e   m o d e l .   T a b l e   6   a n d   T a b l e   7   s h o w   t h e   s u m m a r y   o f   t h e   r e s u l t s   o b t a i n e d   f o r   p e r f o r m a n c e   e v a l u a t i o n   m e a s u r e m e n t   f o r   5 0   g e n e r a t e d   s a m p l e s   f o r   b o t h   S u g e n o   a n d   M a m d a n i   f u z z y   l o g i c   s y s t e m .   T h e   e q u a t i o n   i s   a d o p t e d   f r o m   S e c t i o n   3 . 4 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t   J   A d v   A p p l   S c i   I S S N :   2 2 5 2 - 8 8 1 4       A   c o m p u t e r   v i s i o n - b a s e d   w e e d   c o n t r o l   s y s t e m   f o r   l o w - l a n d   r i c e   p r e c i s i o n   f a r m i n g   ( O . M .   O l a n i y i )   5 9   = ∑   | |             M S E   = ∑   ( )             F o r   S u g e n o       =   . = 0 . 0 9 1 3 5       =   . = 0 . 0 3 4 7 8 6       F o r   M a m d a n i     =   . = 0 . 0 9 0 5 4         =   . = 0 . 0 2 4 2 9         T a b l e   6 .   S u m m a r y   o f   p e r f o r m a n c e   m e a s u r e m e n t   f o r   t h e   5 0   t e s t   s a m p l e s   f o r   S u g e n o   P e r f o r m a n c e   m e a s u r e   5 0   T e s t   s a m p l e s   M A E   0 . 0 9   M S E   0 . 0 3     T a b l e   7 .   S u m m a r y   o f   p e r f o r m a n c e   m e a s u r e m e n t   f o r   t h e   5 0   t e s t   s a m p l e s   f o r   M a m d a n i   P e r f o r m a n c e   m e a s u r e   5 0   T e s t   s a m p l e s   M A E   0 . 0 9   M S E   0 . 0 2         5 .   C O N C L U S I O N   T h e   r e s u l t   o b t a i n e d   f r o m   t h e   s i m u l a t i o n   s h o w s   0 . 0 9   f o r   m e a n   a b s o l u t e   e r r o r   a n d   0 . 0 3   f o r   m e a n   s q u a r e   e r r o r   o f   S u g e n o ,   s i m i l a r   v a l u e   w a s   o b t a i n e d   f o r   t h e   e v a l u a t i o n   o f   M a m d a n i   f u z z y   i n f e r e n c e   s y s t e m .   T h i s   r e s u l t   s h o w s   t h a t   f u z z y   l o g i c   c a n   b e   a p p l i e d   t o   m o n i t o r   t h e   s p r a y i n g   a c t i o n   o f   a   t a n k   w h i c h   i n   t u r n   w i l l   l e a d   t o   r e d u c t i o n   i n   h e r b i c i d e   u s a g e   a n d   r e d u c e   e n v i r o n m e n t a l   d a m a g e   a s s o c i a t e d   w i t h   u n i f o r m   s p r a y i n g .     T h e   s y s t e m   m o d e l l i n g   o n   S i m u l i n k   s h o w s   a   r i s e   t i m e   o f   0 . 1 0 1 2 ,   s e t t l i n g   t i m e   o f   0 . 1 8 2 9 ,   o v e r s h o o t   o f   0 . 0 0 4 5   a n d   p e a k   t i m e   o f   2 . 3 7 3 4 .   S i n c e   t h e   s y s t e m   e r r o r   i s   n e g l i g i b l e ,   i t   s h o w s   t h a t   t h e   s y s t e m   c a n   b e   a p p l i e d   o n   a   r e a l   r i c e   f a r m   t o   c o n t r o l   h e r b i c i d e   u s a g e ,   t h u s   b o o s t i n g   r i c e   p r o d u c t i o n   a t   r e d u c e d   p r o d u c t i o n   c o s t .   T h i s   w i l l   t h e r e f o r e   y i e l d   m o r e   r e t u r n s   f o r   t h e   f a r m e r s .   H o w e v e r ,   i n   t h i s   r e s e a r c h ,   t h e   a c t u a l   a m o u n t   o f   h e r b i c i d e   t o   k i l l   t h e   w e e d s   w a s   n o t   c a l c u l a t e d .   T h e r e f o r e ,   f u t u r e   r e s e a r c h   s h o u l d   e n d e a v o u r   t o   c a r r y   o u t   q u a n t i t a t i v e   a m o u n t   o f   h e r b i c i d e s   c a p a b l e   o f   k i l l i n g   t h e   r e c o g n i z e d   w e e d s .   F u r t h e r m o r e ,   t h e   s p r a y e r   a r m   f o r   t h e   s y s t e m   w a s   s t a t i c ,   s o   f u t u r e   w o r k   c a n   w o r k   a   r o b o t i c   h a n d   f o r   t h e   s p r a y e r   t o   e n a b l e   i t   t u r n   a n d   s p r a y   i n   r e s p e c t   t o   v i e w e d   a r e a s .         R E F E R E N C E S   [ 1 ]   R . K .   N a r e s h ,   Y .   K u m a r ,   P .   C h a u h a n ,   a n d   D .   K u m a r ,   “ R o l e   o f   p r e c i s i o n   f a r m i n g   f o r   s u s t a i n a b i l i t y   o f   r i c e - w h e a t   c r o p p i n g   s y s t e m   i n   w e s t e r n   i n d o   g a n g e t i c   p l a i n s , ”   I n t   J   L i f e   S c   B t   P h a r m   R e s ,   v o l .   1 ,   p p .   1 – 1 3 ,   2 0 1 2 .   [ 2 ]   S h i b u s a w a   S . ,   “ P r e c i s i o n   F a r m i n g   a n d   T e r r a - M e c h a n i c s , ”   T h e   F i f t h   I S T V S   A s i a - P a c i f i c   R e g i o n a l   C o n f e r e n c e   i n   K o r e a ,   O c t o b e r   2 0 - 2 2 ,   p p .   2 5 1 - 2 6 1 ,   1 9 9 8 .   [ 3 ]   A m i n ,   M .   S .   M ,   R o w s h o n ,   M .   K . ,   a n d   W .   A i m r u n ,   “ P a d d y   w a t e r   m a n a g e m e n t   f o r   p r e c i s i o n   f a r m i n g   o f   r i c e , ”   C u r r e n t   I s s u e s   o f   W a t e r   M a n a g e m e n t ,   I n T e c h ,   2 0 1 1 .   [ 4 ]   M a c l e a n ,   J . ,   H a r d y ,   B . ,   a n d   H e t t e l ,   G . ,   R i c e   A l m a n a c :   S o u r c e   b o o k   f o r   o n e   o f   t h e   m o s t   i m p o r t a n t   e c o n o m i c   a c t i v i t i e s   o n   e a r t h .   I R R I ,   2 0 1 3 .   [ 5 ]   N w i l e n e ,   F . ,   O i k e h ,   S . ,   A g u n b i a d e ,   T . ,   O l a d i m e j i ,   O . ,   A j a y i ,   O . ,   S i é ,   M . ,   a n d   T o u r é ,   A . ,   G r o w i n g   l o w l a n d   r i c e :   a   p r o d u c t i o n   h a n d b o o k .   A f r i c a   R i c e   C e n t e r   ( W A R D A ) ,   2 0 0 8 .     [ 6 ]   R o d e n b u r g ,   J .   a n d   J o h n s o n ,   D .   E . ,   “ W e e d   M a n a g e m e n t   i n   R i c e ‐ B a s e d   C r o p p i n g   S y s t e m s   i n   A f r i c a , ”   A d v a n c e s   i n   A g r o n o m y ,   D .   L .   S p a r k s ,   E d .   A c a d e m i c   P r e s s ,   v o l .   1 0 3 ,   p p .   1 4 9 - 2 1 8 ,   2 0 0 9 .   [ 7 ]   K h a n ,   Y .   N . ,   “ W e e d   D e t e c t i o n   i n   C r o p s   U s i n g   C o m p u t e r   V i s i o n , ”   C e n t r e   o f   R o b o t i c s ,   2 0 1 5 .   [ 8 ]   H o s s a i n ,   M .   M . ,   “ R e c e n t   p e r s p e c t i v e   o f   h e r b i c i d e :   R e v i e w   o f   d e m a n d   a n d   a d o p t i o n   i n   w o r l d   a g r i c u l t u r e , ”   J o u r n a l   o f   B a n g l a d e s h   A g r i c u l t u r a l   u n i v e r s i t y ,   v o l .   1 3 ,   n o .   1 ,   p p .   1 9 – 3 0 ,   2 0 1 5 .   [ 9 ]   I s m a i l a ,   U . ,   W a d a ,   A .   C . ,   D a n i y a ,   E . ,   a n d   G b a n g u b a ,   A .   U . ,   “ M e e t i n g   t h e   L o c a l   R i c e   N e e d s   i n   N i g e r i a   T h r o u g h   E f f e c t i v e   W e e d   M a n a g e m e n t , ”   S u s t a i n a b l e   A g r i c u l t u r e   R e s e a r c h ,   v o l .   2 ,   n o .   2 ,   p p .   3 7 – 4 8 ,   2 0 1 3 .   [ 1 0 ]   P a t e l ,   D .   D . ,   a n d   K u m b h a r ,   B .   A . ,   “ W e e d   a n d   i t s   m a n a g e m e n t :   A   m a j o r   t h r e a t s   t o   c r o p   e c o n o m y , ”   J .   P h a r m .   S c i .   B i o s c i e n t i f i c   R e s ,   v o l .   6 ,   n o .   6 ,   p p .   4 5 3 – 7 5 8 ,   2 0 1 6 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2 2 5 2 - 8 8 1 4   I n t   J   A d v   A p p l   S c i ,   V o l .   9 ,   N o .   1 ,   M a r c h   2 0 2 0 :     5 1   –   6 1   6 0 [ 1 1 ]   A j a l a ,   A .   S . ,   a n d   G a n a ,   A . ,   “ A n a l y s i s   o f   C h a l l e n g e s   F a c i n g   R i c e   P r o c e s s i n g   i n   N i g e r i a , ”   J o u r n a l   o f   F o o d   P r o c e s s i n g ,   v o l .   2 0 1 5 ,   p p .   1 - 6 ,   2 0 1 5   [ 1 2 ]   A g r o   N i g e r i a ,   “ W e e d   C o n t r o l :   A l l   Y o u   N e e d   t o   K n o w   A b o u t   U s i n g   S i m a z i n e , ”   2 0 1 4 .   R e t r i e v e d   M a y   3 0 ,   2 0 1 8 .   [ O n l i n e ] .   A v a i l a b l e :   f r o m   h t t p s : / / a g r o n i g e r i a . c o m . n g / w e e d - c o n t r o l - n e e d - k n o w - u s i n g - s i m a z i n e /   [ 1 3 ]   B a j w a ,   A .   A . ,   M a h a j a n ,   G . ,   a n d   C h a u h a n ,   B .   S . ,   “ N o n c o n v e n t i o n a l   w e e d   m a n a g e m e n t   s t r a t e g i e s   f o r   m o d e r n   a g r i c u l t u r e , ”   W e e d   S c i e n c e ,   v o l .   6 3 ,   n o .   4 ,   p p .   7 2 3 – 7 4 7 ,   2 0 1 5 .   [ 1 4 ]   P a t e l ,   D .   D . ,   a n d   K u m b h a r ,   B .   A . ,   “ W e e d   a n d   i t s   m a n a g e m e n t :   A   m a j o r   t h r e a t s   t o   c r o p   e c o n o m y , ”   J .   P h a r m .   S c i .   B i o s c i e n t i f i c   R e s ,   v o l .   6 ,   n o .   6 ,   p p .   4 5 3 – 7 5 8 ,   2 0 1 6 .   [ 1 5 ]   V i k h r a m ,   G .   Y .   R . ,   A g a r w a l ,   R . ,   U p r e t y ,   R . ,   a n d   P r a s a n t h ,   V .   N .   S . ,   “ A u t o m a t i c   W e e d   D e t e c t i o n   a n d   S m a r t   H e r b i c i d e   S p r a y e r   R o b o t , ”   I n t e r n a t i o n a l   J o u r n a l   o f   E n g i n e e r i n g   a n d   T e c h n o l o g y   ( U A E ) ,   v o l .   7 ,   p p .   1 1 5 - 1 1 8 ,   2 0 1 8 .   [ 1 6 ]   H a s s a n ,   N .   M . ,   “ D e v e l o p m e n t   o f   I n t e l l i g e n t   F r u i t   P u l p   R e c o g n i t i o n   S y s t e m   U s i n g   S t a t i s t i c a l   D e s c r i p t o r   a n d   A r t i f i c i a l   N e u r a l   N e t w o r k , ”   M a s t e r   o f   E n g i n e e r i n g   T h e s i s ,   D e p a r t m e n t   o f   C o m p u t e r   E n g i n e e r i n g .   F e d e r a l   U n i v e r s i t y   o f   T e c h n o l o g y ,   M i n n a ,   N i g e r i a ,   2 0 1 5 .   [ 1 7 ]   S i n g h ,   V . ,   J a t ,   M .   L . ,   G a n i e ,   Z .   A . ,   C h a u h a n ,   B .   S . ,   a n d   G u p t a ,   R .   K . ,   “ H e r b i c i d e   o p t i o n s   f o r   e f f e c t i v e   w e e d   m a n a g e m e n t   i n   d r y   d i r e c t -   s e e d e d   r i c e   u n d e r   s c e n t e d   r i c e - w h e a t   r o t a t i o n   o f   w e s t e r n   I n d o -   G a n g e t i c   P l a i n s , ”   C r o p   P r o t e c t i o n ,   v o l .   8 1 ,   p p .   1 6 8 – 1 7 6 ,   2 0 1 6 .     [ 1 8 ]   D e e p a ,   K . ,   a n d   S u j a t h a ,   N . ,   “ A n a l y s i s   a n d   D e t e c t i o n   o f   W e e d s   i n   A g r i c u l t u r a l   A r e a   u s i n g   v a r i o u s   I m a g e   S e g m e n t a t i o n   A l g o r i t h m s , ”   I n t e r n a t i o n a l   J o u r n a l   o f   S c i e n t i f i c   E n g i n e e r i n g   a n d   R e s e a r c h   ( I J S E R ) ,   v o l .   5 ,   n o .   7 ,     p p .   2 5 6 – 2 6 0 ,   2 0 1 7 .   [ 1 9 ]   D e s a i ,   R . ,   D e s a i ,   K . ,   a n d   S o l a n k i ,   Z . ,   “ R e m o v a l   o f   W e e d s   U s i n g   I m a g e   P r o c e s s i n g :   A   T e c h n i c a l   R e v i e w , ”   I n t e r n a t i o n a l   J o u r n a l   o f   A d v a n c e d   C o m p u t e r   T e c h n o l o g y   ( I J A C T ) ,   v o l .   4 ,   n o .   1 ,   p p .   2 7 - 3 1 ,   2 0 1 5 .   [ 2 0 ]   P u s p h a v a l l i ,   M . ,   a n d   C h a n d r a l e k a ,   R . ,   “ A u t o m a t i c   W e e d   R e m o v a l   S y s t e m   u s i n g   M a c h i n e   V i s i o n , ”   I n t e r n a t i o n a l   J o u r n a l   o f   a d v a n c e d   R e s e a r c h   i n   E l e c t r o n i c s   a n d   C o m m u n i c a t i o n   E n g i n e e r i n g ,   v o l .   5 ,   n o .   3 ,   p p .   5 0 3 - 5 0 6 ,   2 0 1 6 .   [ 2 1 ]   P u l i d o ,   C . ,   S o l a q u e ,   L . ,   a n d   V e l a s c o ,   N . ,   “ W e e d   r e c o g n i t i o n   b y   S V M   t e x t u r e   f e a t u r e   c l a s s i f i c a t i o n   i n   o u t d o o r   v e g e t a b l e   c r o p   i m a g e s , ”   I n g e n i e r í a   e   I n v e s t i g a c i ó n ,   v o l .   3 7 ,   n o .   1 ,   p p .   6 8 – 7 4 ,   2 0 1 7 .     [ 2 2 ]   T u t o r i a l   P o i n t . ,   “ A r t i f i c i a l   I n t e l l i g e n c e   -   F u z z y   L o g i c   S y s t e m s , ”   2 0 1 8 .   R e t r i e v e d   S e p t e m b e r   1 2 ,   2 0 1 8 .   [ O n l i n e ] .   A v a i l a b l e :   h t t p s : / / t u t o r i a l p o i n t s . c o m / a r t i f i c i a l _ i n t e l l i g e n c e / a r t i f i c i a l _ i n t e l l i g e n c e _ f u z z y _ l o g i c _ s y s t e m s . h t m   [ 2 3 ]   W a n g ,   Y . ,   a n d   C h e n ,   Y . ,   “ A   C o m p a r i s o n   o f   M a m d a n i   a n d   S u g e n o   F u z z y   I n f e r e n c e   S y s t e m s   f o r   T r a f f i c   F l o w   P r e d i c t i o n , ”   J o u r n a l   o f   C o m p u t e r s ,   v o l .   9 ,   n o .   1 ,   p p .   1 2 – 2 1 ,   2 0 1 4 .     [ 2 4 ]   S a r i ,   W .   E . ,   W a h y u n g g o r o ,   O . ,   a n d   F a u z i a t i ,   S . ,   “ A   C o m p a r a t i v e   S t u d y   o n   F u z z y   M a m d a n i - S u g e n o -   T s u k a m o t o   f o r   t h e   C h i l d h o o d   T u b e r c u l o s i s   D i a g n o s i s , ”   I P   C o n f   P r o c . ,   v o l .   1 7 5 5 ,   2 0 1 6 .     [ 2 5 ]   Z a h e r ,   H . ,   K a n d i l ,   A .   E . ,   a n d   F a h m y ,   R . ,   “ C o m p a r i s o n   o f   M a m d a n i   a n d   S u g e n o   F u z z y   I n f e r e n c e   S y s t e m s   f o r   P r e d i c t i o n , ”   S c i e n c e   D o m a i n   I n t e r n a t i o n a l ,   v o l .   4 ,   n o .   2 1 ,   p p .   3 0 1 4 – 3 0 2 2 ,   2 0 1 4 .   [ 2 6 ]   K a u r ,   A . ,   a n d   K a u r ,   A . ,   “ C o m p a r i s o n   o f   M a m d a n i - T y p e   a n d   S u g e n o - T y p e   F u z z y   I n f e r e n c e   S y s t e m s   f o r   A i r   C o n d i t i o n i n g   S y s t e m , ”   I n t e r n a t i o n a l   J o u r n a l   o f   S o f t   C o m p u t i n g   a n d   E n g i n e e r i n g   ( I J S C E ) ,   v o l .   2 ,   n o .   2 ,     p p .   3 2 3 – 3 2 5 ,   2 0 1 2 .   [ 2 7 ]   Y .   C h e n ,   “ M o d e l i n g   o f   D C   M o t o r , ”   p p .   1 – 8 ,   2 0 1 5 .   [ 2 8 ]   C h a d h a ,   A . ,   a n d   S a t a m ,   N . ,   “ A n   E f f i c i e n t   M e t h o d   f o r   I m a g e   a n d   A u d i o   S t e g a n o g r a p h y   U s i n g   L e a s t   S i g n i f i c a n t   B i t   ( L S B )   S u b t i t u t i o n . , ”   I n t e r n a t i o n a l   J o u r n a l   o f   C o m p u t e r   A p p l i c a t i o n s ,   v o l .   7 7 ,   n o .   1 3 ,   p p .   3 7 - 4 5 ,   2 0 1 3 .   [ 2 9 ]   I s a h ,   A . D . ,   “ D e v e l o p m e n t   o f   A s p h a l t   P a v e d   R o a d   P o t h o l e   D e t e c t i o n   S y s t e m   U s i n g   M o d i f i e d   C o l o u r   S p a c e   A p p r o a c h , ”   M . E n g .   T h e s i s ,   D e p a r t m e n t   o f   C o m p u t e r   E n g i n e e r i n g .   F e d e r a l   U n i v e r s i t y   o f   T e c h n o l o g y ,   M i n n a ,   N i g e r i a ,   2 0 1 5 .   [ 3 0 ]   G u p t a ,   H . ,   K u m a r ,   R . ,   a n d   C h a n g l a n i ,   S . ,   “ E n h a n c e d   D a t a   H i d i n g   C a p a c i t y   U s i n g   L S B -   B a s e d   I m a g e   S t e g a n o g r a p h y   M e t h o d , ”   I n t e r n a t i o n a l   J o u r n a l   o f   E m e r g i n g   T e c h n o l o g y   a n d   A d v a n c e d   E n g i n e e r i n g ,   v o l .   3 ,   n o .   6 ,   p p .   2 1 2 - 2 1 4 ,   2 0 1 3 .   [ 3 1 ]   L a s k a r ,   S .   A .   a n d   H e m a c h a n d r a n ,   K . ,   “ H i g h   c a p a c i t y   d a t a   h i d i n g   u s i n g   L S B   s t e g a n o g r a p h y   a n d   e n c r y p t i o n , ”   I n t e r n a t i o n a l   J o u r n a l   o f   D a t a b a s e   M a n a g e m e n t   S y s t e m s   ( I J D M S ) ,   v o l .   4 ,   n o .   6 ,   p p .   5 7 - 6 8 ,   2 0 1 2 .       B I O G R A P H I E S   O F   A U T H O R S         O l a y e m i   M i k a i l   O l a n i y i   i s   a n   A s s o c i a t e   P r o f e s s o r   i n   t h e   D e p a r t m e n t   o f   C o m p u t e r   E n g i n e e r i n g   a t   F e d e r a l   U n i v e r s i t y   o f   T e c h n o l o g y ,   M i n n a ,   N i g e r   S t a t e ,   N i g e r i a .   H e   o b t a i n e d   h i s   B . T e c h .   a n d   M . S c .   i n   C o m p u t e r   E n g i n e e r i n g   a n d   E l e c t r o n i c   a n d   C o m p u t e r   E n g i n e e r i n g   r e s p e c t i v e l y .   H e   h a d   h i s   P h . D .   i n   C o m p u t e r   S e c u r i t y   f r o m   L a d o k e   A k i n t o l a   U n i v e r s i t y   o f   T e c h n o l o g y ,   O g b o m o s h o ,   O y o   S t a t e ,   N i g e r i a .   H e   h a s   p u b l i s h e d   i n   r e p u t a b l e   j o u r n a l s   a n d   l e a r n e d   c o n f e r e n c e s .   H i s   a r e a s   o f   r e s e a r c h   i n c l u d e   C o m p u t e r   S e c u r i t y ,   I n t e l l i g e n t / E m b e d d e d   S y s t e m s   d e s i g n   a n d   A p p l i e d   M e d i c a l   I n f o r m a t i c s       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.