تحلیل پیشرفت‌های اخیر هوش مصنوعی و یادگیری ماشین در کشاورزی دقیق با رویکرد علم‌سنجی: روندها، چالش‌ها و فرصت‌ها

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

گروه ترویج و آموزش کشاورزی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه بوعلی سینا، همدان، ایران

چکیده

هدف: این مطالعه تحلیل پیشرفت‌های اخیر هوش مصنوعی و یادگیری ماشین در کشاورزی دقیق است تا نشان دهد این فناوری‌ها چگونه به بهینه‌سازی فرآیندهای کشاورزی، افزایش بهره‌وری و پاسخ به چالش‌های زیست‌محیطی و نیاز به تأمین غذای جمعیت رو به رشد کمک می‌کنند. با توجه به افزایش تقاضا برای کشاورزی دقیق و اتکا به فناوری‌های نوین، پژوهش به دنبال شناسایی روندها، چالش‌ها و فرصت‌های موجود در این حوزه می‌باشد.

روش پژوهش: این پژوهش با رویکرد تحلیلی و بر مبنای علم‌سنجی انجام شده است. جامعه آماری شامل مطالعات مرتبط با هوش مصنوعی و یادگیری ماشین در کشاورزی دقیق است که در پایگاه اسکوپوس در بازه زمانی 2000 تا 2025 نمایه شده‌اند. برای جستجوی مقالات، از کلمات کلیدی “هوش مصنوعی”، “یادگیری ماشین”، “کشاورزی دقیق” و “تکنولوژی‌های نوین کشاورزی” استفاده شد. در نهایت، 750 مقاله به عنوان جامعه آماری انتخاب و تحلیل شدند. برای ترسیم شبکه موضوعی مطالعات، از نرم‌افزار VOSviewer بهره‌گیری شد. همچنین، به منظور بررسی روابط بین داده‌ها، از آزمون همبستگی پیرسون استفاده گردید.

یافته‌ها: بر اساس تحلیل انجام‌شده، کلیدواژه “کشاورزی دقیق” با ۲۳۱ بار وقوع، به‌عنوان محور اصلی تحقیقات شناسایی شده است و این تاکید نشان‌دهنده تمایل فزاینده محققان به بهینه‌سازی فرایندها و بهبود کارایی از طریق فناوری‌های نوین است. همچنین، کلیدواژه‌های "هوش مصنوعی (AI)" و "یادگیری ماشین (ML)" به ترتیب با ۱۹۵ و ۱۷۶ بار تکرار، گویای تلاش پژوهشگران برای حل چالش‌های کشاورزی از طریق تحلیل داده‌های بزرگ و پیش‌بینی الگوهای آب‌وهوایی است. تحلیل روند انتشار در بازه‌های زمانی مختلف نشان می‌دهد که از ۲۰۰۰–۲۰۰۵ تنها ۲۷ مقاله وجود داشته و این عدد به ۳۸۷ مقاله در بازه ۲۰۲۰–۲۰۲۵ رسیده است. این روند صعودی به‌ویژه از سال ۲۰۱۵ به بعد با شتاب بیشتری دنبال شده است که گواهی است دال بر پذیرش گسترده‌تری از این فناوری‌ها برای بهینه‌سازی تولیدات و کاهش هزینه‌ها. بررسی خوشه‌های واژگانی نیز نشان داد که خوشه "کشاورزی دقیق" با واژگانی مانند "مزارع"، "تأمین غذا" و "فناوری کشاورزی" به بهینه‌سازی فرآیندها و افزایش بهره‌وری اشاره دارد و ارتباطات میان این عناصر به تصمیم‌گیری و پیش‌بینی‌های مبتنی بر داده مربوط می‌شود. خوشه "یادگیری ماشین" با واژگانی مانند "یادگیری عمیق" و "ماشین‌های بردار پشتیبان" به تکنیک‌های یادگیری ماشین و کاربردهای آن‌ها در تحلیل داده‌های کشاورزی می‌پردازد. خوشه "اینترنت اشیاء" با واژگانی همچون "حسگرها" و "سنجش از دور" به جمع‌آوری داده‌ها از دستگاه‌ها و به‌کارگیری داده‌ها در محیط‌های زراعی اشاره دارد. همچنین، خوشه "یادگیری سیستم‌ها" با واژگانی مانند "تصمیم‌گیری" و "اتوماسیون" بر استفاده از الگوریتم‌ها و سیستم‌های یادگیری برای اتوماسیون کشاورزی متمرکز است و اهمیت ویژه‌ای در تحلیل داده و بهینه‌سازی عملکرد محصولات دارد. نتایج تحلیل همبستگی پیرسون نیز به‌طور خاص نشان‌دهنده رابطه مثبت و معنادار (P < 0.01)، بین تعداد مقالات منتشر شده و سال انتشار است که گواهی بر افزایش توجه به AI و ML در کشاورزی دقیق در سال‌های اخیر است و بیانگر تأثیر فناوری‌های نوین و دسترسی به داده‌ها بر روند پژوهش‌هاست.

نتیجه‌گیری: نتایج نشان داد که روند رو به رشد و تنوع موضوعی در آینده پژوهش‌های کشاورزی دقیق روشن و امیدوارکننده است. این یافته‌ها می‌تواند مبنای محکمی برای پژوهش‌های آتی و توسعه سیاست‌های مؤثر در کشاورزی دقیق باشد و به بهبود عملکرد و بهره‌وری، همچنین مدیریت منابع در مواجهه با تغییرات زیست‌محیطی و رشد جمعیت کمک شایانی نماید. با توجه به اهمیت همسو شدن پژوهش‌های علمی با نیازهای عملی مزرعه‌ها، استقرار چارچوب‌های پژوهشی منسجم، ارتقای زیرساخت‌های داده‌ای، و تشویق مشارکت فعال کشاورزان و صنایع مرتبط از اولویت‌های کلیدی آینده محسوب می‌شود. به این ترتیب، آینده کشاورزی دقیق می‌تواند با افزایش کارایی، کاهش هزینه‌ها، بهبود پایداری زیست‌محیطی و کاهش خطرات ناشی از نوسانات اقلیمی و منابع محدود، نقشی کلیدی در تأمین امنیت غذایی ایفا کند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Scientometric Analysis of Recent Advances in Artificial Intelligence and Machine Learning in Precision Agriculture: Trends, Challenges, and Opportunities

نویسندگان [English]

  • Yaser Mohammadi
  • Freshteh Avatefi Akmal
Department of Agricultural Extension and Education, Faculty of Agriculture, Bu-Ali Sina University, Hamedan, Iran
چکیده [English]

Objective: This study analyzes the recent progress in artificial intelligence (AI) and machine learning (ML) in precision agriculture to demonstrate how these technologies contribute to optimizing agricultural processes, increasing productivity, and addressing environmental challenges and the food demands of a growing population. Given the rising demand for precision agriculture and reliance on innovative technologies, the research seeks to identify trends, challenges, and opportunities in this field.

Research Methodology: The study adopts an analytic, scientometrics (literature-based) approach. The statistical population comprises studies related to AI and ML in precision agriculture indexed in Scopus from 2000 to 2025. For article retrieval, keywords "artificial intelligence," "machine learning," "precision agriculture," and "emerging agricultural technologies" were used. Ultimately, 750 articles were selected as the study sample for analysis. To map the semantic networks of the studies, VOSviewer was employed. Additionally, Pearson correlation analysis was used to examine relationships among data to assess the validity and direction of associations between variables.

Findings: According to the analysis, the keyword "precision agriculture" emerged as the central axis of research with a frequency of 231, indicating researchers' increasing focus on optimizing processes and improving efficiency through novel technologies. The keywords "artificial intelligence" (AI) and "machine learning" (ML) occurred 195 and 176 times, respectively, reflecting researchers’ efforts to address agricultural challenges through big data analytics and weather-pattern forecasting. Temporal trend analysis shows that from 2000–2005 only 27 articles were published, rising to 387 articles in 2020–2025. This upward trajectory, especially since 2015, accelerates, evidencing broader adoption of these technologies for productivity optimization and cost reduction. Lexical clustering reveals a cluster around "precision agriculture" with terms such as "farms," "food security," and "agricultural technology," pointing to process optimization and productivity gains driven by data-based decisions. The cluster "machine learning" includes terms like "deep learning" and "support vector machines," underscoring ML techniques and their applications in agricultural data analysis. The cluster "Internet of Things" (IoT) includes terms like "sensors" and "remote sensing," highlighting data collection from devices and their use in field environments. The cluster "systems learning" centers on terms such as "decision making" and "automation," emphasizing the use of learning algorithms and systems to automate agricultural processes and optimize product performance. Pearson correlation results indicate a positive and significant relationship (P < 0.01) between the number of published articles and publication year, confirming increasing attention to AI and ML in precision agriculture in recent years and the impact of emerging technologies and data access on research trends.

Conclusion: The results indicate a growing trajectory and thematic diversity in future research on precision agriculture, which is promising. These findings provide a robust foundation for future studies and for developing effective policies in precision agriculture, contributing to improved performance, productivity, and resource management in the face of environmental changes and population growth. Recognizing the importance of aligning scientific research with practical farm needs, establishing cohesive research frameworks, upgrading data infrastructure, and encouraging active participation from farmers and related industries are identified as key priorities for the future. Consequently, the future of precision agriculture could, through enhanced efficiency, reduced costs, improved environmental sustainability, and mitigated risks from climate variability and limited resources, play a pivotal role in ensuring food security.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Artificial Intelligence
  • Precision Agriculture
  • Machine Learning
  • Internet of Things
  • Smart Agriculture
  • Systems Learning
  • Data Mining
  • Weather Forecasting
  • Agricultural Automation