Progress in Plant Protection

Uczenie maszynowe jako narzędzie wspierające rozwój produkcji rzepaku (Brassica napus L.)
Machine learning as a tool supporting the development of rapeseed (Brassica napus L.) production

Marek Wójtowicz, e-mail: m.wojtowicz@ihar.edu.pl

Instytut Hodowli i Aklimatyzacji Roślin – Państwowy Instytut Badawczy, Radzików 1, 05-870 Błonie, Polska

Andrzej Wójtowicz, e-mail: a.wojtowicz@iorpib.poznan.pl

Instytut Ochrony Roślin – Państwowy Instytut Badawczy, Władysława Węgorka 20, 61-318 Poznań, Polska

Ilona Świerczyńska, e-mail: i.swierczynska@iorpib.poznan.pl

Instytut Ochrony Roślin – Państwowy Instytut Badawczy, Władysława Węgorka 20, 60-318 Poznań, Polska
Streszczenie

Rzepak (Brassica napus L.) jest jedną z najważniejszych roślin oleistych na świecie. Coraz większe znaczenie w jego produkcji zyskujeuczenie maszynowe, które umożliwia prognozowanie plonów, ocenę stanu roślin oraz wspomaganie decyzji agrotechnicznych. W pracy przedstawiono przegląd badań dotyczących wykorzystania różnych algorytmów – od klasycznych modeli, takich jak regresja liniowa, drzewa decyzyjne, las losowy czy maszyna wektorów nośnych, po bardziej zaawansowane, w tym sieci neuronowe. Omówiono zasto­sowania danych z teledetekcji, obrazowania zarejestrowane z pokładu bezzałogowych statków powietrznych i satelitów oraz czujników naziemnych do monitorowania chorób, stresów środowiskowych i potrzeb nawozowych. Podkreślono potencjał uczenia maszynowego w zwiększaniu efektywności i zrównoważeniu produkcji rzepaku, a także wyzwania związane z jakością danych, złożonością modeli i ich interpretacją.

 

Oilseed rape (Brassica napus L.) is one of the most important oil crops worldwide. Machine learning metchods are gaining increasing im­portance in oilseed rape production, enabling yield prediction, crop condition assessment, and support for agronomic decision-making. This paper presents a review of studies on the use of various algorithms – from classical models such as linear regression, decision trees, random forest, and support vector machine to more advanced ones, including neural networks. Applications of remote sensing data, unnamed aerial vehicles and satellite imagery, as well as ground-based sensors for monitoring diseases, environmental stresses, and nutrient requirements are discussed. The potential of machine learning to enhance efficiency and sustainability in rapeseed production is highlighted, along with challenges related to data quality, model complexity, and interpretability.

Słowa kluczowe
uczenie maszynowe; rzepak (Brassica napus L.); prognozowanie plonów; diagnostyka chorób roślin; rolnictwo precyzyjne; machine learning; oilseed rape; yield prediction; plant disease diagnostics; precision agriculture
Referencje

Abdalla A., Cen H., Wan L., Mehmood K., He Y. 2020. Nutrient status diagnosis of infield oilseed rape via deep learning-enabled dynamic model. IEEE Transactions on Industrial Informatics 17 (6): 4379–4389. DOI: 10.1109/TII.2020.3009736

 

Feng H., Chen Y., Song J., Lu B., Shu C., Qiao J., Liao Y., Yang W. 2024. Maturity classification of rapeseed using hyperspectral image combined with machine learning. Plant Phenomics 6: 0139. DOI: 10.34133/plantphenomics.0139

 

Food and Agriculture Organization of the United Nations (FAO). FAOSTAT Statistical Database 2023. https://www.fao.org/faostat/ en [dostęp: 03.09.2025].

 

Hu H., Ren Y., Zhou H., Lou W., Hao P., Lin B., Zhang G., Gu Q., Hua S. 2024. Oilseed rape yield prediction from UAVs using vegetation index and machine learning: a case study in East China. Agriculture 14 (8): 1–15. DOI: 10.3390/agriculture14081317

 

Kong W., Zhang C., Cao F., Liu F., Luo S., Tang Y., He Y. 2018. Detection of sclerotinia stem rot on oilseed rape (Brassica napus L.) leaves using hyperspectral imaging. Sensors 18 (6): 1–15. DOI: 10.3390/s18061764

 

Li L., Qiao J., Yao J., Li J., Li L. 2022. Automatic freezing-tolerant rapeseed material recognition using UAV images and deep learning. Plant Methods 18 (1): 1–13. DOI: 10.1186/s13007-022-00838-6

 

Omia E., Bae H., Park E., Kim M.S., Baek I., Kabenge I., Cho B.K. 2023. Remote sensing in field crop monitoring: a comprehen­sive review of sensor systems, data analyses and recent advances. Remote Sensing 15 (2): 1–46. DOI: 10.3390/rs15020354

 

Qadri S., Qadri S.F., Razzaq A., Rehman M.U., Nazir A., Nawaz S.A., Saher N., Akhta N., Khan D.M. 2021. Classification of canola seed varieties based on multi-feature analysis using computer vision approach. International Journal of Food Properties 24 (1): 493–504. DOI: 10.1080/10942912.2021.1900235

 

Rajković D., Marjanovic J.A., Pezo L., Loncar B., Zanetti F., Monti A., Kondic Špika A. 2022. Yield and quality prediction of winter rapeseed – artificial neural network and random forest models. Agronomy 12 (1): 58. DOI: 10.3390/agronomy12010058

 

Shahsavari M., Mohammadi V., Alizadeh B., Alizadeh H. 2023. Application of machine learning algorithms and feature selection in rapeseed (Brassica napus L.) breeding for seed yield. Plant Methods 19 (1): 1–22. DOI: 10.1186/s13007-023-01035-9

 

Shi H., Li Z., Xiang Y., Tang Z., Sun T., Du R., Li W., Liu X., Huang X., Liu Y., Zhang F. 2024. Integrating multi-source remote sensing and machine learning for root-zone soil moisture and yield prediction of winter oilseed rape (Brassica napus L.): A new perspective from the temperature-vegetation index feature space. Agricultural Water Management 305: 109129. DOI: 10.1016/j.agwat.2024.109129

 

Tang Z., Zhang W., Xiang Y., Liu X., Wang X., Shi H., Li Z., Zhang F. 2024. Monitoring of soil moisture content of winter oilseed rape (Brassica napus L.) based on hyperspectral and machine learning models. Journal of Soil Science and Plant Nutrition 24 (1): 1250–1260. DOI: 10.1007/s42729-024-01626-y

 

Wei C., Huang J., Mansaray L.R., Li Z., Liu W., Han J. 2017. Estimation and mapping of winter oilseed rape LAI from high spatial resolution satellite data based on a hybrid method. Remote Sensing 9 (5): 1–16. DOI: 10.3390/rs9050488

 

Xia J.A., Cao H., Yang Y., Zhang W., Wan Q., Xu L., Ge D., Zhang W., Ke Y., Huang B. 2019. Detection of waterlogging stress based on hyperspectral images of oilseed rape leaves (Brassica napus L.). Computers and Electronics in Agriculture 159: 59–68. DOI: 10.1016/j.compag.2019.02.022

 

Xie Z., Chen S., Gao G., Li H., Wu X., Meng L., Ma Y. 2022. Evaluation of rapeseed flowering dynamics for different genotypes with UAV platform and machine learning algorithm. Precision Agriculture 23 (5): 1688–1706. DOI: 10.1007/s11119-022- 09904-4

 

Xie C., Yang C. 2020. A review on plant high-throughput phenotyping traits using UAV-based sensors. Computers and Electronics in Agriculture 178: 105731. DOI: 10.1016/j.compag.2020.105731

 

Yu X., Lu H., Liu Q. 2018. Deep-learning-based regression model and hyperspectral imaging for rapid detection of nitrogen con­centration in oilseed rape (Brassica napus L.) leaf. Chemometrics and Intelligent Laboratory Systems 172: 188–193. DOI: 10.1016/j.chemolab.2017.12.010

 

Zhang C., Li C., He M., Cai Z., Feng Z., Qi H., Zhou L. 2023a. Leaf water content determination of oilseed rape using near-infrared hyperspectral imaging with deep learning regression methods. Infrared Physics & Technology 134: 104921. DOI: 10.1016/j. infrared.2023.104921

 

Zhang W., Li Z., Pu Y., Zhang Y., Tang Z., Fu J., Xu W., Xiang Y., Zhang F. 2023b. Estimation of the leaf area index of winter rapeseed based on hyperspectral and machine learning. Sustainability 15 (17): 1–13. DOI: 10.3390/su151712930

 

Zhou X., Zhao C., Sun J., Yao K., Xu M. 2023. Detection of lead content in oilseed rape leaves and roots based on deep trans­fer learning and hyperspectral imaging technology. Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy 290: 122288. DOI: 10.1016/j.saa.2022.122288

Progress in Plant Protection (2025) : 0-0
Data pierwszej publikacji on-line: 2025-10-30 12:26:21
http://dx.doi.org/10.14199/ppp-2025-024
Pełny tekst (.PDF) BibTeX Mendeley Powrót do listy