Prediction of vine vigor and precocity using data and knowledge-based fuzzy inference systems
Résumé
Aims : The evolution of the economical and environmental context (low-input management practices, increase of energetic cost and climate change) requires adaptation and/or optimization of winegrower’s practices in order to elaborate competitive and qualitative wines. To adapt and sustain their practices at the plot scale e.g. rootstock selection or plantation density, winegrowers and extension officers need indicators to predict vine development according to immutable environmental factors (soil, parent rock and landscape). The aim of this work is to develop operational and useful indicators with a scientific justification. Methods and results: This paper proposes a new approach based on a computer model, composed of a cascade of fuzzy expert systems to estimate the two variables that best characterize vine development: vigor and precocity. It combines expertise of pedologists and data analysis. Based on a literature survey, in particular a previous expert system using analytical equations, the new approach allows a continuous estimation of vine vigor and precocity imparted by soil, parent rock and landscape. It avoids the drawbacks of the previous expert system, due to the use of traditional crisp partitions for continuous input variables. Model parameters setting by combination of expert knowledge and data mining - making the most of them - is another novel aspect. The method is tuned and validated on two different databases. Conclusion: Vine vigor and precocity imparted by environmental factors can be now evaluated with a method more efficient than the former ones, as shown by the validation procedures. Post-evaluation correction by experts is not necessary which saves time. The new method allows having a continuous estimation. Each step can be controlled and analyzed during the design. The method is generic, reasoning rules corresponding to the relations between variables have a range of validity that exceeds a given area. It is quite easy to customize and to transfer to new areas by adjusting the parameters using local knowledge and data. Significance and impact of the study: This work gives an answer to the significant problem of vigor and precocity assessment according to environmental factors, which is a prerequisite in order to best adapt long-term cultural practices
Objectifs : L’évolution du contexte économique et environnemental (réduction des intrants, augmentation des coûts énergétiques et changement climatique) nécessite une adaptation et/ou une optimisation des pratiques des viticulteurs pour continuer à élaborer des vins de qualité tout en restant compétitif. Pour adapter leurs pratiques et plus particulièrement celles qui sont pérennes à l’échelle de la parcelle, les viticulteurs et les conseillers viticoles ont besoin d’indicateurs pour prédire le développement de la vigne en fonction des facteurs environnementaux permanents (sol, roche-mère et environnement paysager). De tels indicateurs sont actuellement absents ou trop simplistes dans leur mode de construction. L'objectif de ce travail est de développer des indicateurs opérationnels et utiles avec une justification scientifique bien construite. Méthodes et résultats : Cet article propose une nouvelle approche basée sur un modèle informatique composés de plusieurs systèmes experts flous. Il combine l’expertise et l’analyse de données pour estimer les deux variables qui caractérisent le mieux le développement de la vigne : la vigueur et la précocité. Grâce à une analyse bibliographique et en particulier à partir d'un précédent système expert basé sur une équation analytique, la nouvelle méthode permet d’obtenir une estimation continue de la vigueur et de la précocité conférées par les facteurs du sol, de la roche-mère et du paysage. Elle élimine les inconvénients du précédent système expert dus à un découpage traditionnel en classes des variables continues. Un autre aspect nouveau concerne l'obtention des paramètres du modèle en combinant efficacement la connaissance experte et l’analyse de données. La méthode est mise au point et validée à partir de deux bases de données. Conclusion : La vigueur et la précocité conférées par les facteurs environnementaux peuvent désormais être évaluées par deux indicateurs qui fonctionnent mieux que ceux construits précédemment, évitant une correction a posteriori des valeurs des indicateurs par les experts. La nouvelle méthode permet une estimation continue de ces variables. Chaque étape peut être contrôlée et analysée lors de l'agrégation des variables. La méthode est générique car le raisonnement lié aux relations entre les variables n'est pas spécifique à une région. Elle peut facilement être transférée à de nouvelles zones en adaptant les valeurs des paramètres à partir de la connaissance experte et des données du nouveau terrain d'étude. Signification et impact de l’étude : Ce travail apporte une réponse au problème de l’estimation de la vigueur et de la précocité conférées par les facteurs environnementaux permanents, qui est un pré-requis pour pouvoir mieux adapter les pratiques culturales pérennes.