Comparative Analysis of Machine Learning Algorithms for Irrigation Status Prediction

Authors

DOI:

https://doi.org/10.24925/turjaf.v13i2.497-503.7497

Keywords:

Irrigation status estimation, Machine learning, Agricultural irrigation, Artificial intelligence

Abstract

Compared to traditional methods, systems supported by machine learning have been found to make more accurate irrigation decisions. In this study, Kaggle, a data sharing platform frequently used in data science, was utilized. The “Weather Data” dataset was used for irrigation status prediction. Missing and outlier data were corrected and dependent (irrigation status) and independent (air temperature, humidity, soil moisture value, precipitation) parameters were obtained. Focusing on the provinces in the Southeastern Anatolia Region (Adıyaman, Batman, Diyarbakır, Gaziantep, Kilis, Mardin, Siirt, Şanlıurfa and Şırnak), the accuracy of the algorithms was tested under different conditions. In the analyses conducted separately for each province, irrigation status estimation was performed using machine learning algorithms such as Decision Trees, Support Vector Machines, Random Forest, Naive Bayes, Gradient Boosting, Logistic Regression, K-Nearest Neighbor and Artificial Neural Network models. As a result of the predictions made on the dataset, the algorithms were compared using the accuracy metric and the most effective algorithms were Random Forest (95%), Decision Tree (97%), Gradient Boosting (93%) and Artificial Neural Network (98%) models with over 90% accuracy in all cities. Other algorithms also showed remarkable performance with high accuracy rates (above 75%). In the analysis for each city, the algorithm performance ranking was similar. In conclusion, this study shows that machine learning algorithms can be used in agricultural irrigation with very high performance.

References

Akkaya, G. (2007). Yapay sinir ağları ve tarım alanındaki uygulamaları. Atatürk Üniversitesi Ziraat Fakültesi Dergisi, 38(2), 195-202.

Başakın, E. E., Ekmekçioğlu, Ö., & Özger, M. (2019). Makine öğrenmesi yöntemleri ile kuraklık analizi. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 25(8), 985-991.

Bayrakçı, H. C., Çiçekdemir, R. S., & Özkahraman, M. (2021). Tarım Arazilerinde Harcanan Su Miktarını Yapay Zekâ Teknikleri Kullanarak Belirlenmesi1. Düzce Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Dergisi, 9(6), 237-250.

Bircan, H. (2004). Lojistik regresyon analizi: Tıp verileri üzerine bir uygulama. Kocaeli Üniversitesi Sosyal Bilimler Enstitüsü Dergisi, 2, 185-208.

Bütüner, R., Şimşek, M., Aksöz, G., & Sadi, Ş. A. N. (2023). Yapay Sinir Ağları ile Mısır Yapraklarında Hastalık Tespiti. Journal of Information Systems and Management Research, 5(2), 21-31.

Çakmak, B., & Gökalp, Z. (2013). Kuraklık ve tarımsal su yönetimi. Gaziosmanpaşa Bilimsel Araştırma Dergisi, (4), 1-11.

Çakmak, B., Yıldırım, M., & Aküzüm, T. (2008). Türkiye’de tarımsal sulama yönetimi, sorunlar ve çözüm önerileri. TMMOB, 2, 215-224.

Demir, E. (2003). Güneydoğu Anadolu Projesinin Ülke Ekonomisine Katkısı ve Bölge Yerleşim Alanlarına Etkisi. Gazi Üniversitesi Gazi Eğitim Fakültesi Dergisi, 23(3).

Demirci, M. (2019). Destek vektör makineleri ve M5 karar ağacı yöntemleri kullanılarak yağış akış ilişkisinin tahmini. Dicle Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Mühendislik Dergisi, 10(3), 1113-1124.

Ergul Aydın, Z., İçmen Erdem, B., & Erzurum Çiçek, Z. İ. (2023). Prediction bike-sharing demand with gradient boosting methods. Pamukkale University Journal of Engineering Sciences, 29(8), 824-832.

Güman, Z., & Gunay, F. B. Nesnelerin İnterneti Yardımıyla Akıllı Tarımda Yapay Zekâ Tabanlı Gübre ve Mahsul Tahmini. Journal of the Institute of Science and Technology, 14(3), 958-973.

Güneydoğu Anadolu Projesi (GAP) Bölge Kalkınma İdaresi Başkanlığı. (2023). GAP Son Durum Raporu 2023. GAP Bölge Kalkınma İdaresi Başkanlığı. http://www.gap.gov.tr/upload/dosyalar/pdfler/2023_GAP_SON_DURUM_RAPORU.pdf

Jordan, M. I., & Mitchell, T. M. (2015). Machine learning: Trends, perspectives, and prospects. Science, 349(6245), 255-260.

Kiliç, S. (2013). Linear regression analysis. Psychiatry and Behavioral Sciences, 3(2), 90.

Kendırlı, B. (2001). Harran ovası sulama birliklerinde antepfıstığının sulama planlaması. Journal of Agricultural Sciences, 7(04), 114-120.

Meena, S. (2024). Weather Data [Data set]. Kaggle. Retrieved from https://www.kaggle.com/code/sachinmeena04/weather-data analysis/input?select=Weather+Data.csv

Nusrat, F., Uzbaş, B., & Baykan, Ö. K. (2020). Prediction of diabetes mellitus by using gradient boosting classification. Avrupa Bilim ve Teknoloji Dergisi, 268-272.

Özcan, B., & Özer, E. H. (2021). Karar Teorisinin Tarım Sektöründe Uygulanması. Uluslararası Doğu Anadolu Fen Mühendislik ve Tasarım Dergisi, 3(1), 257-281.

Öztürk, K., & Şahin, M. E. (2018). Yapay sinir ağları ve yapay zekâ’ya genel bir bakış. Takvim-i Vekayi, 6(2), 25-36.

Sargıncı, M., Dönmez, A. H., & Yıldız, O. (2022). Biyosferde Su Döngüsü ve Bitkiler Tarafından Suyun Alınma Mekanizmalar. Düzce Üniversitesi Süs ve Tıbbi Bitkiler Botanik Bahçesi Dergisi, 1(1), 8-20.

Sevgen, S. C., & Aliefendioğlu, Y. (2020). Mass apprasial with a machine learning algorithm: random forest regression. Bilişim Teknolojileri Dergisi, 13(3), 301-311.

Şahin, H. (2024). Tarımsal Akıllı Sulama Sistemlerinde Yapay Zekâ, Derin Öğrenme ve Nesnelerin İnterneti Uygulamaları. Tarım Makinaları Bilimi Dergisi, 20(1), 41-60.

Taştan, M. (2019). Nesnelerin İnterneti Tabanlı Akıllı Sulama ve Uzaktan İzleme Sistemi. Avrupa Bilim ve Teknoloji Dergisi, (15), 229-236.

Terzi, İ., Özgüven, M. M., Altaş, Z., & Uygun, T. TARIMDA YAPAY ZEKA KULLANIMI.

Türkes, M. (2012). Türkiye’de gözlenen ve öngörülen iklim değişikliği, kuraklık ve çölleşme. Ankara Üniversitesi Çevrebilimleri Dergisi, 4(2), 1-32.

Uzun, E. (2007). İnternet tabanlı bilgi erişimi destekli bir otomatik öğrenme sistemi.

Yıldız, O., Dönmez, A. H., & Sargıncı, M. (2022). Su ve bitki sağlığına etkisi: Bitkilerde suyun alınma mekanizmaları. Düzce Üniversitesi Süs ve Tıbbi Bitkiler Botanik Bahçesi Dergisi, 1(1), 8-20.

Downloads

Published

28.02.2025

How to Cite

Demir, B., Dokuz, Y., & Şen, B. (2025). Comparative Analysis of Machine Learning Algorithms for Irrigation Status Prediction. Turkish Journal of Agriculture - Food Science and Technology, 13(2), 497–503. https://doi.org/10.24925/turjaf.v13i2.497-503.7497

Issue

Section

Research Paper