Avaliação da predição da qualidade de grãos de milho utilizando modelos de aprendizado de máquina nas etapas de transporte, secagem e armazenagem a partir do monitoramento de variáveis mensuráveis
Ano de defesa: | 2023 |
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Instituição de defesa: |
Universidade Federal de Santa Maria
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Programa de Pós-Graduação: |
Programa de Pós-Graduação em Engenharia Agrícola
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Engenharia Agrícola
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País: |
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Resumo: | This work aimed to apply predictive models of Machine Learning to monitor the quality and early prediction of losses in the stages of transport, drying and storage of maize grains. This study was divided into three chapters. The first chapter addressed the review of the scientific literature on fundamentals and technological structures of post-harvest and its impacts on the quality of corn grains. The second chapter was a review of computational tools and artificial intelligence algorithms for early decision making to control the quality of corn grains in the post-harvest period. The third chapter was based on monitoring the quality of corn grains in the stages of transport, drying and storage, using Machine Learning models to predict quality and grain losses. The monitoring showed that the water content, the intergranular relative humidity alter the hygroscopic balance moisture of the grains, confident for the increase of the rhythm and consequently losses of dry matter during the transport. During drying, the air temperature caused thermal damage to the grains, increasing the electrical conductivity index. During storage, environmental conditions altered water content, causing a reduction in apparent specific mass, germination and crude protein, crude fiber and fat content of corn grains. In the transport stage, the model of artificial neural networks was the most indicated to predict the electrical conductivity, the apparent specific mass and the germination. The random forest model satisfactorily estimated the loss of dry matter. In the drying step, the models of artificial neural networks and random forest were the most suitable for predicting the variables. In storage, artificial neural networks and random forest were the most suitable to predict water content and germination, however, the decision tree model was the one that best predicted the results of apparent specific mass, electrical conductivity and starch. |
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2023-08-21T19:40:28Z2023-08-21T19:40:28Z2023-06-16http://repositorio.ufsm.br/handle/1/30026This work aimed to apply predictive models of Machine Learning to monitor the quality and early prediction of losses in the stages of transport, drying and storage of maize grains. This study was divided into three chapters. The first chapter addressed the review of the scientific literature on fundamentals and technological structures of post-harvest and its impacts on the quality of corn grains. The second chapter was a review of computational tools and artificial intelligence algorithms for early decision making to control the quality of corn grains in the post-harvest period. The third chapter was based on monitoring the quality of corn grains in the stages of transport, drying and storage, using Machine Learning models to predict quality and grain losses. The monitoring showed that the water content, the intergranular relative humidity alter the hygroscopic balance moisture of the grains, confident for the increase of the rhythm and consequently losses of dry matter during the transport. During drying, the air temperature caused thermal damage to the grains, increasing the electrical conductivity index. During storage, environmental conditions altered water content, causing a reduction in apparent specific mass, germination and crude protein, crude fiber and fat content of corn grains. In the transport stage, the model of artificial neural networks was the most indicated to predict the electrical conductivity, the apparent specific mass and the germination. The random forest model satisfactorily estimated the loss of dry matter. In the drying step, the models of artificial neural networks and random forest were the most suitable for predicting the variables. In storage, artificial neural networks and random forest were the most suitable to predict water content and germination, however, the decision tree model was the one that best predicted the results of apparent specific mass, electrical conductivity and starch.Este trabalho teve como objetivo aplicar modelos preditivos de Aprendizado de Máquina para o monitoramento da qualidade e predição precoce de perdas nas etapas de transporte, secagem e armazenagem de grãos de milho. Este estudo foi dividido em três capítulos. O primeiro capítulo abordou revisão de literatura científica sobre fundamentos e estruturas tecnológicas da pós-colheita e seus impactos sobre qualidade de grãos de milho. O segundo capítulo foi uma revisão acerca de ferramentas computacionais e algoritmos de inteligência artificial para tomada de decisão antecipada para controle da qualidade dos grãos de milho na pós-colheita. O terceiro capítulo fundamentou-se no monitoramento da qualidade dos grãos de milho nas etapas de transporte, secagem e armazenagem, utilizando modelos de Aprendizado de Máquina para previsão da qualidade e perdas de grãos. O monitoramento demostrou que o teor de água, a umidade relativa intergranular alteram a umidade de equilíbrio higroscópico dos grãos, contribuindo para o aumento da respiração e por consequência perdas de matéria seca ao longo do transporte. Na secagem, a temperatura do ar provocou danos térmicos aos grãos, elevando o índice de condutividade elétrica. No armazenamento, as condições do ambiente alteraram os teores de água, provocando redução na massa específica aparente, germinação e nos teores de proteína bruta, fibra bruta e gordura dos grãos de milho. Na etapa de transporte, o modelo de redes neurais artificiais foi o mais indicado para predizer a condutividade elétrica, a massa específica aparente e a germinação. Já o modelo de floresta aleatória estimou satisfatoriamente a perda de matéria seca. Na etapa de secagem, os modelos de redes neurais artificiais e floresta aleatória foram os mais indicados para a predição das variáveis. No armazenamento, as redes neurais artificiais e floresta aleatória foram os mais indicados para predizer os teores de água e a germinação, no entanto, o modelo de árvore de decisão foi aquele que melhor predisseram os resultados de massa específica aparente, condutividade elétrica e amido.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESporUniversidade Federal de Santa MariaCentro de Ciências RuraisPrograma de Pós-Graduação em Engenharia AgrícolaUFSMBrasilEngenharia AgrícolaAttribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 Internationalhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/info:eu-repo/semantics/openAccessAlgoritmos preditivosRedução de perdas e conservação de grãosTecnologias de pós-colheitaPredictive algorithmsReduction of losses and conservation of grainsPostharvest technologiesCNPQ::CIENCIAS AGRARIAS::ENGENHARIA AGRICOLAAvaliação da predição da qualidade de grãos de milho utilizando modelos de aprendizado de máquina nas etapas de transporte, secagem e armazenagem a partir do monitoramento de variáveis mensuráveisMonitoring and predicting the quality of corn grains using predictive learning machine models in the stages of transportation, drying and storageinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisCoradi, Paulo Carterihttp://lattes.cnpq.br/5926614370728576Teodoro, Larissa Pereira RibeiroTeodoro, Paulo EduardoCosta, Douglas Romeu daZanatta, Fábio LuizLutz, Évertonhttp://lattes.cnpq.br/3125673921024135Rodrigues, Dágila Melo500300000008600600600600600600600600861a37f9-e04c-4154-a6c6-6aa1883eed51c16dcd69-4ce6-4023-96e3-76e99ae5b77bfb7eb89f-3a6d-4440-96d6-6268de8005c4b6a87654-253a-4901-a1cc-f1aac35de52c69782b1d-b1d8-430e-b61a-0af747766aac3a180acc-0ef3-45f4-a57c-f61a8bbe7457cbfe371f-8858-4918-a934-b78653a66998reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do UFSMinstname:Universidade Federal de Santa Maria (UFSM)instacron:UFSMCC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; 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