پژوهش‌های مکانیک ماشینهای کشاورزی

پژوهش‌های مکانیک ماشینهای کشاورزی

شناسایی و تخمین میزان گرانولاسیون در پرتقال رقم والنسیا با استفاده از طیف‌سنجی مادون‌قرمز نزدیک و ماشین بردار پشتیبان

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 دانشجوی دکتری مهندسی بیوسیستم، مهندسی بیوسیستم، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران.
2 گروه مهندسی مکانیک بیوسیستم، دانشکده کشاورزی، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران
چکیده
پدیده فیزیولوژیکی گرانوله شدن مرکبات یکی از مسائل و مشکلات کیفی در بازارهای مصرف است و با توجه به اینکه این پدیده در محصولات کشاورزی به‌صورت چشمی قابل تشخیص نیست لذا تشخیص این پدیده در حجم گسترده، نیازمند استفاده از تکنیک‌های دقیق و سریع است. یکی از روش‌های کاربردی جهت بررسی غیرمخرب بافت داخلی محصولات کشاورزی، تکنیک طیف‌سنجی مرئی و مادون‌قرمز نزدیک است که در این تحقیق روش طیف‌سنجی مرئی و مادون ‌قرمز نزدیک (Vis-NIR) و هوش مصنوعی استفاده شد. در این مقاله ابتدا سیگنال‌های مادون‌قرمز نزدیک در طول‌موج 1100-200 نانومتر برای هر نمونه به‌صورت تماسی ثبت شد. میزان بازتاب در حالت برهم‌کنش محاسبه و بعد از نرمال‌سازی سیگنال، از روش میانگین‌گیری متحرک و ساویتسکی-گولای برای هموارسازی سیگنال استفاده شد. نهایتاً از هر طیف، 7 کمیت آماری استخراج و انتخاب شدند. پنج سطح برای پدیده گرانوله شدن شامل سطوح (شدت گرانولاسیون) A، B، C،D و E تعریف شد. میزان گرانوله شدن بر اساس میزان خشکی و شکل ظاهری ناحیه خشک شده به روش مخرب تعریف شد. از ماشین بردار پشتیبان (SVM) برای تخمین محتوای رطوبتی و تشخیص سطوح گرانوله شدن پرتقال‌ها استفاده شد. بررسی سیگنال‌ها نشان داد که با توسعه گرانولاسیون در پرتقال، میزان جذب در ناحیه 400 تا 950 نانومتر به‌طور محسوسی کاهش پیدا کرد که در ناحیه 570 تا 850 نانومتر، اختلاف شدت جذب برای کلاس‌های مختلف گرانوله شدن بیشینه بود. نتایج تشخیص سطوح گرانولاسیون نشان داد که حساسیت SVM با کرنل‌ چندجمله‌ای در تشخیص سطوح A، B، C، D و E به ترتیب برابر با 0/98%، 40/91%، 30/97%، 80/96% و 70/95% بود.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

Ahmadi, K., Abadzadeh, H., Abdshah, H., Hatami, F., & Hosseinpour, R. (2017). Agricultural Statistics of 1396: Horticultural Products (Vol. 3). Tehran: Information Technology and Communications of the Ministry of Agriculture Jihad.
 
Association of Official Analytical Chemists. (2000). Official Methods of Analysis (17th ed.). Gaithersburg, MD, USA: The Association of Official Analytical Chemists.
 
Campbell, C., & Ying, Y. (2022). Learning with support vector machines: Springer Nature.
 
Carvalho, L. C., Morais, C. L. M., Lima, K. M. G., Leite, G. W. P., Oliveira, G. S., Casagrande, I. P., Teixeira, G. H. A. (2017). Using Intact Nuts and Near Infrared Spectroscopy to Classify Macadamia Cultivars. Food Analytical Methods, 11(7): 1857-1866. doi:https://doi.org/10.1007/s12161-017-1078-9
 
Cervantes, J., Garcia-Lamont, F., Rodríguez-Mazahua, L., & Lopez, A. (2020). A comprehensive survey on support vector machine classification: Applications, challenges and trends. Neurocomputing, 408: 189-215.
 
Fattahi Moghadam, J., & Faqih Nasiri, M. (2015). Solutions for picking, storing, grading and packing citrus fruits. 1-22. Retrieved from https://agrilib.areeo.ac.ir/book_4479.pdf
 
Food and Agriculture Organization. (2018). World Food and Agriculture-Statistical Pocketbook 2018. Rome: FAO.
 
Henderi, H. (2021). Comparison of Min-Max normalization and Z-Score Normalization in the K-nearest neighbor (kNN) Algorithm to Test the Accuracy of Types of Breast Cancer. IJIIS: International Journal of Informatics and Information Systems, 4(1): 13-20. doi:https://doi.org/10.47738/ijiis.v4i1.73
 
Jamshidi, B., Minaei, S., Mohajerani, E., & Ghassemian, H. (2014). Effect of Spectral Pre-Processing Methods on Non-Destructive Quality Assessment of Oranges Using NIRS. Journal of Agricultural Engineering Research, 15(2): 27-44. doi:https://doi.org/10.22092/jaer.2014.100188
 
Jia, N., Liu, J., Sun, Y., Tan, P., Cao, H., Xie, Y., Wen, B., Gu, T., Liu, J., Li, M., & Huang, Y. (2018). Citrus sinensis MYB transcription factors CsMYB330 and CsMYB308 regulate fruit juice sac lignification through fine-tuning expression of the Cs4CL1 gene. Plant science, 277: 334-43. https://doi.org/10.1016/j.plantsci.2018.10.006
 
Jie, D., Wu, S., Wang, P., Li, Y., Ye, D., & Wei, X. (2020). Research on Citrus grandis Granulation Determination Based on Hyperspectral Imaging through Deep Learning. Food Analytical Methods, 14(2): 280-289. doi:https://doi.org/10.1007/s12161-020-01873-6
 
Jiménez-Jiménez, F., Castro-García, S., Blanco-Roldán, G. L., Agüera-Vega, J., & Gil-Ribes, J. A. (2012). Non-destructive determination of impact bruising on table olives using Vis–NIR spectroscopy. biosystems engineering, 113(4): 371-378. doi:https://doi.org/10.1016/j.biosystemseng.2012.09.007
 
Kumari, N., Bhatt, A., Dwivedi, R. K., & Belwal, R. (2019). Performance analysis of support vector machine in defective and non defective mangoes classification. International Journal of Engineering and Advanced Technology (IJEAT), 8(4): 1563-1572. Retrieved from https://www.ijeat.org/wp-content/uploads/papers/v8i4/D6669048419.pdf
 
Law, S. E. (2006). Scatter of nearInfrared Radiation by Cherries as a Means of Pit Detection. Journal of Food Science, 38(1): 102-107. doi:https://doi.org/10.1111/j.1365-2621.1973.tb02788.x
 
Magwaza, L. S. (2013). Non-destructive prediction and monitoring of postharvest quality of citrus fruit. (Doctor of Philosophy). Stellenbosch Retrieved from https://scholar.sun.ac.za/bitstreams/245500e7-09a3-4606-9132-f90227a6b317/download
 
Moghaddam, S., Goudarzi, A. R., Oskooi, B., & Azad, A. (2022). GPR Random noise attenuation using Savitzky-Golay filter in the dual-tree complex wavelet domain. Journal Of Research on Applied Geophysics, 7(4): 361-379.
 
Mogollon, M., Jara, A., Contreras, C., & Zoffoli, J. P. (2020). Quantitative and qualitative VIS-NIR models for early determination of internal browning in 'Cripps Pink'apples during cold storage. Postharvest Biology and Technology, 161: 111060.
 
Munera, S., Besada, C., Aleixos, N., Talens, P., Salvador, A., Sun, D. W., & Blasco, J. (2017). Non-destructive assessment of the internal quality of intact persimmon using colour and VIS/NIR hyperspectral imaging. LWT, 77: 241-248. doi:https://doi.org/10.1016/j.lwt.2016.11.063
 
Ritenour, M. A., Albrigo, L. G., Burns, J. K., & Miller, W. M. (2004). Granulation in Florida citrus. Proceedings of the Florida State Horticultural Society, 117, 358-361.
 
Sharma, R. R., Singh, R., & Saxena, S. K. (2006). Characteristics of citrus fruits in relation to granulation. Scientia horticulturae, 111(1): 91-96. doi:https://doi.org/10.1016/j.scienta.2006.09.007
 
Sharma, R., & Saxena, S. (2004). Rootstocks influence granulation in Kinnow mandarin (Citrusnobilis× C. deliciosa). Scientia horticulturae, 101(3): 235-242.
 
Shi, X., Yao, L., & Pan, T. (2021). Visible and Near-Infrared Spectroscopy with Multi-Parameters Optimization of Savitzky-Golay Smoothing Applied to Rapid Analysis of Soil Cr Content of Pearl River Delta. Journal of Geoscience and Environment Protection, 9(3): 75-83. doi:https://doi.org/10.4236/gep.2021.93006
 
Sonego, L., Ben-Arie, R., Raynal, J., & Pech, J. C. (1995). Biochemical and physical evaluation of textural characteristics of nectarines exhibiting woolly breakdown: NMR imaging, X-ray computed tomography and pectin composition. Postharvest Biology and Technology, 5(3): 187-198. doi:https://doi.org/10.1016/0925-5214(94)00026-O
 
Sun, X., Xu, S., & Lu, H. (2020). Non-Destructive Identification and Estimation of Granulation in Honey Pomelo Using Visible and Near-Infrared Transmittance Spectroscopy Combined with Machine Vision Technology. Applied Sciences, 10(16): 5399. doi:https://doi.org/10.3390/app10165399
 
Suphamitmongkol, W., Nie, G., Liu, R., Kasemsumran, S., & Shi, Y. (2013). An alternative approach for the classification of orange varieties based on near infrared spectroscopy. Computers and electronics in agriculture, 91: 87-93. doi:https://doi.org/10.1016/j.compag.2012.11.014
 
Theanjumpol, P., Wongzeewasakun, K., Muenmanee, N., Wongsaipun, S., Krongchai, C., Changrue, V., & Kittiwachana, S. (2019). Non-destructive identification and estimation of granulation in 'Sai Num Pung' tangerine fruit using near infrared spectroscopy and chemometrics. Postharvest Biology and Technology, 153: 13-20. doi:https://doi.org/10.1016/j.postharvbio.2019.03.009
 
Van Dael, M., Lebotsa, S., Herremans, E., Verboven, P., Sijbers, J., Opara, U., & Nicolaï, B. (2016). A segmentation and classification algorithm for online detection of internal disorders in citrus using X-ray radiographs. Postharvest Biology and Technology, 112: 205-214.
 
Wang, S. Y., Wang, P. C., & Faust, M. (1988). Non-destructive detection of watercore in apple with nuclear magnetic resonance imaging. Scientia horticulturae, 35(3-4): 227-234. doi:https://doi.org/10.1016/0304-4238(88)90116-1
 
Wang, X.-Y., Wang, P., Qi, Y.-P., Zhou, C. P., Yang, L.-T., Liao, X.-Y., & Chen, L. S. (2014). Effects of granulation on organic acid metabolism and its relation to mineral elements in Citrus grandis juice sacs. Food chemistry, 145: 984-990.
 
Wang, Z., Künnemeyer, R., McGlone, A., & Burdon, J. (2020). Potential of Vis-NIR spectroscopy for detection of chilling injury in kiwifruit. Postharvest Biology and Technology, 164: 111160. doi:https://doi.org/10.1016/j.postharvbio.2020.111160
 
Xiong, B., Ye, Sh., Xia Q., & Liao L. (2017). Exogenous spermidine alleviates fruit granulation in a Citrus cultivar (Huangguogan) through the antioxidant pathway. Acta Physiologiae Plantarum, 39(4): 1-8. DOI:10.1007/s11738-017-2397-6
 
Zhang, J., & Mouazen, A. M. (2023). Fractional-order Savitzky–Golay filter for pre-treatment of on-line vis–NIR spectra to predict phosphorus in soil. Infrared Physics & Technology, 131: 104720. doi:https://doi.org/10.1016/j.infrared.2023.104720