به کارگیری روش جنگل تصادفی در راستای تعیین میزان قند، اسیدیته و سفتی گیلاس با بهره-مندی از روش طیف سنجی (مرئی-مادون قرمز)

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه محقق اردبیلی- گروه مهندسی بیوسیستم- دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی- دانشگاه محقق اردبیلی- اردبیل- ایران

2 'گروه مهندسی بیوسیستم، دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل-ایران

چکیده

این مطالعه به بررسی کاربرد الگوریتم جنگل تصادفی در رابطه با روش‌های طیف‌سنجی، به‌ویژه طیف‌سنجی مادون قرمز نزدیک مرئی (Vis-NIR)، برای پیش‌بینی ویژگی‌های کیفیت کلیدی گیلاس می‌پردازد. هدف این مقاله ارائه یک روش قابل اعتماد و کارآمد برای ارزیابی غیر مخرب محتوای قند، اسیدیته و سفتی، عوامل مهم تعیین کننده کیفیت گیلاس و پذیرش مصرف کننده، است. در این مطالعه ۴۰۰ نمونه تصادفی از محصول گیلاس تهیه شد. داده‌های طیفی به دست آمدند. در ادامه داده‌های طیفی به‌دست‌آمده از طیف‌سنجی Vis-NIR توسط روش Relief مورد ارزیابی قرار گرفته و برای هر کدام از مقادیر متغیرهای وابسته (مقادیر قند، اسیدیته و سفتی)، پنج طول موج مؤثر به طور جداگانه انتخاب شدند. در ادامه مقادیر شدت بازتاب مربوط به طول موج‌های مؤثر انتخاب شده به‌عنوان ویژگی‌های ورودی برای مدل جنگل تصادفی انتخاب شدند (برای سفتی، محتوای جامد محلول و اسیدیته گیلاس، به ترتیب طول موج‌‌های بین ۶۱۵ تا ۶۵۰، ۶۵۰ تا ۶۷۵ و ۸۱۸ تا ۹۴۵). عملکرد مدل از نظر دقت پیش‌بینی از طریق اعتبارسنجی متقابل و آزمایش مستقل ارزیابی، با به کارگیری میانگین مربعات خطا (RMSE) و ضریب همبستگی (CC) مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان‌دهنده اثربخشی الگوریتم جنگل تصادفی در پیش‌بینی دقیق محتوای قند (با ضریب همبستگی حدود ۹۳/۰ و میانگین مربعات خطای حدود ۴/۳)، اسیدیته (با ضریب همبستگی حدود ۹۵/۰ و میانگین مربعات خطای حدود ۸۷/۰) و سفتی گیلاس (با ضریب همبستگی حدود ۹۲/۰ و میانگین مربعات خطای حدود ۲/۱) بر اساس اطلاعات طیفی است. این رویکرد، یک راه حل سریع، غیر مخرب و مقرون به صرفه برای ارزیابی کیفیت محصول در صنعت گیلاس را ارائه می‌کند. همچنین با پیشرفت در این حوزه می‌توان تولیدکنندگان و ذینفعان را قادر ساخت تا تصمیم‌گیری آگاهانه در مورد برداشت، مرتب‌سازی و فرآیندهای پس از برداشت بگیرند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Applying the Radom Forest method to determine the amount of sugar, acidity and hardness of cherries with the benefit of spectroscopic technique (Vis-NIR)

نویسندگان [English]

  • Gholamhossein Shahgholi 1
  • Sina Feizolahzadeh Ardabili 2
1 Department of Biosystems Engineering,, Faculty of agriculture and natural resources, University of Mohaghegh Ardabili, Ardabil, Iran
2 Department of Biosystems Engineering, Faculty of agriculture anf natural resurces, University of Mohaghegh Ardabili, Ardabil, Iran
چکیده [English]

This study investigates the application of the random forest algorithm in spectroscopic methods, especially Vis-NIR (Vis-NIR) spectroscopy, to predict key quality characteristics of cherries. This paper aims to present a reliable and efficient method for the non-destructive evaluation of sugar content, acidity, and firmness, which are essential factors determining cherry quality and consumer acceptance. In this study, 400 random samples of cherry products were prepared. Spectral data were obtained. Next, the spectral data obtained from Vis-NIR spectroscopy were evaluated by the Relief method, and five effective wavelengths (for firmness, soluble solid content and cherry acidity, wavelengths between 615 to 650, 650 to 675 and 818 to 945, respectively) were selected separately for each of the values of the dependent variables (sugar, acidity, and hardness values). Next, the reflection intensity values related to the selected effective wavelengths were selected as input features for the random forest model. The performance of the model was evaluated in terms of prediction accuracy through cross-validation and independent evaluation tests, using root mean square error (RMSE) and correlation coefficient (CC). The results show the effectiveness of the random forest algorithm in accurately predicting sugar content (with a correlation coefficient of about 0.93 and a mean square error of about 3.4), acidity (with a correlation coefficient of about 0.95 and a mean square error of about 0.87) and cherry firmness. (With a correlation coefficient of about 0.92 and a mean square error of about 1.2) is based on spectral information. This approach provides a quick, non-destructive, cost-effective solution for product quality assessment in the cherry industry. Also, with progress in this area, producers and stakeholders can make informed decisions about harvesting, sorting and post-harvest processes.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Infrared
  • spectroscopy
  • cherry
  • nondestructive sensing
  • feature selection
  • random forest