Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/1843/51290
Type: Dissertação
Title: Desenvolvimento de um modelo de predição de temperatura e umidade de uma estufa baseado em aprendizado de máquina
Authors: Luísa Castello Branco de Sá
First Advisor: Antônio Augusto Torres Maia
First Referee: Antonio de Padua Braga
Second Referee: Hugo Tanzarella Teixeira
Abstract: A produção de alimentos dentro de estufas depende do controle do seu clima interno, de modo que as condições ambientais sejam propícias para o crescimento de vegetais. Nesse contexto, têm sido desenvolvidos modelos preditivos de temperatura e umidade para apoiar o desenvolvimento de estratégias mais robustas de controle climático, baseadas em controladores antecipatórios. Portanto, o objetivo deste trabalho foi o desenvolvimento de um modelo de predição climática para uma estufa localizada em Belo Horizonte que produz alfaces hidropônicas. Foi feita a aquisição de dados históricos de temperatura, umidade e luminosidade com três estações meteorológicas dentro da estufa e uma estação localizada no seu ambiente externo. Em seguida, foram avaliadas três técnicas de aprendizado de máquina para o desenvolvimento do modelo, uma delas baseada em uma máquina de vetores de regressão (SVR) e duas baseadas em redes neurais artificiais (MLP e LSTM). Foram realizadas buscas randômicas para determinar as melhores configurações de cada modelo, e o desempenho médio de cada um deles foi determinado com a realização de um backtesting. A rede neural MLP foi escolhida para o modelo final, apresentando maior estabilidade na fase de treinamento e erros RMSE (raiz do erro quadrático médio) e MAPE (erro absoluto médio percentual) inferiores aos obtidos com as outras técnicas. O modelo final passou novamente pelas etapas de busca randômica e backtesting, porém desta vez utilizando dados da estação meteorológica externa, que são adequados para o controle antecipatório. A rede MLP foi capaz de prever os padrões de temperatura e umidade internos da estufa satisfatoriamente, capturando com antecedência perturbações climáticas externas que posteriormente afetariam o seu estado interno. A continuação do registro climático da estufa com a estação meteorológica externa tende a aumentar o desempenho do modelo, contribuindo para o desenvolvimento da estratégia de controle antecipatório almejada.
Abstract: Greenhouses production depends on controlling its environmental conditions so that they are suitable for vegetable growth. In this context, greenhouses temperature and humidity forecast models have been developed to support the development of robust climate control strategies based on feed-forward control. Therefore, the present studied aimed to develop a climate forecast model for a greenhouse located in Belo Horizonte, which produces hydroponic lettuce. The historical temperature, humidity and luminosity data were acquired with three meteorological stations inside the greenhouse and one located in its external environment. Then, three machine learning techniques were evaluated for the climate forecast model, one of them based on support vector regression (SVR) and two based on artificial neural networks (MLP and LSTM). Random searches were performed to determine the best configurations for each model, and their average performance was assessed through a backtesting approach. The MLP architecture was chosen for the final model, due to its higher stability during the training stage and to lower RMSE and MAPE scores compared to the other techniques. The final model went through a new random search and backtesting evaluation, but now being trained with data from the external meteorological station, which is suitable for feed-forward control. The MLP model was able to predict temperature and humidity patterns inside the greenhouse satisfactorily, capturing in advance climate disturbance that would later affect its internal state. Further tuning of the model with temperature and humidity data from subsequent periods may increase its prediction ability, contributing to the development of the aimed feed-forward control strategy.
Subject: Engenharia mecânica
Estufa (Plantas)
Redes Neurais (Computação)
language: por
metadata.dc.publisher.country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
metadata.dc.publisher.department: ENG - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecanica
Rights: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/51290
Issue Date: 10-Jul-2020
Appears in Collections:Dissertações de Mestrado



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