Aplicação da transformada de Hilbert-Huang e da seleção paraconsistente de características no campo da entomologia agrícola: uma abordagem para identificação e estimativa de densidade de cigarras em lavouras cafeeiras

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dc.contributor.advisor-co1Escola, João Paulo Lemos
dc.contributor.advisor-co1Latteshttp://lattes.cnpq.br/5894769490673984
dc.contributor.advisor1Brito, Leonardo da Cunha
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/6660680440182900
dc.contributor.referee1Brito, Leonardo da Cunha
dc.contributor.referee2Vieira, Flávio Henrique Teles
dc.contributor.referee3Lemos, Rodrigo Pinto
dc.contributor.referee4Escola, João Paulo Lemos
dc.contributor.referee5Maccagnan, Douglas Henrique Bottura
dc.creatorSouza, Uender Barbosa de
dc.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/1814694796457722
dc.date.accessioned2023-12-13T11:10:57Z
dc.date.available2023-12-13T11:10:57Z
dc.date.issued2023-12-01
dc.description.abstractThe sounds emitted by various insect species carry specific and reliable acoustic characteristics. For this reason, acoustic identification of insects has been widely investigated by the scientific community in the field of pattern recognition. In Brazil, the cicada species Quesada gigas is considered a pest in coffee crops due to its sap-feeding habits, which can cause losses to farmers during intense attacks. Given this scenario, and considering the fact that the most striking characteristic of cicadas is sound emission for reproductive purposes, this work proposes a system designed to assist in the management of pest insects in coffee crops. Specifically, this system aims to detect the presence of cicadas or estimate their density through acoustic signals. The approach innovatively combines the extraction and analysis/selection of sound features through the Hilbert-Huang Transform (HHT) and Paraconsistent Feature Engineering, two emerging methods of growing interest in the scientific community. A detailed study was conducted on the influence of eight stopping criteria for the Empirical Mode Decomposition, the first step of HHT, considering variations of parameters, temporality, signal sampling, and also the encoding of these signals in two formats. The first defines vectors by the energies of the Intrinsic Mode Functions (IMFs) in order of extraction, while the second distributes the energies of the IMFs according to the 25 frequency bands of the Bark Scale. Additionally, the dimensional variation of the vectors was analyzed. The experiments allowed determining low computational cost configurations, showcasing the efficacy of the proposed system, with models based on Support Vector Machines achieving accuracies above 98% in both identification and density estimation of cicadas. Thus, this document details the theoretical foundations, design, development of the system, discussions about possibilities for its practical application, and an initial analysis of a developed application for smartphones. This proposal has the potential to encourage the reuse of old electronic equipment, promoting sustainable and economically viable practices.eng
dc.description.provenanceSubmitted by Marlene Santos (marlene.bc.ufg@gmail.com) on 2023-12-12T20:43:44Z workflow start=Step: editstep - action:claimaction No. of bitstreams: 2 Tese - Uender Barbosa de Souza - 2023.pdf: 11320355 bytes, checksum: e586dbfc2a1f90263bacf3b29f285541 (MD5) license_rdf: 805 bytes, checksum: 4460e5956bc1d1639be9ae6146a50347 (MD5)en
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dc.description.resumoOs sons emitidos por diversas espécies de insetos possuem características acústicas específicas e confiáveis. Por essa razão, a identificação acústica de insetos tem sido amplamente investigada pela comunidade científica no campo do reconhecimento de padrões. No Brasil, a espécie de cigarra Quesada gigas é considerada praga em lavouras de café devido à sua alimentação baseada na seiva das plantas, podendo causar prejuízos aos agricultores em ataques intensos. Diante do exposto e considerando o fato de que a característica mais marcante das cigarras é a emissão de sons para fins reprodutivos, este trabalho propõe um sistema destinado a auxiliar no manejo de insetos-praga em lavouras de café. Especificamente, este sistema visa detectar a presença de cigarras ou estimar sua densidade através de sinais acústicos. A abordagem combina de forma inovadora a extração e análise/seleção de características sonoras pela Transformada de Hilbert-Huang (Hilbert-Huang Transform - HHT) e a Engenharia Paraconsistente de Características, dois métodos emergentes de crescente interesse na comunidade científica. Foi realizado um estudo detalhado sobre a influência de oito critérios de parada para a Empirical Mode Decomposition, primeira etapa da HHT, considerando variações de parâmetros, temporalidade, amostragem dos sinais e também a codificação destes sinais em dois formatos. O primeiro define vetores pelas energias das Intrinsic Mode Functions (IMFs) em ordem de extração, enquanto o segundo distribui as energias das IMFs conforme as 25 faixas de frequência da Escala Bark. Adicionalmente, foi analisada a variação dimensional dos vetores. Os experimentos permitiram determinar configurações de baixo custo computacional, evidenciando a eficácia do sistema proposto, com modelos baseados em Support Vector Machines atingindo acurácias superiores a 98% tanto na identificação quanto na estimativa da densidade de cigarras. Assim, este documento detalha os fundamentos teóricos, o projeto, o desenvolvimento do sistema, discussões sobre possibilidades para sua aplicação prática, e uma análise inicial de um aplicativo desenvolvido para smartphones. Esta proposta tem potencial para incentivar a reutilização de equipamentos eletrônicos antigos, estimulando práticas sustentáveis e economicamente viáveis.
dc.identifier.citationSOUZA, Uender B. Aplicação da transformada de Hilbert-Huang e da seleção paraconsistente de características no campo da entomologia agrícola: uma abordagem para identificação e estimativa de densidade de cigarras em lavouras cafeeiras. 2023. 272 f. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica e da Computação) - Escola de Engenharia Elétrica, Mecânica e de Computação , Universidade Federal de Goiás, Goiânia, 2023.
dc.identifier.urihttp://repositorio.bc.ufg.br/tede/handle/tede/13175
dc.languagepor
dc.publisherUniversidade Federal de Goiás
dc.publisher.countryBrasil
dc.publisher.departmentEscola de Engenharia Elétrica, Mecânica e de Computação - EMC (RMG)
dc.publisher.initialsUFG
dc.publisher.programPrograma de Pós-graduação em Engenharia Elétrica e da Computação (EMC)
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 Internationalen
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
dc.subjectProcessamento de sinaispor
dc.subjectTransformada de Hilbert-Huangpor
dc.subjectDecomposição em modo empíricopor
dc.subjectEngenharia paraconsistente de característicaspor
dc.subjectAprendizado de máquinaspor
dc.subjectSupport vector machinespor
dc.subjectManejo de cigarraspor
dc.subjectSignal processingeng
dc.subjectHilbert-Huang transformeng
dc.subjectEmpirical mode decompositioneng
dc.subjectParaconsistent feature engineeringeng
dc.subjectMachine learningeng
dc.subjectSupport vector machineseng
dc.subjectCicada managementeng
dc.subject.cnpqENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA
dc.titleAplicação da transformada de Hilbert-Huang e da seleção paraconsistente de características no campo da entomologia agrícola: uma abordagem para identificação e estimativa de densidade de cigarras em lavouras cafeeiras
dc.title.alternativeApplication of the Hilbert-Huang transform and paraconsistent feature selection in the field of agricultural entomology: an approach for identification and density estimation of cicadas in coffee plantationseng
dc.typeTese

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