شماره مدرك
20423
شماره راهنما
2367 دكتري
پديد آورنده
اكبرزاده، نيلوفر
عنوان
طراحي و توسعهي سامانهي فضاي آزاد براي برآورد غيرمخرب كيفيت داخلي و باروري تخممرغ در محدودهي مايكروويو
مقطع تحصيلي
دكتري
گرايش تحصيلي
طراحي ماشينهاي كشاورزي
محل تحصيل
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
سال دفاع
1404
صفحه شمار
پانزده، 173ص. : مصور، جدول، نمودار
توصيفگر ها
تخممرغ , سامانهي فضاي آزاد , رگرسيون حداقل مربعات جزئي , روشهاي طبقهبندي , انتخاب ويژگي , شبكه عصبي مصنوعي , جنگل تصادفي، , درخت تقويتشده
تاريخ ورود اطلاعات
1404/06/08
كتابنامه
كتابنامه
رشته تحصيلي
مهندسي مكانيك بيوسيستم
دانشكده
مهندسي كشاورزي
تاريخ ويرايش اطلاعات
1404/06/09
كد ايرانداك
23152379
چكيده فارسي
صنعت پرورش طيور يكي از بزرگترين صنايع تأمينكنندهي نياز غذايي انسان است. تلاشهاي بسياري براي افزايش راندمان صنعت پرورش طيور شده است. تشخيص كيفيت تخممرغ يكي از معضلات اين صنعت محسوب ميشود، بهنحويكه عوامل متعددي مانند زمان نگهداري، شرايط نگهداري و حملونقل و تغذيهي مرغ بر روي آن اثرگذار است. همچنين يكي از مهمترين اركان صنعت پرورش طيور تشخيص تخممرغهاي نطفهدار، ترجيحاً قبل از شروع فرآيند انكوباسيون است كه ميتواند نقش بسيار مهمي در افزايش راندمان صنعت جوجهي يكروزه داشته باشد. امروزه صنعت مدرن طيور بهجاي روشهاي سنتي درجهبندي و نطفهسنجي تخممرغ مانند روشهاي نوربيني و بازرسي چشمي، به دنبال روشهاي جديدتري است. در اين رساله از سامانهي ديالكتريك فضاي آزاد براي ارزيابي غيرمخرب كيفيت داخلي و باروري تخممرغ استفاده شد. سامانهي اندازهگيري فضاي آزاد ابتدا در نرمافزار HFSS طراحي شد. اين سامانه داراي بخشهاي اصلي شامل تحليلگر شبكه با قابليت ثبت پارامترهاي پراكندگي در محدودهي فركانسي تعيين شده (8 تا 12 گيگاهرتز) و دو مبدل موجبر به كواكسيال باند X بهعنوان آنتنهاي سامانهي فضاي آزاد بود. در بخش ارزيابي كيفيت، بلافاصله بعد از اندازهگيري طيفهاي 252 عدد تخممرغ ذخيرهشده به مدت 1، 3، 5، 7، 15 و 24 روز در دماي اتاق در سه جهت قرارگيري مختلف افقي 1، افقي 2 و عمودي، آزمايشهاي مرجع بهمنظور اندازهگيري شاخصهاي كيفيت تخممرغ انجام شدند. رگرسيون حداقل مربعات جزئي (PLS) براي پيشبيني شاخصهاي كيفيت تخممرغ، از جمله ارتفاع سلولهاي هوا (ACH)، ضريب زرده (YC)، ارتفاع سفيدهي ضخيم (TAH)، واحد هاو (HU) و pH Albumen اعمال شد. با توجه به تحليل رگرسيون PLS، ACH بالاترين قابليت پيشبيني را با انحراف پيشگوي باقيمانده (RPD) چشمگير برابر 4/80 ارائه كرد. پس از آن، YC، Albumen pH، TAH و HU نيز مقادير RPD عالي به ترتيب برابر 40/00، 3/962، 3/44 و 3/19 را نشان دادند. با بررسي اثرات طيفها و جهتهاي قرارگيري مختلف تخممرغ بر روي RPDهاي بدستآمده از بهترين مدلهاي PLS، طيف PR_S22 و موقعيت قرارگيري افقي 1 بهترين نتايج را نشان دادند. با استفاده از طيف PR_S22 در موقعيت قرارگيري افقي 1، روشهاي انتخاب ويژگي شامل روش حداقل مربعات جزئي- اهميت متغير در نگاشت (PLS-VIP)، انتخاب ويژگي مبتني بر همبستگي (CFS) و نمونهگيري بازموزون تطبيقي رقابتي (CARS) براي شناسايي مؤثرترين فركانسها به كار گرفته شد. سپس از شبكههاي عصبي مصنوعي (ANN) براي توسعهي مدلهاي پيشبيني براساس مؤثرترين فركانسها استفاده شد. روش CARS نسبت به ساير روشهاي انتخاب ويژگي برتري داشت و مدلهاي ANN قوي با مقادير RPD عالي برابر 4/80، 4/00، 3/27، 3/03 و 3/72 به ترتيب براي شاخصهاي ACH، YC، TAH، HU، و pH Albumen ارائه كرد. براي طبقهبندي روزهاي ماندگي تخممرغ از روش طبقهبندي مدلسازي نرم و مستقل شباهتهاي بينكلاسي (SIMCA) استفاده شد. روش طبقهبند SIMCA با استفاده از طيف RL_S22 در هر سه موقعيت قرارگيري تخممرغ توانست روزهاي ماندگي تخممرغها را با حساسيت، تشخيصپذيري، دقت، صحت و امتياز F1 برابر 100 درصد از يكديگر جدا كند. در بخش نطفهسنجي قبل از شروع فرآيند انكوباسيون، ابتدا طيفهاي 100 عدد تخممرغ نطفهدار و 125 عدد تخممرغ بدون نطفه در روز صفر در دو جهت قرارگيري مختلف افقي 1 و عمودي اندازهگيري شدند و سپس در حداقل زمان ممكن، نمونهها وارد دستگاه جوجهكشي شده و طيفهاي آنها در روزهاي اول، دوم، سوم و چهارم انكوباسيون اندازهگيري شدند. با شكستن تخممرغها در روز ششم انكوباسيون، وجود يا عدم وجود نطفه در نمونهها مشخص شد. براي طبقهبندي تخممرغهاي نطفهدار روز صفر (روز قبل از انكوباسيون) و بدون نطفه از روشهاي SIMCA، ماشين بردار پشتيبان (SVM)، تجزيهوتحليل تفكيكي حداقل مربعات جزئي (PLS-DA)، تجزيهوتحليل تفكيك خطي (LDA)، تجزيهوتحليل تفكيك درجه دوم (QDA) و ANN استفاده شد. در تمام روشهاي طبقهبندي، بهترين نتايج با استفاده از طيف IL_S21 و پيشپردازش مشتق دوم در موقعيت قرارگيري عمودي بدست آمد، به جز روش طبقهبندي PLS-DA كه در موقعيت قرارگيري افقي 1 بهترين نتيجه بدست آمد. همچنين در بين روشهاي طبقهبندي مختلف، روش ANN توانست با حساسيت، تشخيصپذيري، دقت، صحت و امتياز F1 به ترتيب برابر 92/00، 93/35، 92/00، 92/86و 92/00 درصد تخممرغهاي نطفهدار روز صفر و بدون نطفه را بهتر از بقيهي روشها از يكديگر جدا كند.
چكيده انگليسي
The poultry industry is currently one of the largest sectors providing food worldwide. Many efforts have been made to increase its efficiency. One of the key challenges in this industry is determining egg quality, which is influenced by factors such as storage time, storage and transportation conditions, and hen nutrition. Additionally, detecting fertile eggs before incubation is critical for improving poultry production efficiency and enhancing overall industry productivity. Today, the modern poultry industry seeks innovative management methods to replace traditional egg grading and fertility detection approaches, such as optical and visual inspections. In this dissertation, a free-space dielectric system was employed for the non-destructive evaluation of the internal quality and fertility of eggs. The measurement system was first simulated using HFSS software. It consists of a network analyzer capable of recording scattering parameters across a specified frequency range (8–12 GHz) and two X-band coaxial-to-waveguide adapters serving as antennas. In the quality assessment section, the spectra of 252 eggs stored for 1, 3, 5, 7, 15, and 24 days at room temperature were measured in three different orientations (horizontal 1, horizontal 2, and vertical). Reference experiments were conducted immediately after spectral acquisition to determine egg quality indices. Partial least squares (PLS) regression was used to predict the air cell height (ACH), yolk coefficient (YC), thick albumen height (TAH), Haugh unit (HU), and albumen pH. According to the PLS regression results, ACH showed the highest predictive ability with a residual prediction deviation (RPD) of 4.80. YC, albumen pH, TAH, and HU also achieved excellent RPDs of 4.00, 3.96, 3.44, and 3.19, respectively. By examining the effects of spectrum type and egg placement orientation on the RPDs obtained from the best PLS models, the PR_S22 spectrum combined with the horizontal 1 orientation yielded the best performance. Using this configuration, feature selection methods, including partial least squares-variable importance in projection (PLS-VIP), correlation-based feature selection (CFS), and competitive adaptive reweighted sampling (CARS), were applied to identify the most influential frequencies. Predictive models based on these frequencies were then developed using an artificial neural network (ANN). Among the feature selection methods, CARS outperformed the others, producing robust ANN models with excellent RPDs of 4.80 (ACH), 4.00 (YC), 3.27 (TAH), 3.03 (HU), and 3.72 (albumen pH). The soft independent modeling of class analogy (SIMCA) classifier was also used to categorize eggs based on their storage time. SIMCA successfully classified storage times across all three orientations using the RL_S22 spectrum, achieving 100% sensitivity, specificity, precision, accuracy, and F1-score. In the fertility assessment section, the spectra of 100 fertile and 125 infertile eggs were measured on day 0 in two orientations (horizontal 1 and vertical). The eggs were incubated immediately, and additional spectral measurements were taken on days 1, 2, 3, and 4 of incubation. Fertility was confirmed by breaking the eggs on the sixth day of incubation. Several classifiers, including SIMCA, support vector machine (SVM), partial least squares discriminant analysis (PLS-DA), linear discriminant analysis (LDA), quadratic discriminant analysis (QDA), and ANN, were evaluated for classifying fertile and infertile eggs based on spectra collected before incubation. Across all classifiers, the best results were generally obtained using the IL_S21 spectrum with second derivative preprocessing in the vertical orientation, except for PLS-DA, which performed best with the horizontal 1 orientation.
استاد راهنما
احمد ميره اي , غلامرضا عسكري
استاد مشاور
محمد صدقي , عباس همت
استاد داور
مرتضي صادقي , اميرحسين مهدوي , مهدي قاسمي ورنامخواستي