Validação independente de modelos baseados em espectros no NIR para estimativa de densidade básica da madeira
Autor(a) principal: | |
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Data de Publicação: | 2021 |
Tipo de documento: | Dissertação |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Repositório Institucional da UFLA |
Texto Completo: | http://repositorio.ufla.br/jspui/handle/1/49209 |
Resumo: | Forest-based industries are interested in developing technologies capable of estimating the density of their raw materials quickly, reliably and automatically. The objective of this study was to analyze the robustness of models in estimating the basic density of wood by means of independent validations from near-infrared (NIR) spectra. For this, NIR spectra of wood samples from independent lots were applied to pre-established predictive models. For sample lot A, wood from discs taken from the base and 1.30 m from the ground of commercial clones of Eucalyptus spp. 5-year-old animals grown in 3x1, 3x2, 3x3, and 3x3 m spacing were used to determine the basic density and acquire NIR spectra. Samples with dimensions of 20 x 20 x 25 mm were taken from the wooden discs in the pith, intermediate region and sapwood. The spectral acquisition was performed with the aid of a fiber optic probe on the transverse and radial faces of the wood, and the basic density was determined in the laboratory by the ratio between absolutely dry mass and saturated volume. The database of sample lot B is represented by clones of Eucalyptus spp. 6.5 years old planted in a single spacing of 9 m². Specimens with dimensions of 25 x 25 x 50 mm were used. The acquisition of spectra in the NIR was performed using a fiber optic probe and an integration sphere on the transverse face of the wood. The determination of the basic density was also performed by the ratio between dry mass and saturated volume. Partial least squares regression was established considering the NIR spectra as the independent variable (x) and the basic density as the dependent variable (y). The models were validated in independent wood lots, considering the differences in spectral acquisition pathways, clones, ages, spacings and sites. The model developed with spectra measured using an integration sphere in wood from batch B (model 3) presented estimates with better correlation with the value determined in the laboratory (Rcv² = 0.81). However, when applied to the other lot, the relationship between observed and predicted values was null (Rp² = 0). Model 3 was able to identify 7 of 15 samples of lighter woods and 8 of 15 samples of denser woods. On the other hand, the model developed with spectra measured by optical fiber in the woods of Lot A (model 1) presented estimates with median correlation with the value determined in the laboratory (R²cv = 0.53). However, this model generated estimates with R²p of 0.50 with observed values. Model 1 was able to identify 7 out of 15 samples of lighter woods and 11 of 15 samples of denser woods. |
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Validação independente de modelos baseados em espectros no NIR para estimativa de densidade básica da madeiraValidação independente de modelos baseados em espectros no NIR para estimativa de densidade básica da madeiraMadeira - Densidade básicaDensidade - EstimativaFenotipagemMassa específicaAssinatura espectralEstatística multivariadaWood - Basic DensityDensity - EstimatePhenotypingSpecific massSpectral signatureMultivariate statisticsPropriedades Físico-Mecânicas da MadeiraForest-based industries are interested in developing technologies capable of estimating the density of their raw materials quickly, reliably and automatically. The objective of this study was to analyze the robustness of models in estimating the basic density of wood by means of independent validations from near-infrared (NIR) spectra. For this, NIR spectra of wood samples from independent lots were applied to pre-established predictive models. For sample lot A, wood from discs taken from the base and 1.30 m from the ground of commercial clones of Eucalyptus spp. 5-year-old animals grown in 3x1, 3x2, 3x3, and 3x3 m spacing were used to determine the basic density and acquire NIR spectra. Samples with dimensions of 20 x 20 x 25 mm were taken from the wooden discs in the pith, intermediate region and sapwood. The spectral acquisition was performed with the aid of a fiber optic probe on the transverse and radial faces of the wood, and the basic density was determined in the laboratory by the ratio between absolutely dry mass and saturated volume. The database of sample lot B is represented by clones of Eucalyptus spp. 6.5 years old planted in a single spacing of 9 m². Specimens with dimensions of 25 x 25 x 50 mm were used. The acquisition of spectra in the NIR was performed using a fiber optic probe and an integration sphere on the transverse face of the wood. The determination of the basic density was also performed by the ratio between dry mass and saturated volume. Partial least squares regression was established considering the NIR spectra as the independent variable (x) and the basic density as the dependent variable (y). The models were validated in independent wood lots, considering the differences in spectral acquisition pathways, clones, ages, spacings and sites. The model developed with spectra measured using an integration sphere in wood from batch B (model 3) presented estimates with better correlation with the value determined in the laboratory (Rcv² = 0.81). However, when applied to the other lot, the relationship between observed and predicted values was null (Rp² = 0). Model 3 was able to identify 7 of 15 samples of lighter woods and 8 of 15 samples of denser woods. On the other hand, the model developed with spectra measured by optical fiber in the woods of Lot A (model 1) presented estimates with median correlation with the value determined in the laboratory (R²cv = 0.53). However, this model generated estimates with R²p of 0.50 with observed values. Model 1 was able to identify 7 out of 15 samples of lighter woods and 11 of 15 samples of denser woods.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)As indústrias de base florestal têm interesse no desenvolvimento de tecnologias capazes de estimar a densidade de suas matérias-primas de forma rápida, confiável e automatizada. O objetivo desse estudo foi analisar a robustez de modelos na estimativa da densidade básica da madeira por meio de validações independentes a partir de espectros no infravermelho próximo (NIR). Para isso, espectros no NIR de amostras de madeira de lotes independentes foram aplicados à modelos preditivos pré-estabelecidos. Para o lote amostral A, madeira de discos retirados da base e a 1,30 m do solo de clones comerciais de Eucalyptus spp. de 5 anos de idade cultivados em espaçamento de 3x1, 3x2, 3x3, e 3x3 m, foi utilizada para determinação da densidade básica e aquisição de espectros no NIR. Amostras com dimensões de 20 x 20 x 25 mm foram retiradas dos discos de madeira na medula, região intermediária e alburno. A aquisição espectral foi feita com o auxílio de uma sonda de fibra ótica nas faces transversal e radial da madeira, e a densidade básica determinada em laboratório pela razão entre massa absolutamente seca e o volume saturado. A base de dados do lote amostral B é representada por clones de Eucalyptus spp. de 6,5 anos de idade plantados em espaçamento único de 9 m². Foram usados corpos de prova com dimensões de 25 x 25 x 50 mm. Aquisição de espectros no NIR foi realizada com uso de uma sonda de fibra ótica e uma esfera de integração na face transversal da madeira. A determinação da densidade básica também realizada pela razão entre massa seca e volume saturado. Regressão dos mínimos quadrados parciais foi estabelecida considerando os espectros no NIR como variável independente (x) e a densidade básica como variável dependente (y). Os modelos foram validados nos lotes independentes de madeiras, considerando as diferenças de vias de aquisição espectral, clones, idades, espaçamentos e sítios. O modelo desenvolvido com espectros medidos usando esfera de integração nas madeiras do lote B (modelo 3) apresentaram estimativas com melhor correlação com o valor determinado em laboratório (Rcv² = 0.81). Porém, quando aplicado no outro lote, a relação entre valores observados e preditos foi nula (Rp² = 0). O modelo 3 foi capaz de identificar 7 das 15 amostras de madeiras mais leves e 8 das 15 amostras de madeiras mais densas. Por outro lado, o modelo desenvolvido com espectros medidos por fibra ótica nas madeiras do Lote A (modelo 1) apresentaram estimativas com correlação mediana com o valor determinado em laboratório (R²cv = 0.53). No entanto, este modelo gerou estimativas com R²p de 0.50 com valores observados. O modelo 1 foi capaz de identificar 7 das 15 amostras de madeiras mais leves e 11 das 15 amostras de madeiras mais densas.Universidade Federal de LavrasPrograma de Pós-graduação em Ciência e Tecnologia da MadeiraUFLAbrasilDepartamento de Ciências FlorestaisHein, Paulo Ricardo GherardiRamalho, Fernanda Maria GuedesCouto, Alla MottaSoares, Bruno Charles DiasBrito, Emilly Gracielly dos Santos2022-02-08T16:42:54Z2022-02-08T16:42:54Z2022-02-082021-12-10info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfBRITO, E. G. dos S. Validação independente de modelos baseados em espectros no NIR para estimativa de densidade básica da madeira. 2021. 45 p. Dissertação (Mestrado em Ciência e Tecnologia da Madeira) – Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2022.http://repositorio.ufla.br/jspui/handle/1/49209porinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UFLAinstname:Universidade Federal de Lavras (UFLA)instacron:UFLA2023-05-10T18:31:45Zoai:localhost:1/49209Repositório InstitucionalPUBhttp://repositorio.ufla.br/oai/requestnivaldo@ufla.br || repositorio.biblioteca@ufla.bropendoar:2023-05-10T18:31:45Repositório Institucional da UFLA - Universidade Federal de Lavras (UFLA)false |
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