بخشی از مقاله
چکیده:
در این تحقیق، یک سیستم آزمایشگاهی براي بررسی امکان استفاده از آزمون پاسخ آکوستیک براي جداسازي ژنوتیپهاي گردوي سنگی و کاغذي مورد مطالعه قرار گرفت. تعداد 4000 گردو، از هر ژنوتیپ 2000عدد، مورد آزمایش قرار گرفت و خصوصیات ژنوتیپها از تجزیه و تحلیل سیگنال دریافتی در حوزه زمان و فرکانس و کاربرد روش آماري تجزیه به مولفههاي اصلی PCA استخراج شد. در مجموع 47 ویژگی از ژنوتیپ گردوها انتخاب گردید که پس از نرمال شدن به عنوان بردار ورودي به ANN داده شد.
بردار خروجی شبکه شامل 2 نرون براي دسته بندي ژنوتیپها بود. چندین مدل مختلف ANN هر کدام با تعداد نرونهاي مختلف در لایه پنهان براي تعیین ساختار موردنظر آموزش داده شدند. تعداد نرونهاي لایه پنهان پس از آزمونهاي متعدد نظیر حداقل رسانی میانگین مربعات خطا - - MSE و ضریب همبستگی - r - ، 18 نرون انتخاب شد. مدل ANN با ساختار 47-18-2 براي جداسازي ژنوتیپها انتخاب گردید. میزان جداسازي صحیح براي دو ژنوتیپ گردوي سنگی و کاغذي به ترتیب برابر 99/64 و 96/56 درصد و میانگین مربعات خطا 0/0217 و 0/0185 بود.
مقدمه
گردو با نام علمی Juglans در خانواده گیاهشناسی Juglandaceae طبقهبندي می گردد. گردو درختی چند منظوره است که به دلیل امکان استفاده از میوه - مغز گردو - ، پوست سبز، برگ گردو و چوب درخت آن، این محصول از نظر اقتصادي یک فراورده بسیار ارزشمند در جهان به شمار میرود - طباطبایی و همکاران، . - 1377 براساس اطلاعات سازمان خواروبار و کشاورزي جهانی1 در سال 2008 چین با اختصاص در حدود 31٪ از کل اراضی زیر کشت گردو در جهان مقام اول را داراست - فائو . - 2008 امریکا، ترکیه و ایران مقام هاي دوم تا چهارم را به خود اختصاص دادهاند - آمارنامه کشاورزي ایران . - 1387
گردوهایی که در نقاط مختلف گردوخیز ایران وجود دارد از گونه گردوي معمولی - regia L juglans - هستند. واریتهها، نژادها و ارقام این گردوها از نظر گیاه شناسی هنوز کاملا مشخص نیست و ارقامی مانند گردوي کاغذي، گردوي سنگی، گردوي سوزنی، گردوي خوشه اي، گردوي بادامی، گردوي قزوین و طالقان، گردوي جنوب البرز در واقع ارقام بومی هستند که اکثرا نام محل را به روي آنها گذاشتند. ولی ویژگیهاي گیاهشناسی آنها مبهم بوده و براي اهالی هر یک از کشت گاهها و مراکز گردوخیز مشخص نیست - اخلاقی، . - 1379 ایران با وجود در اختیار داشتن 11٪ تولید جهانی، کمتر از 0/5٪ صادرات را در دست دارد.
یکی از دلایل پایین بودن ارزش صادراتی گردوهاي ایرانی وجود غیر یکنواختی زیاد در محصول عرضه شده میباشد که خود ناشی از کاشت نهالهاي بذري، استفاده از ارقام مختلف در احداث باغات قدیمی گردو و عدم احداث باغات جدید با استفاده از ارقام اصلاح شده و مقاوم میباشد. اما با توجه به گسترش زیاد سطح زیر کشت این گونه در کشور و طول عمر زیاد باغات گردو، دستیابی به راه حلهایی براي درجهبندي محصول و رفع غیریکنواختی آن، باعث افزایش قابل توجهی در ارزش اقتصادي و درآمد حاصل از صادرات این محصول خواهد شد.
در باغات گردوي ایران گردوها پس از چیده شدن بدون در نظر گرفتن نوع و رقم مخلوط شده و به بازار عرضه میگردد. اما نه فقط به منظور رقابت در بازارهاي جهانی باید گردوهایی جداسازي شده، طبقهبندي شده و با بستهبندي مناسب عرضه کنیم؛ بلکه براي بهبود کیفیت دستگاههاي جداکننده پوست سبز گردو، گردوشکنها و جداسازهاي مغز از پوست سخت نیز لازم است گردوهاي تغذیه شده از یک جنس و رقم باشند. بنابراین یکی از مراحل مهم در درجهبندي گردوها جداسازي ارقام گردو خواهد بود.
به علت نزدیکی ابعاد فیزیکی و مورفولوژیکی گردو، جداسازي با بازده بالا بوسیله سیستمهاي مکانیکی نمیتواند صورت گیرد. بازرسی و جداسازي دستی نیز دشوار بوده و نتایج مطلوبی در پی نخواهد داشت. محمودي - - 1385 یک سیستم جداسازي زمان واقعی پستههاي خندان از ناخندان، با تلفیق تکنیکهاي صوتی و شبکه عصبی مصنوعی - ANNs - ٢ ارائه کرد. دقت سیستم جداسازي براي پستههاي خندان، ناخندان و نیمهخندان به ترتیب 97/3، 96/7 و 93/1 درصد بود. امید و همکاران - 2010 - چهار رقم پسته صادراتی ایران به نامهاي کلهقوچی، اکبري، بادامی و احمدآقایی را براي ساختار بهینه با دقت 96/9 ، 97/6، 96/4 و 99/1 درصد تشخیص و جداسازي کردند.
ستین و همکاران - - 2004 از تکنیک تشخیص صدا براي جداسازي پستههاي خندان و ناخندان استفاده کردند، دقت این سیستم در حدود 99٪ بود. سجادي و همکاران - - 1387 با استفاده از پردازش صدا و شبکههاي عصبی پستههاي پوك و مغزدار را تشخیص دادند. ایوانی - - 1385 تاثیر برخی ویژگیهاي فیزیکی گردو شامل جرم و حجم را بر طیف آکوستیک گردو مورد مطالعه قرار داد.
اوناران و همکاران - - 2006 فندقهاي توخالی را از فندقهاي توپر با استفاده از ضربه به طریق صوت جدا کردند. در نهایت این وسیله توان تشخیص فندقهاي نارس، پر و توخالی را داشت. حسینپور - - 2010 امکان استفاده از آزمون پاسخ آکوستیک براي جداسازي سریع سنگ و کلوخ از سیب زمینی را مورد مطالعه قرار داد. با استفاده از سیستم مورد مطالعه، یک ماشین برداشت می تواند با ظرفیتی معادل 20 تن در ساعت، سنگ و کلوخ سیب زمینی را با دقتی در حدود 97 درصد جدا نماید.
الباتاوي - - 2008 روش ضربه صوت را براي تشخیص پوکی در وسط غده سیبزمینی به کار برد. دقت این روش 98٪ بود. پیرسون و همکاران - - 2005 گندم آسیبدیده را از گندم سالم با استفاده از تکنیکهاي صوتی تشخیص دادند. در این مطالعه، آسیبدیدگی گندمها ناشی از نفوذ حشرات خارجی به داخل آنها بود. دقت تشخیص براي گندم آسیبدیده 87٪ و گندم سالم 98٪ گزارش شده است. حاجیزاده و همکاران - - 1387 گردو را با استفاده از ماشینبینایی براساس جرم ویژه درجهبندي کرد تا چروکیدگی و پوکی مغز را تشخیص دهد. محمودي و همکاران - - 1387 با تلفیق شبکهعصبی و پردازش تصویر و براساس بررسی چشمی برگها و میوههاي گیاهان ژنوتیپهاي گردو را تشخیص دادند.
دو گونه مورد مطالعه در این تحقیق، ژنوتیپهاي کاغذي و سنگی میباشند. دلیل انتخاب این دو ژنوتیپ فراوانی آنها در منطقه و نیز وجود خصوصیات متمایز در آنهاست که جداسازي آنها را مهم میسازد. گردوي کاغذي که احتمالا واریته و ارقام آن هم یکنواخت نیست، بهترین و با ارزشترین گردوي آجیلی را تشکیل میدهد. این ژنوتیپ داراي پوست چوبی نازك و به رنگ شکلاتی کمرنگ و مغز سفید و پر می باشد. گردوي سنگی داراي پوست چوبی سفت و ضخیمی است که شیارهاي نسبتا عمیقی در روي آن قرار دارد. رنگ آن خاکستري مایل به قهوهاي است که به راحتی از سایر انواع گردوها شناخته می شود.
روشهاي سنتی آماري براي مدل کردن سیستم اغلب غیر قابل مدیریت هستند و یا اگر سیستم اصلی بصورت غیرخطی باشد، یا متغیرهاي اندازهگیري شده متعدد بصورت همزمان مورد نظر باشد، قابل اجرا نمیباشند. سیستمی که بدون اشکالات موجود در سیستمهاي سنتی باشد کاربرد سیستم طبقهبندي قابل آموزش اتوماتیک، همچون شبکههاي عصبی است.
در مورد تلفیق شبکه عصبی مصنوعی و تکنیک آکوستیک براي تشخیص صوتی ژنوتیپهاي گردو تاکنون تحقیقی گزارش نشده است. با توجه به اهمیت زیادي که جداسازي ارقام مختلف گردو از لحاظ اقتصادي، کیفی، بازارپسندي و صادرات محصول دارند و نیز دشواري جداسازي دستی و دقت پایین آن، در این تحقیق نتایج حاصل از کاربرد تکنیک غیرمخرب آکوستیک و شبکه عصبی براي جداسازي دو ژنوتیپ سنگی و کاغذي ارائه شده است.
مواد و روشها
دو ژنوتیپ گردوي مورد بررسی در شکل 1 نشان داده شده است. سیستم طراحی شده براي درجهبندي ژنوتیپها در شکل 2 مشاهده میشود. با روش سعی و خطا بهترین زاویه نبشی براي اصابت گردو به صفحه فلزي برابر 30 درجه نسبت به سطح افق انتخاب شد. تغییر زاویه نبشی توسط حلقههاي زنجیري که از یک طرف به نبشی و از طرف دیگر به پایه عمودي متصل بود صورت گرفت.
تعداد حلقهها در این فاصله 20 عدد بود و با تغییر هر حلقه، زاویه نبشی5 درجه تغییر میکرد. پس از انتخاب زاویه، نبشی توسط یک پیچ در زاویه موردنظر محکم شد. زاویه انتخابی به گونهاي بود که بیشترین مقدار غلت خوردگی را براي گردوها ایجاد نماید و نیز به قدري به گردو شتاب دهد که با یک برخورد از روي صفحه فلزي عبور نماید.
