Journal of the Korean Society of Systems Engineering
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v.16
no.1
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pp.58-67
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2020
A big data processing method to predict solar power generation using systems engineering approach is developed in this work. For developing analytical method, linear model (LM), support vector machine (SVN), and artificial neural network (ANN) technique are chosen. As evaluation indices, the cross-correlation and the mean square root of prediction error (RMSEP) are used. From multi-variable comparison test, it was found that ANN methodology provides the highest correlation and the lowest RMSEP.
A partial least squares regression (PLSR) model was developed to map the internal soluble solids content (SSC) of apples using a ground-based hyperspectral scanner that could simultaneously acquire outdoor data and capture images of large quantities of apples. We evaluated the applicability of various preprocessing techniques to construct an optimal prediction model and calculated the optimal band through a variable importance in projection (VIP)score. From the 515 bands of hyperspectral images extracted at wavelengths of 360-1019 nm, 70 reflectance spectra of apples were extracted, and the SSC ($^{\circ}Brix$) was measured using a digital photometer. The optimal prediction model wasselected considering the root-mean-square error of cross-validation (RMSECV), root-mean-square error of prediction (RMSEP) and coefficient of determination of prediction $r_p^2$. As a result, multiplicative scatter correction (MSC)-based preprocessing methods were better than others. For example, when a combination of MSC and standard normal variate (SNV) was used, RMSECV and RMSEP were the lowest at 0.8551 and 0.8561 and $r_c^2$ and $r_p^2$ were the highest at 0.8533 and 0.6546; wavelength ranges of 360-380, 546-690, 760, 915, 931-939, 942, 953, 971, 978, 981, 988, and 992-1019 nm were most influential for SSC determination. The PLSR model with the spectral value of the corresponding region confirmed that the RMSEP decreased to 0.6841 and $r_p^2$ increased to 0.7795 as compared to the values of the entire wavelength band. In this study, we confirmed the feasibility of using a hyperspectral scanner image obtained from outdoors for the SSC measurement of apples. These results indicate that the application of field data and sensors could possibly expand in the future.
Choi, Sung Won;Lee, Chang Sug;Park, Chang Hee;Kim, Dong Hee;Park, Sung Kwon;Kim, Beob Gyun;Moon, Sang Ho
Journal of The Korean Society of Grassland and Forage Science
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v.34
no.4
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pp.277-282
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2014
Nutritive value analysis of feed is very important for the growth of livestock, and ensures the efficiency of feeds as well as economic status. However, general laboratory analyses require considerable time and high cost. Near-infrared reflectance spectroscopy (NIRS) is a spectroscopic technique used to analyze the nutritive values of seeds. It is very effective and less costly than the conventional method. The sample used in this study was a corn kernel and the partial least square regression method was used for evaluating nutrient composition, digestibility, and energy value based on the calibration equation. The evaluation methods employed were the coefficient of determination ($R^2$) and the root mean squared error of prediction (RMSEP). The results showed the moisture content ($R^2_{val}=0.97$, RMSEP=0.109), crude protein content ($R^2_{val}=0.94$, RMSEP=0.212), neutral detergent fiber content ($R^2_{val}=0.96$, RMSEP=0.763), acid detergent fiber content ($R^2_{val}=0.96$, RMSEP=0.142), gross energy ($R^2_{val}=0.82$, RMSEP=23.249), in vitro dry matter digestibility ($R^2_{val}=0.68$, RMSEP=1.69), and metabolizable energy (approximately $R^2_{val}$ >0.80). This study confirmed that the nutritive components of corn kernels can be predicted using near-infrared reflectance spectroscopy.
Anna Antonella, Spina;Carlotta, Ceniti;Cristian, Piras;Bruno, Tilocca;Domenico, Britti;Valeria Maria, Morittu
Journal of Animal Science and Technology
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v.64
no.3
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pp.531-538
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2022
In Italy, buffalo mozzarella is a largely sold and consumed dairy product. The fraudulent adulteration of buffalo milk with cheaper and more available milk of other species is very frequent. In the present study, Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), in combination with multivariate analysis by partial least square (PLS) regression, was applied to quantitatively detect the adulteration of buffalo milk with cow milk by using a fully automatic equipment dedicated to the routine analysis of the milk composition. To enhance the heterogeneity, cow and buffalo bulk milk was collected for a period of over three years from different dairy farms. A total of 119 samples were used for the analysis to generate 17 different concentrations of buffalo-cow milk mixtures. This procedure was used to enhance variability and to properly randomize the trials. The obtained calibration model showed an R2 ≥ 0.99 (R2 cal. = 0.99861; root mean square error of cross-validation [RMSEC] = 2.04; R2 val. = 0.99803; root mean square error of prediction [RMSEP] = 2.84; root mean square error of cross-validation [RMSECV] = 2.44) suggesting that this method could be successfully applied in the routine analysis of buffalo milk composition, providing rapid screening for possible adulteration with cow's milk at no additional cost.
A quicker method was developed for foliar analysis in diagnosis of nitrogen in apple trees based on multivariate calibration procedure using partial least squares regression (PLSR) and principal component regression (PCR) to establish the relationship between reflectance spectra in the near infrared region and nitrogen content of fresh- and dry-leaf. Several spectral pre-processing methods such as smoothing, mean normalization, multiplicative scatter correction (MSC) and derivatives were used to improve the robustness and performance of the calibration models. Norris first derivative with a seven point segment and a gap of six points on MSC gave the best result of partial least squares-1 PLS-1) model for dry-leaf samples with root mean square error of prediction (RMSEP) equal to $0.699g\;kg^{-1}$, and that the Savitzky-Golay first derivate with a seven point convolution and a quadratic polynomial on MSC gave the best results of PLS-1 model for fresh-samples with RMSEP of $1.202g\;kg^{-1}$. The best PCR model was obtained with Savitzky-Golay first derivative using a seven point convolution and a quadratic polynomial on mean normalization for dry leaf samples with RMSEP of $0.553g\;kg^{-1}$, and obtained with the Savitzky-Golay first derivate using a seven point convolution and a quadratic polynomial for fresh samples with RMSEP of $1.047g\;kg^{-1}$. The results indicate that nitrogen can be determined by the near infrared reflectance (NIR) technology for fresh- and dry-leaf of apple.
The objective of this study was to predict total bacteria count of pork meats by using the portable electronic nose systems developed throughout two stages of the prototypes. Total bacteria counts were measured for pork meats stored at $4^{\circ}C$ for 21days and compared with the signals of the electronic nose systems. PLS(Partial least square), PCR (Principal component regression), MLR (Multiple linear regression) models were developed for the prediction of total bacteria count of pork meats. The coefficient of determination ($R_p{^2}$) and root mean square error of prediction (RMSEP) for the models were 0.789 and 0.784 log CFU/g with the 1st system for the pork loin, 0.796 and 0.597 log CFU/g with the 2nd system for the pork belly, and 0.661 and 0.576 log CFU/g with the 2nd system for the pork loin respectively. The results show that the developed electronic system has potential to predict total bacteria count of pork meats.
Spectroscopic measurement method based on visible and near-infrared wavelengths was prominent technology for rapid and non-destructive evaluation of internal quality of fruits. Reflectance measurement was performed to evaluate firmness, soluble solid content, and acid content of truss tomatoes by hyperspectral reflectance imaging system. The Vis/NIR reflectance spectra was acquired from truss tomatoes sorted by 6 ripening stages. The multivariable analysis based on partial least square (PLS) was used to develop regression models with several preporcessing methods, such as smoothing, normalization, multiplicative scatter correction (MSC), and standard normal variate (SNV). The best model was selected in terms of coefficient of determination of calibration ($R_c^2$) and full cross validation ($R_{cv}^2$), and root mean standard error of calibration (RMSEC) and full cross validation (RMSECV). The results of selected models were 0.8976 ($R_p^2$), 6.0207 kgf (RMSEP) with gaussian filter of smoothing, 0.8379 ($R_p^2$), $0.2674^{\circ}Bx$ (RMSEP) with the mean of normalization, and 0.7779 ($R_p^2$), 0.1033% (RMSEP) with median filter of smoothing for firmness, soluble solid content (SSC), and acid content, respectively. Results show that Vis / NIR hyperspectral reflectance imaging technique has good potential for the measurement of internal quality of truss tomato.
Optical diffuse reflectance sensing has potential for rapid and reliable on-site estimation of soil properties. For good results, proper calibration to measured soil properties is required. One issue is whether it is necessary to develop calibrations using samples from the specific area or areas (e.g., field, soil series) in which the sensor will be applied, or whether a general "factory" calibration is sufficient. A further question is if specific calibration is required, how many sample points are needed. In this study, these issues were addressed using data from 42 paddy fields representing 14 distinct soil series accounting for 74% of the total Korean paddy field area. Partial least squares (PLS) regression was used to develop calibrations between soil properties and reflectance spectra. Model evaluation was based on coefficient of determination ($R^2$) root mean square error of prediction (RMSEP), and RPD, the ratio of standard deviation to RMSEP. When sample data from a soil series were included in the calibration stage (full information calibration), RPD values of prediction models were increased by 0.03 to 3.32, compared with results from calibration models not including data from the test soil series (calibration without site-specific information). Higher $R^2$ values were also obtained in most cases. Including some samples from the test soil series (hybrid calibration) generally increased RPD rapidly up to a certain number of sample points. A large portion of the potential improvement could be obtained by adding about 8 to 22 points, depending on the soil properties to be estimated, where the numbers were 10 to 18 for pH, 18-22 for EC, and 8 to 22 for total C. These results provide guidance on sampling and calibration requirements for NIR soil property estimation.
Parsons, David;Van, Nguyen Huu;Malau-Aduli, Aduli E.O.;Ba, Nguyen Xuan;Phung, Le Dinh;Lane, Peter A.;Ngoan, Le Duc;Tedeschi, Luis O.
Asian-Australasian Journal of Animal Sciences
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v.25
no.9
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pp.1237-1247
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2012
The objective of this study was to evaluate the predictions of dry matter intake (DMI) and average daily gain (ADG) of Vietnamese Yellow (Vang) purebred and crossbred (Vang with Red Sindhi or Brahman) bulls fed under Vietnamese conditions using two levels of solution (1 and 2) of the large ruminant nutrition system (LRNS) model. Animal information and feed chemical characterization were obtained from five studies. The initial mean body weight (BW) of the animals was 186, with standard deviation ${\pm}33.2$ kg. Animals were fed ad libitum commonly available feedstuffs, including cassava powder, corn grain, Napier grass, rice straw and bran, and minerals and vitamins, for 50 to 80 d. Adequacy of the predictions was assessed with the Model Evaluation System using the root of mean square error of prediction (RMSEP), accuracy (Cb), coefficient of determination ($r^2$), and mean bias (MB). When all treatment means were used, both levels of solution predicted DMI similarly with low precision ($r^2$ of 0.389 and 0.45 for level 1 and 2, respectively) and medium accuracy (Cb of 0.827 and 0.859, respectively). The LRNS clearly over-predicted the intake of one study. When this study was removed from the comparison, the precision and accuracy considerably increased for the level 1 solution. Metabolisable protein was limiting ADG for more than 68% of the treatment averages. Both levels differed regarding precision and accuracy. While level 1 solution had the least MB compared with level 2 (0.058 and 0.159 kg/d, respectively), the precision was greater for level 2 than level 1 (0.89 and 0.70, respectively). The accuracy (Cb) was similar between level 1 and level 2 (p = 0.8997; 0.977 and 0.871, respectively). The RMSEP indicated that both levels were on average under-or over-predicted by about 190 g/d, suggesting that even though the accuracy (Cb) was greater for level 1 compared to level 2, both levels are likely to wrongly predict ADG by the same amount. Our analyses indicated that the level 1 solution can predict DMI reasonably well for this type of animal, but it was not entirely clear if animals consumed at their voluntary intake and/or if the roughness of the diet decreased DMI. A deficit of ruminally-undegradable protein and/or a lack of microbial protein may have limited the performance of these animals. Based on these evaluations, the LRNS level 1 solution may be an alternative to predict animal performance when, under specific circumstances, the fractional degradation rates of the carbohydrate and protein fractions are not known.
Low, Kah Hin;Zain, Sharifuddin Md.;Abas, Mhd. Radzi;Misran, Misni;Mohd, Mustafa Ali
Journal of the Korean Chemical Society
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v.53
no.6
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pp.717-726
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2009
Multivariate models were developed for the simultaneous spectrophotometric determination of copper (II), nickel (II) and zinc (II) in water with 1-(2-thiazolylazo)-2-naphthol as chromogenic reagent in the presence of Triton X-100. To overcome the drawback of spectral interferences, principal component regression (PCR) and partial least square (PLS) multivariate calibration approaches were applied. Performances were validated with several test sets, and their results were then compared. In general, no significant difference in analytical performance between PLS and PCR models. The root mean square error of prediction (RMSEP) using three components for $Cu^{2+}$, $Ni^{2+}$ and $Zn^{2+}$ were 0.018, 0.010, 0.011 ppm, respectively. Figures of merit such as sensitivity, analytical sensitivity, limit of detection (LOD) were also estimated. High reliability was achieved when the proposed procedure was applied to simultaneous determination of $Cu^{2+}$, $Ni^{2+}$ and $Zn^{2+}$ in synthetic mixture and tap water.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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