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Dissertação de Mestrado
DOI
10.11606/D.3.2011.tde-12062012-163740
Documento
Autor
Nome completo
Bruno Butilhão Chaves
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2011
Orientador
Banca examinadora
Torikai, Delson (Presidente)
Barczak, André Luís Chautard
Ibrahim, Ricardo Cury
Título em português
Estudo do algoritmo AdaBoost de aprendizagem de máquina aplicado a sensores e sistemas embarcados.
Palavras-chave em português
AdaBoost
Adulteração de combustível
Aprendizagem de máquina
Boosting
Dispositivos embarcados
Reconhecimento de padrão
Sensores
Resumo em português
O estudo da Inteligência Artificial e de suas técnicas tem trazido grandes resultados para a evolução da tecnologia em diversas áreas. Técnicas já conhecidas como as Redes Neurais e Árvores de Decisão vêm sendo aprimoradas por técnicas de Boosting como o Adaptive Boosting. Esta técnica é uma das que apresenta maior perspectiva de crescimento devido a seu potencial, flexibilidade e simplicidade para ser implementada em diferentes cenários, como por exemplo, no tratamento de imagens para reconhecimento de padrões. Um mercado com grande potencial para se beneficiar da técnica de Boosting, e em especial do AdaBoost, é o mercado de sensores. É cada vez mais comum a utilização de sensores isolados ou sistemas de múltiplos sensores trabalhando concomitantemente para se atingir um objetivo comum. Na utilização de sistemas embarcados compostos por sensores para realização de análises e tomadas de decisão são cada vez mais requisitados, principalmente onde se requer algum tipo de reconhecimento de padrão. O objetivo desta dissertação é estudar e desenvolver o conhecimento do algoritmo AdaBoost para aplicação em sensores, de forma a aprimorar a sensibilidade e precisão das medições, tanto de sensores isolados como de sistemas complexos com vários sensores, sem que seja necessário realizar modificações no próprio sensor. O estudo estende-se também em como implementar o algoritmo inteligente a um dispositivo autônomo composto por sensores e um microprocessador que contenha um classificador embarcado de reconhecimento de padrões. Para demonstrar a utilidade da técnica, foi realizado um estudo de caso utilizando um sistema composto de sensores capacitivos interdigitalizados e microfabricados, sensores de temperatura e sensor a fibra óptica, para verificar adulterações em combustíveis automotivos, em especial, do etanol combustível. Sete experimentos são apresentados no trabalho. Índices acima de 90% de classificações corretas foram obtidos, indicando a viabilidade da utilização do algoritmo para calibração de sensores ou rede de sensores. Por fim, foi desenvolvida com sucesso uma forma de embarcar o classificador treinado em um microprocessador, confirmando assim ser possível desenvolver dispositivos embarcados contendo essa tecnologia.
Título em inglês
Study of AdaBoost algorithm applied to sensors and embedded systems.
Palavras-chave em inglês
AdaBoost
Boosting
Embedded
Machine learning
Pattern recognition
Resumo em inglês
Studies on Artificial Intelligence and its techniques have provided great results for the whole technology evolution in several areas. Techniques known as Neural Networks and Decision Trees have been improved by Boosting techniques such as Adaptive Boosting. This particular technique presents great growth prospects due to its potential, flexibility and simplicity to be implemented in different scenarios, such as image analysis for pattern recognition. A specific market that can greatly benefit from the technique of Boosting and particularly AdaBoost is the sensor market. The use of isolated sensors or multiple sensor systems working together in order to reach a common goal is increasingly common. Embedded systems consisting of sensors for analysis and decision-making are also increasingly common especially in cases in which some sort of pattern recognition is necessary. Therefore, the purpose of this thesis is to study and to develop some knowledge about the AdaBoost algorithm applied to sensors in order to improve the sensitivity and accuracy of its measurements, both in isolated sensors and in complex systems with multiple sensors, without requiring any change in the sensor itself. The study also approaches how to implement the intelligent algorithm in an autonomous device composed by sensors and a microprocessor that contains an embedded classifier for pattern recognition. Accordingly, a case study was conducted using a system composed of microfabricated capacitive sensors, temperature sensors and fiber optical sensor with the purpose of analyzing the amount of automobile fuels, especially ethanol fuel. Seven experiments were performed in order to demonstrate the usefulness of this technique and they are presented in the study. Rates above 90% of correct classifications were obtained, which indicates the feasibility of using the algorithm for sensor calibration or sensor network calibration. Finally, a way to embed a trained classifier into a microprocessor was successfully developed, confirming that it is possible to develop embedded devices containing this technology.
 
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Data de Publicação
2012-08-13
 
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