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Tipo: TCC
Título: Aprendizado federado para classificação da praga do milho em campo de agricultura
Autor(es): Ponciano, Gabriela Silva de Carvalho
Orientador: Rocha, Atslands Rego da
Palavras-chave em português: Aprendizado federado;Método de agregação;Classificação;Agricultura
Palavras-chave em inglês: Federated learning;Aggregation method;Classification;Agriculture
CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO
Data do documento: 2025
Citação: PONCIANO, Gabriela Silva de Carvalho. Aprendizado federado para classificação da praga do milho em campo de agricultura. 2026. 65 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Engenharia de Computação) — Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2025.
Resumo: A plantação de milho é uma das lavouras mais comuns e economicamente pertinentes globalmente. Contudo, apesar da grande relevância econômica e nutricional, as plantações de milho ainda são afetadas pela praga Spodoptera frugiperda (J. E. SMITH, 1797) (LEPIDOPTERA: NOCTUIDAE). Para amenizar a problemática dessa praga, são adotados o monitoramento e o controle, como a verificação por meio de imagens capturadas por câmeras integradas às armadilhas e o controle biológico ou químico. Com o avanço da tecnologia, novos métodos de monitoramento para essas pragas foram propostos, como o uso do aprendizado profundo. Entretanto, essas técnicas não mitigam a problemática da privacidade de dados, que podem ter informações confidenciais e mercadológicas do campo do agricultor, e os desafios de cenários distribuídos, como a limitação de conectividade e de distribuição não homogênea dos dados entre usuários. O aprendizado federado propõe o treinamento descentralizado, em que não há compartilhamento de dados, ou seja, os dados ficam no dispositivo do usuário, garantindo maior privacidade. Neste trabalho é proposta uma abordagem de utilização do aprendizado federado com diferentes agregações, garantindo uma maior privacidade e menor envio de dados, minimizando o uso de recursos de rede. Além disso, há a simulação de cenários do campo de agricultura para avaliar quais métodos de agregação são promissores para cenários distribuídos. Utilizou-se uma base de dados contendo imagens capturadas por câmeras integradas à Raspberry Pi em armadilhas. Essas imagens foram divididas em duas classes: com a presença da S. frugiperda e sem a presença do inseto. Esse conjunto de dados foi distribuído de duas maneiras distintas, em vegetativo (caracterizado pelo número de colarinhos foliares visíveis) e em reprodutivo (marcado pelo desenvolvimento dos grãos), que representam a fase do milho, ambas não independentes e identicamente distribuídas. Os dois cenários foram testados com quatro algoritmos de agregação: FedAvg, FedAvgM, FedProx e FedYogi. Além disso, foi analisado o consumo de Unidade Central de Processamento (CPU) e de memória. Os resultados mostram que, em todos os cenários, o FedProx obteve os melhores resultados na maioria das métricas de avaliação de modelos, mas com ressalva quanto ao consumo de recursos computacionais. No cenário vegetativo, FedYogi demonstrou ser uma boa opção, consumindo menos recursos computacionais e apresentando bons resultados para as métricas de avaliação.
Abstract: Corn planting is one of the most common and economically relevant crops globally. However, despite its great economic and nutritional importance, corn plantations are still affected by the pest Spodoptera frugiperda (J. E. SMITH, 1797) (LEPIDOPTERA: NOCTUIDAE). To mitigate the problems caused by this pest, monitoring and control strategies are employed, including the use of camera-equipped traps for image capture and the application of biological or chemical control methods. With advances in technology, new monitoring methods for these pests have been proposed, such as deep learning. Nevertheless, these techniques do not address data privacy issues, as the data may contain confidential and market-sensitive information from the farmer’s field, nor do they address the challenges of distributed scenarios, such as limited connectivity and non-homogeneous data distribution among users. Federated learning proposes decentralized training, in which data is not shared, remaining on the user’s device and ensuring greater privacy. This work proposes an approach using federated learning with various aggregations, ensuring greater privacy and reduced data transmission, while minimizing network resource utilization. Additionally, a simulation of agricultural field scenarios is used to evaluate which aggregation methods are promising for distributed scenarios. We used a database containing images captured by cameras integrated into Raspberry Pi in traps. We divided these images into two classes: with the presence of S. frugiperda and without the presence of the insect. This dataset was distributed in two distinct ways: vegetative (characterized by the number of visible leaf collars) and reproductive (marked by grain development), representing the corn growth stage, and both non-independent and identically distributed. We tested the two scenarios with four aggregation algorithms: FedAvg, FedAvgM, FedProx, and FedYogi. Furthermore, we analyzed CPU and memory consumption. The results show that, across all scenarios, FedProx achieved the best performance in most model evaluation metrics, though with reservations about computational cost. In the vegetative scenario, FedYogi proved to be a good option, consuming fewer computational resources and presenting good results for evaluation metrics.
URI: http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/86698
Currículo Lattes do(s) Autor(es): http://lattes.cnpq.br/3370868665256494
ORCID do Orientador: https://orcid.org/0000-0002-3069-132X
Currículo Lattes do Orientador: http://lattes.cnpq.br/3272159643458627
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
Aparece nas coleções:ENGENHARIA DE COMPUTAÇÃO - Monografias

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