Desenvolvimento de um sistema de irrigação inteligente: cultivando alface americana com o auxílio de impressora 3D e aprendizado por reforço

dc.contributor.advisorConrado, Daniel Bruno Fernandes
dc.contributor.authorLuiz, Hudson Ferreira
dc.contributor.coadvisorRettore, Paulo Henrique Lopes
dc.contributor.refereeSeveriano Junior, Carlos Alexandre
dc.contributor.refereeNovy, Gabriel Felipe Cândido
dc.date.accessioned2026-08-13T20:14:13Z
dc.date.created2026-07-16
dc.descriptionEste trabalho apresenta a proposta de um sistema de irrigação inteligente para manejo hídrico em hortas, integrando sensores de umidade do solo, modelos de evapotranspiração e técnicas de inteligência artificial. O sistema utiliza um microcontrolador ESP32 para a coleta de dados, integrado a uma API REST, responsável pelo processamento e armazenamento das informações, a qual se comunica com um modelo de inteligência artificial para a tomada de decisões. A previsão de evapotranspiração é estimada a partir do modelo de Penman-Monteith utilizando dados meteorológicos. A umidade do solo é obtida a partir de sensores calibrados com base em parâmetros agronômicos, como capacidade de campo (FC) e ponto de murcha permanente (PWP). O treinamento do agente de decisão é realizado em ambiente simulado utilizando a busca heurística \textit{Beam Search}, que permite explorar múltiplas sequências de simulação e selecionar aquelas com maior recompensa acumulada. Durante este treinamento, o agente aprende a ajustar o volume de irrigação com base nas condições ambientais e na umidade do solo. Após este treinamento, a política aprendida é aplicada de forma determinística, corrigindo o volume de irrigação proposto pela previsão de evapotranspiração, para manter a umidade do solo próxima ao nível alvo. Os resultados evidenciam um claro \textit{trade-off} entre as abordagens de treinamento avaliadas. O treinamento do agente guiado pelo algoritmo de busca heurística local \textit{beam-search} mostrou uma convergência mais rápida com uma política de irrigação estável e segura contra riscos hídricos. Por outro lado, o treinamento via política \textit{Softmax}, embora exija um custo computacional maior, e um tempo de treinamento prolongado, mostra potencial crescente e probabilidade maior para encontrar o ótimo global.
dc.description.abstractThis work presents a proposal for a smart irrigation system for water management in vegetable gardens, integrating soil moisture sensors, evapotranspiration models, and artificial intelligence techniques. The system utilizes an ESP32 microcontroller for data collection, integrated with a backend server application responsible for data processing and storage, which communicates with an artificial intelligence model for decision-making. The evapotranspiration forecast is estimated using the Penman-Monteith model and meteorological data. Soil moisture is obtained from sensors calibrated based on agronomic parameters, such as field capacity (FC) and permanent wilting point (PWP). The training of the decision agent is carried out in a simulated environment using a Beam Search heuristic, which allows exploring multiple simulation sequences and selecting those with the highest cumulative reward. During this training, the agent learns to adjust the irrigation volume based on environmental conditions and soil moisture. Following this training, the learned policy is applied deterministically, correcting the irrigation volume proposed by the evapotranspiration forecast to maintain soil moisture close to the target level. The results highlight a clear trade-off between the evaluated training approaches. Agent training guided by the Beam Search local heuristic algorithm showed faster convergence with a stable irrigation policy safe from water risks. On the other hand, training via a Softmax policy, although requiring a higher computational cost and a prolonged training time, shows increasing potential and a higher probability of finding the global optimum.
dc.description.sponsorshipCNPq
dc.identifier.advisorOrcid0000-0002-4014-9702
dc.identifier.authorOrcid0009-0007-1923-0315
dc.identifier.coadvisorOrcid0000-0002-5491-7274
dc.identifier.refereeOrcid0000-0002-9100-9013
dc.identifier.refereeOrcid0000-0003-0490-4632
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/20.500.14387/3375
dc.language.isopor
dc.publisher.campiSabará
dc.publisher.countryBrasil
dc.publisher.institutionInstituto Federal de Minas Gerais
dc.publisher.programBacharelado em Sistemas de Informação
dc.rightsAcesso aberto
dc.subject.cnpqCiências Exatas e da Terra
dc.subject.keywordsInteligencia artificial
dc.subject.keywordsAprendizado do computador
dc.subject.keywordsMicrocontroladores
dc.subject.keywordsInternet das coisas
dc.subject.keywordsEvapotranspiração
dc.subject.keywordsIrrigação agrícola
dc.subject.keywordsSolos - Umidade - Medição
dc.titleDesenvolvimento de um sistema de irrigação inteligente: cultivando alface americana com o auxílio de impressora 3D e aprendizado por reforço
dc.title.alternativeDevelopment of a smart irrigation system: cultivating iceberg lettuce using 3D printing and reinforcement learning
dc.typeTrabalho de Conclusão de Curso

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