Sistema Especialista em Análise de Semente de Soja

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1 Sistema Especialista em Análise de Semente de Soja Alzirene de J. Souza, Carla Winck, Everthon A. Rebelatto, Mara A Dota Abstract - A high quality seed influences directly in the success of the farming and it contributes significantly in to the productivity. This article presents an Expert System to analyze seeds for farming, allowing its use to a good harvest. This article will present the evaluation of a lot of quality seeds and its stages that are necessary to understand the functioning of the considered system. Resumo - Uma semente de alta qualidade influi diretamente no sucesso da lavoura e contribui significativamente para que níveis de produtividade sejam alcançados. Este artigo apresenta um Sistema Especialista para a análise de sementes para o plantio, permitindo a sua utilização para a obtenção de uma boa colheita. Serão apresentados os passos necessários para a avaliação de um lote de sementes de qualidade sendo explicado de forma clara e objetiva o funcionamento do sistema proposto. I. INTRODUÇÃO O potencial econômico da soja é expressivo, mas carente de pesquisas que sejam condizentes com a realidade de Mato Grosso. A produtividade desta cultura depende dentre outros fatores, da qualidade fisiológica de suas sementes. Para tal, buscamos desenvolver um Sistema Especialista para a análise de sementes de soja para o plantio. Sistemas Especialistas são programas baseados em conhecimento de especialistas humanos, com uma combinação de computador e programas que usam o conhecimento e procedimentos de inferência para resolver problemas que são tão complexos que eles normalmente exigem a intervenção de seres humanos com conhecimento especializado na área do problema. Objetivando um bom desenvolvimento do Sistema Especialista, foi avaliado todo processo necessário para se chegar ao vigor da semente. Uma semente de alta qualidade influi diretamente no sucesso da lavoura e contribui significativamente para que níveis de alta produtividade sejam alcançados. Sementes de baixa qualidade comprometem a obtenção de estande de plantas adequado, influindo diretamente na produtividade da lavoura. Alzirene de J. Souza ( alzirene@grupomaggi.com.br) Carla Winck ( carla@polatosementes.com.br) Everthon A. Rebelatto ( ear10@terra.com.br) Mara A Dota ( maradota@unir-roo.br) Faculdades Integradas de Rondonópolis (FAIR) Rua Floriano Peixoto, 597 Centro Rondonópolis/MT Em situações com população de plantas abaixo da recomendada para a cultivar, haverá a necessidade do replantio, e tal prática está associada com prejuízos referentes ao aumento do custo de produção e os riscos inerentes a essa prática, como troca de cultivar, perda da melhor época de semeadura, problemas de eficiência de herbicidas ou riscos de sobreposição de produto na área e ocorrência de toxidez, e problemas de adubação - fatores esses que contribuem para uma menor produtividade. II. DESENVOLVIMENTO DO SISTEMA ESPECIALISTA Para a realização do sistema proposto abrangemos diversas áreas relacionadas ao assunto, destacando dentre elas: [6]: é um campo de estudo que busca o desenvolvimento de Sistemas Inteligentes. Pode se dizer ainda que é um tipo de inteligência construída pelo homem ou também capacitar o computador de um comportamento inteligente. Sistemas Especialistas [6]: são programas que imitam o raciocínio formal (lógico) normalmente desempenhado por um especialista humano para resolver problemas numa área especifica ou problemas difíceis o suficiente para exigirem significativas experiências humana para a sua solução. O conhecimento de um Sistema Especialista consiste em fatos e heurísticas. Os fatos constituem um corpo de informação que é largamente compartilhado, publicamente disponível e geralmente aceito pelos especialista em um campo. Expert Sinta [5]: é um shell implementado na linguagem de programação orientada a objetos Borland Delphi 1.0, dando um suporte visual de fácil operação para a implementação de Sistemas Especialistas. O Expert Sinta permite o desenvolvimento modular de base de conhecimento através de uma interface de fácil manipulação de utilitários criados para depuração, com isso, e proporcionado uma economia de tempo para os desenvolvedores da base de conhecimento e também um melhor aproveitamento por parte do usuário final ao permitir a inclusão de hipertextos explicativos sobre as possíveis soluções encontrada pelo sistema. Além destas facilidades, o Expert Sinta traz um ambiente de trabalho de forma a possibilitar, tanto ao projetista do conhecimento quanto ao usuário final o uso das facilidades mencionadas sem que seja necessárias um conhecimento aprofundado de informática. Esta ferramenta utiliza um modelo de representação do conhecimento baseado em Regras de Produção e probabilidades, e sua máquina de inferência que é a 724

2 parte do sistema que manipula as regras e fatos, tem como característica o uso do encadeamento para trás, onde o sistema de raciocina sobre o problema e responde as perguntas ao usuário. III. ANÁLISE DE SEMENTE E CONTROLE DE QUALIDADE A produção de sementes de elevada qualidade requer a adoção de um bom programa de controle de qualidade (CQ). A não utilização poderá resultar na produção de sementes com qualidade inferior, principalmente quando as sementes são produzidas em regiões tropicais e subtropicais. A adoção pelos produtores de técnicas de controle de qualidade na produção de sementes visa suprir de informações que auxiliem no processo de tomada de decisão, tendo em vista superar limitações impostas pelos diversos fatores que podem afetar a qualidade das sementes [1,2]. A qualidade das sementes de soja, por exemplo, pode ser influenciada por diversos fatores, que podem ocorrer durante a fase de produção no campo, na operação de colheita na secagem, no beneficiamento, no armazenamento, no transporte e na semeadura. Tais fatores abrangem extremos de temperatura durante a maturação, flutuações das condições de umidade ambiente, incluindo secas, deficiências na nutrição das plantas, ocorrência de insetos, além da adoção de técnicas inadequadas de colheita, secagem e armazenamento. Diversos patógenos podem também afetar a qualidade das sementes de soja. Apesar de serem fatores distintos, a ação e a interação de todos esses fatores fisiológicos, físicos, entomológicos e patológicos contribuem para um resultado comum: a deterioração das sementes, processo natural que envolve a interação de mudanças citológicas, fisiológicas, bioquímicas e físicas das sementes e que resultam na perda do vigor e da viabilidade das mesmas [3]. O controle de qualidade envolve ações do governo através de legislação específica, análise e certificação de sementes. Isto engloba uma série de procedimentos, que permitem que os programas de produção de sementes sejam monitorados e orientados para que métodos adequados sejam seguidos, visando garantir a pureza genética das cultivares. Esse sistema assegura que apenas sementes de origem e qualidade conhecidas sejam comercializadas. Um bom sistema de CQ se auto financia. Ele auxilia o produtor de sementes a detectar e adotar medidas para corrigir problemas de qualidade de sementes. O sistema de CQ provê informações aos produtores de sementes, que contribuirão para evitar as perdas de qualidade, bem como a rejeição de lotes de sementes de boa qualidade mas inadequadamente avaliados através, apenas, do teste de germinação, por excesso de umidade na maturação em condições de clima tropical e subtropical. O CQ reduz os custos de preparo das sementes, previne falhas de estandes e problemas de baixa emergência de plântulas em campo. Tais problemas podem resultar na reposição de sementes para os agricultores, em virtude da necessidade de replantio, atividade essa que está relacionada com sérias perdas e prejuízos aos sojicultores. No Estado de Mato Grosso, principalmente nos últimos três anos, cerca de 80% da comercialização das sementes de soja ocorre entre os meses de janeiro e junho, iniciando mesmo antes do período de colheita. Permanecer ausente do mercado, hoje muito competitivo, pode ser pernicioso à marca. Essa antecipação de vendas, porém, força as empresas a estabelecerem programas de monitoramento de qualidade para prever o potencial de desempenho das sementes no momento da semeadura. Entre os principais danos relevantes que afetam a qualidade de sementes de soja, estão o dano mecânico, dano por percevejo e dano por umidade. Devemos considerar que o dano mecânico ocorre principalmente durante o processo de colheita e na regulagem inadequada da colhedora, onde o aspecto fundamental é a regulagem da rotação do cilindro para cada umidade de colheita. O dano por percevejo requer atenção devido às toxinas que o mesmo introduz nas sementes. O nível de dano causado por percevejos está em função do número de percevejos/m2 no pano de batida, do tempo de exposição, da fase inicial ou adulta do inseto e do estágio da cultura. Quanto maior a quantidade de matéria seca das sementes, maior é a extensão do dano, uma vez que sementes com maior enchimento tendem a deformar menos com a picada de percevejos, dificultando a separação no beneficiamento. Vale lembrar que migrações de percevejos adultos de lavouras vizinhas com maturação mais precoce tendem a produzir danos mais rapidamente. Por outro lado, o grande vilão da produção de sementes é a deterioração por umidade, dano evolutivo e mais acentuado entre os demais danos fisiológicos, podendo somente ser controlado por antecipação da colheita ou por descarte do campo. Um outro fator que potencializa a deterioração por umidade, é uma ruptura do tegumento, que ocorre em função da expansão exagerada dos tecidos nos primeiros 10 dias de enchimento das sementes, devido à elevada umidade e temperatura. Acrescenta-se ainda que esta expansão exagerada também pode estar em função da produtividade do campo, pois quanto maior a produtividade, maior será o tamanho das sementes dentro de uma mesma cultivar e provavelmente superior à informação genética para expansão daquele tegumento. Assim, sementes com "rupturas" são mais susceptíveis à variação de umidade no período de colheita, porque a cicatrização do mesmo não é perfeita e esta suscetibilidade é proporcional a proximidade da ruptura ao eixo hipocótilo-radícula. Todos os testes atualmente feitos de sementes de soja são realizados no laboratório da APROSMAT Associação dos Produtores de Sementes do Mato Grosso, localizado na região Centro-Oeste [4]. Criado em 10 de julho de 1980, com a finalidade de incentivar a produção e expandir o comercio de sementes no Estado. O laboratório coordenado pela bióloga Maria de Fátima Zorato, levanta informações sobre o vigor da semente, seu poder de germinação e o nível de danos presentes. Os danos obtidos servem para balizar o sementeiro a respeito da qualidade do grão que esta produzindo, mas por outro lado, também fornecem informações de vital importância para que se trace uma estratégia de manejo visando maximizar a produtividade do agricultor comum. Assim, os adicionais por qualidade e produtividade ou participação nos lucros e resultados, somente revertem-se em melhorias nos processos de produção, a partir do momento em que os critérios de desempenho estejam prédefinidos, conhecidos e discutidos pelos interessados. Programa Especialista em Análise de Semente de Soja, busca transpor o trabalho realizado pela Aprosmat em um sistema que realiza as mesmas funções. Para o desenvolvimento desse trabalho foi realizada uma pesquisa 725

3 de campo, onde foi colhido os dados no Laboratório da Aprosmat e com o engenheiro agrônomo Alexandre Possebon. Depois da coleta de dados, foi realizada a construção da Árvore de Decisão, que está exemplificado apenas por um ramo na figura 1. Figura 1: Um exemplo de ramificação da Arvore de Decisão A figura acima exemplifica um ramo da árvore do sistema proposto, onde na análise da semente se a pureza for menor que 99% há um descarte da semente, ou seja, a semente não é viável para o plantio, sendo assim utilizada para fazer derivados da soja como, por exemplo: Óleo, carne, leite, etc. IV. METODOLOGIA A metodologia utilizada é apresentada dentro de um contexto que permite a compreensão de todo especialista assim como é parte das atividades propostas pelo método. O sistema é mais bem entendido através de sua utilização, permitindo o desenvolvimento de tarefas mais eficientes. Os métodos do desenvolvimento do sistema visam o bom aperfeiçoamento da análise de semente, onde se dá ênfase na escolha da semente adequada para o plantio. O desenvolvimento deste estudo foi fundamentado em pesquisas bibliográficas tomando como base livros, revistas, artigos e também entrevista com especialista da área. Após a conclusão dos estudos partimos então para o desenvolvimento do sistema proposto tomando como base os conhecimentos levantados através das pesquisas citadas acima. A implementação do sistema foi feita com o uso da ferramenta Expert Sinta (ver item II). V. SISTEMA PROPOSTO Propomos um Sistema Especialista para análises de sementes de soja que quando alimentado com informações de fontes seguras pode-se dispor de dados para facilitar o processo de análise de sementes. Neste processo está incluso desde a análise da pureza até a viabilidade do vigor. Todos esses requisitos são necessários para se obter o resultado de uma semente de boa qualidade para o plantio. Vale ressaltar que o sistema proposto armazena as informações estabelecidas pelo especialista através de todo uma análise manual do produto para então se chegar ao resultado. A. Como usar o sistema Este sistema é de fácil utilização, permitindo que qualquer pessoa que não tenha muito conhecimento em informática possa realizar o teste e obter o resultado da análise de sementes. A base do sistema é através de perguntas de múltiplas escolhas que são apresentadas ao usuário e o mesmo deverá respondê-las escolhendo apenas uma alternativa dando continuidade ao processo para se chegar até um resultado da análise. Segue abaixo passos para o uso deste Sistema Especialista: 1º passo: O usuário que for utilizar esta ferramenta precisará abrir a base de conhecimento do Sistema Especialista de análises de sementes através do Expert Sinta que deverá estar instalado no computador a ser utilizado. 2º passo: Precisará executar a base de conhecimento através do botão Iniciar localizado na barra de ferramenta que executará o programa automaticamente, e aparecerá uma tela de abertura contendo informações sobre os autores e o objetivo do sistema de análise de sementes, e o usuário deverá clicar em OK para avançar para próximo passo. 3º passo: Serão apresentados ao usuário uma janela com uma pergunta e as possíveis alternativas onde o mesmo deverá selecionar a opção desejada, marcando a opção à esquerda da resposta. Após ser selecionado a opção desejada, o usuário deverá clicar no botão OK para continuar a análise, e se caso usuário tiver alguma dúvida sobre esta pergunta poderá estar clicando no botão POR QUE para obter uma ajuda. 4º passo: Após a confirmação desta pergunta aparecerá uma nova janela com outra pergunta e esse processo deverá ser repetido até que se chegue a um resultado. 5º passo: Após serem respondidas todas as perguntas que foram apresentadas pelo sistema ao usuário, aparecerá uma janela com o resultado da análise proposto pelo sistema. 6º passo: Para encerrar esta análise basta apenas clicar no botão fechar e assim o programa será encerrado, permitindo ao especialista começar uma nova análise. B. Descrição das variáveis Nesta seção, serão descritas todas as variáveis envolvidas no Sistema Especialista proposto. Cada variável representa sua propriedade necessária para se ter uma semente de boa qualidade para plantio. Segue cada variável descrita no trabalho e o seu significado: Pré-condicionamento a germinação é >= 80%: Consiste na hidratação controlada da semente ao nível tal que permita que ocorra alguns eventos metabólicos anteriores a germinação, sem que haja protução da radícula. Com tratamento >= a 80%: Esta variável destaca o tratamento que foi utilizado para melhorar a qualidade da semente e sendo que o tratamento que foi realizado com as sementes tem que ser maior ou igual a 80% do lote analisado. Cultivares proibidas: É a presença de outras cultivares que não sejam de soja dentro do lote analisado. Dano Mecânico: Toda vez que a semente é manuseada, esta sujeita a danificações mecânicas. O ideal seria colhê-la e beneficiá-la manualmente. Entretanto na grande maioria das vezes, isto não é pratico nem econômico. As colheitadeiras, mesmo quando perfeitamente reguladas podem danificar severamente as sementes durante a operação de debulha. Esse processo causa danos às sementes, principalmente se forem colhidas muito úmidas ou secas, ou seja, são aqueles provocados por pancadas no grão durante o percurso pelo interior de algum maquinário como a colheitadeira o eixo embrionário da semente pode fissurar e comprometer a germinação do grão. Dano por Percevejo: É causado por insetos que se alimentam das sementes de soja, resultando em perdas de germinação e de vigor. As sementes picadas podem apresentar manchas típicas, podendo ser deformadas e enrugadas. 726

4 Dano por Umidade: É a quantidade de água contida na semente, expressa em porcentagem, em função de peso úmido. Genética: É a capacidade de uma variedade possuir os seguintes itens: pureza varietal, potencial de produtividade, resistências a pragas e moléstias, precocidade, qualidade do grão e resistência a condições adversas de solo e clima, entre outros. Germinação: Essa variável é definida como a emergência e o desenvolvimento das estruturas essenciais do embrião, manifestando sua capacidade para dar origem a uma plântula normal, sob condições ambientais favoráveis. Presença de outras cultivares: É a presença de uma outra espécie de semente no lote avaliado. Pureza: Determina a composição e quantifica a contaminação e material inerte da amostra. Resultado da análise: Esta variável descreve o resultado final da análise demonstrando qual o teor de qualidade que se apresenta a semente. Tolerante: E o tipo de resistência que ocorre quando uma variedade sofre menor dano que a outra, apesar de igualmente infestadas Vigor: Essa variável descreve o resultado da conjugação de todos aqueles atributos da semente que permitem a obtenção de um adequado estande sob condições de campo, favoráveis e desfavoráveis. C. Descrição de Regras Foram desenvolvidas 37 regras as quais expressam todo o processo de análise de semente para plantio. Será exemplificado duas regras para expressar o desenvolvimento do Sistema Especialista. Regra 9: SE Pureza = 99% E Presença de Outras Cultivares = Sim E Tolerante = <= 1% E Cultivares Proibidas = Ausência E Genética = >= 99% E Germinação = >= 80% E Vigor = Não ENTÃO Resultado da Análise = Descarte de Semente CNF 100% Na regra acima, ocorre o descarte de semente devido o vigor ser igual a não. Tal fato ocorre devido ao resultado do vigor ser considerado como não, sendo este um item necessário para a aprovação da semente. Regra 10: SE Pureza = 99% E Presença de Outras Cultivares = Sim E Tolerante = <= 1% E Cultivares Proibidas = Ausência E Genética = >= 99% E Germinação = >= 80% E Vigor = Sim E Dano por Umidade = Sim E Dano por Percevejo = Sim E Dano Mecânico = Sim ENTÃO Resultado da Análise = Semente aprovada para plantio CNF 100% Na regra acima, ocorre que a semente é aprovada para o plantio, ou seja, o vigor é igual a sim. VI. CONHECIMENTOS ADQUIRIDOS Apesar da pesquisa ter sido elaborada na área de análise de sementes, onde nossos conhecimentos nunca tinham sido aprimorados, alcançamos ótimos resultados e a troca de informações/conhecimentos foi bastante positiva. Conseguimos interagir com os especialistas colocando o nosso conhecimento de cientistas da computação para transformar os conhecimentos deles em um programa que auxilia os mesmos na realização de suas atividades. A principio houve uma resistência no meio de comunicação, onde nós cientistas da computação, por sermos muito técnico, não conseguíamos demonstrar qual era o nosso objetivo e também por esse tema se tratar de uma novidade. Mas conseguimos chegar a um denominador comum. Descobrirmos que essas áreas não são tão diferentes assim, onde a principal semelhança está na área de cálculos, exemplo estatística. VII. CONCLUSÃO Este artigo tem como principal objetivo, ressaltar que os Sistemas Especialistas são ferramentas importantes para facilitar aos usuários, a encontrar solução de alguma tarefa, neste caso, ajudar um especialista da área de análise de sementes a encontrar o resultado das análises de um lote de sementes e então determinar se o lote é valido para o plantio ou será descartado. Este sistema não só se apresenta como uma ferramenta importante para encontrar um resultado para ver se determinado lote é ideal ou não para o produtor alcançar seus objetivos iniciais na safra, como também a possibilidade de estar aprimorando ainda mais conforme necessidade e com o surgimento de novas tecnologias na área que vem crescendo muito nos últimos anos. Apesar de ser um projeto em fase inicial, mas com valor significativo para os especialistas da área, foi apresentado aqui apenas uma idéia de como funciona um Sistema Inteligente na área escolhida, pois idéias ainda mais inovadoras poderão surgir a partir deste, como por exemplo, o desenvolvimento de um Sistema Inteligente envolvendo todo o processo de plantio, desde a escolha de uma boa semente, passando pelas condições climáticas, até os processos finais da colheita da semente. VIII. REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA [1] KRYZANOWSKI, Francisco e NETO, José de Barros França. (2003) Agregando valor à semente de soja, In: Seed News. Ed. Seed News: P:22 a 27 [2] PIMENTEL, Marcelo. (2003) Maior e cada vez melhor, in: Panorama Rural, P:38 a 45 [3] GALLO, Domingos. (1988) Manual de Entomologia Agrícola, editora agronômica Ceres, 2 edição, São Paulo - SP [4] ZORATO, Maria de Fátima. APROSMAT Associação de Produtores de Soja de Mato Grosso Laboratório de Análise de Semente, Rondonópolis MT, Setembro/2003 [5] LIA Laboratório de Inteliência Artificial, Shell Expert Sinta/DISE, Universidade Federal do Ceará, Disponível em : [6] PASSOLD, Fernando. Aplicada a Sistemas de Manufatura, Faculdade de Arquitetura e Urbanismo, Universidade de Passo Fundo. 727

5 IX. BIOGRAFIAS Alzirene de J. Souza e Silva, nascida em Rondonópolis MT, em 16 de Dezembro de Graduada em Ciência da Computação Rondonópolis FAIR. Em sua experiência profissional inclui a Empresa Amaggi Exportação e Importação Ltda, onde atua como desenvolvedora de Software desde 2001 e como docente nas Faculdades Integradas de Rondonópolis, Seu principal campo de interesse está em Linguagem de programação e Análise de sistemas. Carla Winck, nascida em Dourados MS, em 30 de Março de Graduada em Ciência da Computação Rondonópolis FAIR. Em sua experiência profissional inclui a Empresa Polato Sementes Ltda, onde atua como Administradora de Redes de Computadores e Software desde Seu principal interesse está Gerenciamento de Redes e Análise de sistemas. Everthon Andrade Rebelatto, nascido em Lins SP, em 06 de Outubro de Graduado em Ciência da Computação Rondonópolis FAIR. Em sua experiência profissional inclui a Empresa Hospital Regional de Rondonópolis onde atua como Administrador de Redes de Computadores. Seu principal interesse está Gerenciamento de Redes e Análise de sistemas. Mara Andréa Dota, nascida em Rondonópolis MT, em 21 de Abril de Mestre em Ciência da Computação pela Universidade de São Paulo USP/São Carlos (Fevereiro/1999 Maio/2001) e graduada em Ciência da Computação pela Universidade Estadual Paulista Júlio de Mesquita - UNESP/Bauru ( ). Atualmente, é docente do curso de Ciência da Computação das Faculdades Integradas de Rondonópolis FAIR. Ministra as seguintes disciplinas:, Sistemas Distribuídos, Sistemas Operacionais e Linguagem de Programação. Áreas de pesquisa: Sistemas Distribuídos, Programação Paralela e. 728