Bioaerossol alergênico: redes neurais a serviço da saúde pública
| Main Author: | |
|---|---|
| Publication Date: | 2025 |
| Format: | Bachelor thesis |
| Language: | por |
| Source: | Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT)) |
| Download full: | http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/37867 |
Summary: | Pollen is one of the main allergenic bioaerosols and has been gaining prominence over the years due to the growing population with allergic or related problems. Given its relevance to public health, measuring suspended pollen levels is a tool that can assist both affected individuals and healthcare professionals during periods of high pollination. As it is a reproductive structure involved in a complex biological cycle, linear models cannot accurately explain pollen behavior. Therefore, nonlinear models, such as artificial neural networks, are necessary to address this issue. This paper proposes the application of an artificial neural network to forecast atmospheric pollen using data from Southeastern Europe (provided by the authors of the Serbian-Croatian RealForAll project). To this end, using the Python programming language and the PyTorch library, Multi-Layer Perceptron (MLP) neural networks with varying numbers of hidden neurons and hidden layers were tested. Various statistical tests were applied to select the independent variables. The models with the lowest error were selected to predict the test set, with mean absolute error and root mean square error as the evaluation criteria. The objectives were achieved, but the MLP models performed worse when compared to other models applied to the same dataset (PollenNet, SM, and RM). Nonetheless, they show potential for reliable predictions of atmospheric pollen and its concentration peaks in their respective applications: public health and agriculture. |
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Bioaerossol alergênico: redes neurais a serviço da saúde públicaAllergenic bioaerosol: neural networks at the service of public healthAerossóisAgentes antialérgicosSaúde públicaRedes neurais (Computação)AerosolsAntiallergic agentsPublic healthNeural networks (Computer science)CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICAPollen is one of the main allergenic bioaerosols and has been gaining prominence over the years due to the growing population with allergic or related problems. Given its relevance to public health, measuring suspended pollen levels is a tool that can assist both affected individuals and healthcare professionals during periods of high pollination. As it is a reproductive structure involved in a complex biological cycle, linear models cannot accurately explain pollen behavior. Therefore, nonlinear models, such as artificial neural networks, are necessary to address this issue. This paper proposes the application of an artificial neural network to forecast atmospheric pollen using data from Southeastern Europe (provided by the authors of the Serbian-Croatian RealForAll project). To this end, using the Python programming language and the PyTorch library, Multi-Layer Perceptron (MLP) neural networks with varying numbers of hidden neurons and hidden layers were tested. Various statistical tests were applied to select the independent variables. The models with the lowest error were selected to predict the test set, with mean absolute error and root mean square error as the evaluation criteria. The objectives were achieved, but the MLP models performed worse when compared to other models applied to the same dataset (PollenNet, SM, and RM). Nonetheless, they show potential for reliable predictions of atmospheric pollen and its concentration peaks in their respective applications: public health and agriculture.O pólen é um dos principais bioaerossóis alergênicos e está ganhando notoriedade com o passar dos anos em vista da crescente população com problemas alérgicos ou afins. Diante de sua relevância para a saúde populacional, aferir os valores de pólen em suspensão é uma ferramenta que pode auxiliar tanto as pessoas afetadas, quanto os profissionais da saúde em épocas de alta polinização. Tratando-se de uma estrutura reprodutiva envolvida em um complexo ciclo biológico, modelos lineares não conseguem explicar o comportamento do pólen com acurácia. Dessa forma, modelos não lineares, como as redes neurais artificiais, se fazem necessários para esta problemática. O presente trabalho é uma proposta de aplicação de uma rede neural artificial para previsão de pólen atmosférico com dados do sudeste europeu (disponibilizados pelos autores projeto sérvio-croata RealForAll). Para tal, utilizando a linguagem de programação Python e a biblioteca PyTorch, testaram-se redes neurais do tipo Multi-Layer Perceptron (MLP) com número de neurônios ocultos e camadas ocultas variáveis. Para seleção das variáveis independentes, testes estatísticos diversos foram aplicados. Os modelos com menor erro foram selecionados para prever o conjunto de testes, sendo os critérios o erro absoluto médio e a raiz do erro quadrático médio. Os objetivos foram atingidos, mas os modelos de MLP apresentaram desempenhos inferiores quando comparados aos modelos aplicados na mesma base de dados (PollenNet, SM e RM). Não obstante, apresentam potencial para previsões confiáveis de pólen atmosférico, e seus picos de concentração, em suas respectivas aplicações, saúde pública e agricultura.Universidade Tecnológica Federal do ParanáPonta GrossaBrasilDepartamento Acadêmico de Engenharia de Bioprocessos e BiotecnologiaEngenharia de Bioprocessos e BiotecnologiaUTFPRTadano, Yara de SouzaPena, Aline de Cássia CamposTadano, Yara de SouzaPena, Aline de Cássia CamposIltchechen, Luiza Carla CalamaraRover, LucasQuadros, Leonardo José Rossoni2025-08-12T16:09:58Z2025-08-12T16:09:58Z2025-06-30info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/bachelorThesisapplication/pdfQUADROS, Leonardo José Rossoni. Bioaerossol alergênico: redes neurais a serviço da saúde pública. 2025. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Engenharia de Bioprocessos e Biotecnologia) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Ponta Grossa, 2025.http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/37867porhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))instname:Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)instacron:UTFPR2025-08-13T06:21:41Zoai:repositorio.utfpr.edu.br:1/37867Repositório InstitucionalPUBhttp://repositorio.utfpr.edu.br:8080/oai/requestriut@utfpr.edu.br || sibi@utfpr.edu.bropendoar:2025-08-13T06:21:41Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT)) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)false |
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