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https://tede.unioeste.br/handle/tede/7240
Tipo do documento: | Tese |
Title: | Desenvolvimento e validação de modelos de redes neurais para estimativa de evapotranspiração de referência no Paraná |
Other Titles: | Development and validation of neural network models for the estimation of reference evapotranspiration in Paraná. |
Autor: | Postal, Adriana ![]() |
Primeiro orientador: | Sampaio, Silvio César |
Primeiro coorientador: | Boas, Marcio Antonio Villas |
Primeiro membro da banca: | Paetzold, Gustavo Henrique |
Segundo membro da banca: | Rizzi, Claudia Brandelero |
Terceiro membro da banca: | Olguin, Carlos José Maria |
Quarto membro da banca: | Reis, Ralpho Rinaldo dos |
Resumo: | Esta tese abordou a estimativa da evapotranspiração de referência (ETo) no contexto agrícola, com foco no manejo eficiente da irrigação. O objetivo central foi desenvolver e validar modelos baseados em Redes Neurais Artificiais (RNAs) do tipo MLP (Multilayer Perceptron), para a previsão da ETo no estado do Paraná, utilizando dados do Instituto Nacional de Meteorologia (INMET) e de um produtor na região oeste. A pesquisa iniciou-se com uma revisão sobre o manejo e o método de Penman-Monteith para estimativa de ETo e o uso de RNAs, destacando desafios e abordagens relevantes. A metodologia envolveu a coleta e organização de dados meteorológicos do INMET, fundamentais para o treinamento dos modelos, o desenvolvimento e treinamento de RNAs, utilizando dois otimizadores (SGD e Adam), explorando variáveis meteorológicas como entrada para prever a ETo, além da validação dos modelos via dados do produtor. A análise considerou métricas estatísticas, incluindo Erro Médio Absoluto (MAE), Erro Quadrático Médio (MSE), Raiz do Erro Quadrático Médio (RMSE) e Coeficiente de Determinação (R2). Os resultados revelaram que as configurações RNA9 (com 8 variáveis de entrada) e RNA10 (com 4 variáveis de entrada) apresentaram desempenho promissor na estimativa da ETo. A validação com dados de um produtor destacou a relevância prática dos modelos. As métricas MAE, MSE, RMSE e R2 indicaram eficácia, enquanto o Teste de Kolmogorov-Smirnov contribuiu para avaliar a aderência das previsões ao comportamento estatístico dos dados reais. Os resultados das métricas mostraram que a melhor configuração foi a RNA9, com um erro médio absoluto de apenas 0,01 mm/dia com os dois otimizadores e a configuração com menos variáveis foi a RNA10, com um erro médio absoluto de apenas 0,03 mm/dia, também com os dois otimizadores. Com R2 variando entre 0,99 e 1, é possível afirmar que os modelos se adequaram aos dados do estado do Paraná, mesmo quando confrontados com os dados do produtor, que não foram utilizados no treinamento. Sugestões para pesquisas futuras incluem o desenvolvimento de um sistema integrado de coleta automatizada de dados meteorológicos do INMET e a implementação de um aplicativo para manejo da irrigação baseado nos modelos mais eficientes. Ao fim deste trabalho, foi possível desenvolver e validar os modelos de RNAs para previsão simplificada e precisa da ETo na agricultura, promovendo uma abordagem acessível para otimizar a gestão da irrigação no estado do Paraná. |
Abstract: | This thesis addressed the estimation of reference evapotranspiration (ETo) in the agricultural context, focusing on efficient irrigation management. The main objective was to develop and validate models based on Multilayer Perceptron Artificial Neural Networks (MLP ANNs) for ETo prediction in the state of Paraná, using data from the National Institute of Meteorology (INMET) and a producer in the western region. The research began with a review of irrigation management and the Penman-Monteith method for ETo estimation, as well as the use of ANNs, highlighting challenges and relevant approaches. The methodology involved the collection and organization of meteorological data from INMET, essential for model training, and the development and training of ANNs using two optimizers (SGD and Adam), exploring meteorological variables as input to predict ETo, along with model validation using producer data. The analysis considered statistical metrics, including Mean Absolute Error (MAE), Mean Squared Error (MSE), Root Mean Squared Error (RMSE), and Coefficient of Determination (R2). The results revealed that the configurations RNA9 (with 8 input variables) and RNA10 (with 4 input variables) showed promising performance in ETo estimation. Validation with producer data highlighted the practical relevance of the models. The MAE, MSE, RMSE, and R2 metrics indicated efficacy, while the Kolmogorov-Smirnov test contributed to evaluating the predictions’ adherence to the statistical behavior of real data. The metric results showed that the best configuration was RNA9, with a mean absolute error of only 0.01 mm/day with both optimizers, and the configuration with fewer variables was RNA10, with a mean absolute error of only 0.03 mm/day, also with both optimizers. With R2 ranging between 0.99 and 1, it is possible to affirm that the models suited the data from the state of Paraná, even when confronted with producer data not used in training. Suggestions for future research include developing an integrated system for automated collection of meteorological data from INMET and implementing an irrigation management application based on the most efficient models. At the end of this work, it was possible to develop and validate ANN models for simplified and accurate ETo prediction in agriculture, promoting an accessible approach to optimize irrigation management in the state of Paraná. |
Keywords: | Redes neurais na agricultura Manejo da irrigação Dados meteorológicos Neural networks in agriculture Irrigation management Meteorological data |
CNPq areas: | RECURSOS HIDRICOS E SANEAMENTO AMBIENTAL |
Idioma: | por |
País: | Brasil |
Publisher: | Universidade Estadual do Oeste do Paraná |
Sigla da instituição: | UNIOESTE |
Departamento: | Centro de Ciências Exatas e Tecnológicas |
Program: | Programa de Pós-Graduação em Engenharia Agrícola |
Campun: | Cascavel |
Citation: | Postal, Adriana. Desenvolvimento e validação de modelos de redes neurais para estimativa de evapotranspiração de referência no Paraná. 2024. 100 f. Tese( Doutorado em Engenharia Agrícola) - Universidade Estadual do Oeste do Paraná, Cascavel. |
Tipo de acesso: | Acesso Aberto |
Endereço da licença: | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ |
URI: | https://tede.unioeste.br/handle/tede/7240 |
Issue Date: | 6-Mar-2024 |
Appears in Collections: | Mestrado em Conservação e Manejo de Recursos Naturais (CVL) |
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