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https://repositorio.ufpa.br/jspui/handle/2011/17389
metadata.dc.type: | Dissertação |
Issue Date: | 7-Jul-2023 |
metadata.dc.creator: | SILVA, Vander Augusto Oliveira da |
metadata.dc.description.affiliation: | IFPA - Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Pará |
metadata.dc.contributor.advisor1: | TEIXEIRA, Raphael Barros |
Title: | Clusterização de padrões espaço-temporais de precipitação na Amazônia via deep convolutional autoencoder |
Citation: | SILVA, Vander Augusto Oliveira da. Clusterização de padrões espaço-temporais de precipitação na Amazônia via deep convolutional autoencoder. Orientador: Raphael Barros Teixeira. 2023. 81 f. Dissertação (Mestrado em Computação Aplicada) – Núcleo de Desenvolvimento Amazônico em Engenharia, Universidade Federal do Pará, Tucuruí, 2023. Disponível em: https://repositorio.ufpa.br/jspui/handle/2011/17389. Acesso em:. |
metadata.dc.description.resumo: | Estudos utilizando diferentes métodos de aprendizado de máquina para descoberta de conhecimento e reconhecimento de padrões em séries temporais de precipitação são cada vez mais frequentes na literatura. Identificar e analisar padrões em séries temporais de precipitação em uma determinada região é fundamental para seu desenvolvimento socioeconômico. Logo, pode-se afirmar que o conhecimento e compreensão das características pluviométricas das regiões são importantes para viabilizar o planejamento do uso, manejo e conservação dos recursos hídricos. O fenômeno natural da precipitação é um processo fundamental de impacto direto nas bacias hidrográficas e no desenvolvimento humano e ambiental. A variabilidade desse fenômeno produz implicações importantes na navegabilidade dos rios, sobre a abundância do indivíduo e a riqueza das espécies. Nos últimos anos muitos estudos com essa abordagem foram realizados no Brasil, principalmente na região amazônica. Esta pesquisa teve como objetivo desenvolvimento de um método computacional para análise de séries temporais de precipitação utilizando técnicas de machine learning com aprendizado não supervisionado, afim de propor um método capaz de realizar a extração de características complexas dos dados, obtendo um mapa de atributos em baixa dimensionalidade para reconhecimento de padrões, descoberta de regiões homogêneas com relação à precipitação e reconstrução aproximada de séries temporais de precipitação da Amazônia Legal. O modelo de rede neural de aprendizado profundo proposto é treinado para aprender as principais e mais complexas características dos dados originais e apresentá-los em baixa dimensionalidade no espaço latente. Após o treinamento os resultados se mostram promissores, as observações dos dados reconstruídos apresentaram um bom desempenho conforme avaliação da métrica de RMSE e NRMSE com valores resultantes iguais a 0.06610 e 0.3355 respectivamente. A análise da representação dos dados em baixa dimensão foi aplicada e analisada por uma estrutura de clustering usando aglomerativo hierárquico com método de Ward. Essa metodologia também apresentou bons resultados, pois realizou agrupamentos consistentes caracterizando regiões homogêneas com relação aos dados de precipitação. Desta forma, demonstrando que a representação em baixa dimensionalidade carregava as características principais das séries temporais dos dados analisados. Destaca-se que o método desenvolvido nesse estudo pode ser aplicado não apenas na região amazônica, mas também em outras áreas com desafios semelhantes relacionados à análise de séries temporais. |
Abstract: | Studies using different machine learning methods for knowledge discovery and pattern recognition in precipitation time series are increasingly frequent in the literature. Identify and analyze patterns in precipitation time series in a particular region is fundamental for its socioeconomic development. Therefore, it can be stated that knowledge and understanding of the rainfall characteristics of the regions are important to enable the planning of the use, management and conservation of water resources. The natural phenomenon of precipitation is a fundamental process with a direct impact on watersheds and on human and environmental development. The variability of this phenomenon has important implications for the navigability of rivers, individual abundance and species richness. In recent years, many studies with this approach have been carried out in Brazil, mainly in the Amazon region. This research aimed to develop a computational method for analyzing time series of precipitation using machine learning techniques with unsupervised learning, in order to propose an method capable of extracting complex features from the data, obtaining a map of attributes at low dimensionality for pattern recognition, discovery of homogeneous regions with respect to precipitation and approximate reconstruction of precipitation time series in the Legal Amazon. The proposed deep learning neural network model is trained to learn the main and most complex features of the original data and present them in low dimensionality in latent space. After the training, the results are promising, the observations of the reconstructed data showed a good performance as evaluated by the RMSE and NRMSE metric with resulting values equal to 0.06610 and 0.3355 respectively. The analysis of the representation of the data in low dimension was applied and analyzed by a clustering structure using hierarchical agglomerative with Ward’s method. This methodology also showed good results, as it carried out consistent groupings characterizing ho- mogeneous regions in relation to precipitation data. Thus, demonstrating that the representation in low dimensionality carried the main characteristics of the time series of the analyzed data. It is noteworthy that the method developed in this study can be applied not only in the Amazon region, but also in other areas with similar challenges related to time series analysis. |
Keywords: | Aprendizado de máquina Autoencoder convolucional profundo Agrupamentos Reconhecimento de padrões Séries temporais de precipitação Machine learning Deep convolutional autoencoder Clustering Pattern recognition Precipitation time series |
metadata.dc.subject.areadeconcentracao: | COMPUTAÇÃO APLICADA |
metadata.dc.subject.linhadepesquisa: | DESENVOLVIMENTO DE SISTEMAS |
metadata.dc.subject.cnpq: | CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO::METODOLOGIA E TECNICAS DA COMPUTACAO |
metadata.dc.publisher.country: | Brasil |
Publisher: | Universidade Federal do Pará |
metadata.dc.publisher.initials: | UFPA |
metadata.dc.publisher.department: | Núcleo de Desenvolvimento Amazônico em Engenharia - NDAE/Tucuruí |
metadata.dc.publisher.program: | Programa de Pós-Graduação em Computação Aplicada |
metadata.dc.rights: | Acesso Aberto |
metadata.dc.source.uri: | Disponível na internet via Sagitta |
Appears in Collections: | Dissertações em Computação Aplicada (Mestrado) - PPCA/NDAE/Tucuruí |
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