Predição de nível de rios da Região Hidrográfica do Rio Paraguai utilizando algoritmos de Aprendizado de Máquina

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Rogério Alves dos Santos Antoniassi
Data de Publicação: 2022
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFMS
Texto Completo: https://repositorio.ufms.br/handle/123456789/4642
Resumo: The Pantanal is part of the Paraguay River Hydrographic Region (RH-Paraguay) and has, as a characteristic, the flooding of a portion of its area at certain times of the year. This flood generates a series of socioeconomic problems for the population living in its surroundings. These problems can be mitigated when their occurrence is predicted in advance. In this sense, this work investigates the application of Machine Learning (ML) techniques for the prediction of river levels in RH-Paraguay, using daily data from upstream stations to predict the level of downstream stations. From this perspective, modeling with ML techniques proves to be effective in predictions, as similar works appear in the related literature. In this way, a data source with daily level values is used, and a sample of three stations is selected. Then, the time lag between the flood peak of one station and another was removed, searching the ideal hyperparameters for the Long Short Term Memory (LSTM), Gated Recurrent Unit (GRU) and Bidirectional Long Short Term Memory (BiLSTM) networks and submitted to the training process. Subsequently, the models with the best results of each algorithm were selected, which were compared with the Regression technique currently used. The results show that the three models tested can be used for the prediction task, in which the three present improvements in relation to the current model. The model with the GRU algorithm stood out for presenting the lowest error rates and for being 23.84% more accurate than the Regression model, while LSTM and BiLSTM are, respectively, 18.09% and 19.16% more accurate than the Regression model. The LSTM and BiLSTM models are closer to the real value in the peaks of maximum and minimum levels, when compared to the Regression and the GRU.
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Then, the time lag between the flood peak of one station and another was removed, searching the ideal hyperparameters for the Long Short Term Memory (LSTM), Gated Recurrent Unit (GRU) and Bidirectional Long Short Term Memory (BiLSTM) networks and submitted to the training process. Subsequently, the models with the best results of each algorithm were selected, which were compared with the Regression technique currently used. The results show that the three models tested can be used for the prediction task, in which the three present improvements in relation to the current model. The model with the GRU algorithm stood out for presenting the lowest error rates and for being 23.84% more accurate than the Regression model, while LSTM and BiLSTM are, respectively, 18.09% and 19.16% more accurate than the Regression model. The LSTM and BiLSTM models are closer to the real value in the peaks of maximum and minimum levels, when compared to the Regression and the GRU.O Pantanal faz parte da Região Hidrográfica do Rio Paraguai (RH-Paraguai) e possui, como característica, a inundação de uma parcela de sua área em determinadas épocas do ano. Essa inundação gera uma série de problemas socioeconômicos à população que vive em seu entorno. Problemas estes que podem ser mitigados quando há previsão de sua ocorrência com antecedência. Nesse sentido, este trabalho investiga a aplicação de técnicas de Aprendizado de Máquina (AM) para a predição de níveis dos rios da RH-Paraguai, utilizando dados diários de estações a montante para previsão do nível de estações a jusante. Nessa perspectiva, a modelagem com técnicas de AM demonstra-se eficaz nas predições, na medida que trabalhos similares aparecem na literatura correlata. Dessa maneira, é utilizada uma fonte de dados com valores de níveis diários, sendo selecionada uma amostra de três estações. Em seguida, foi retirada a defasagem do tempo entre o pico de cheia de uma estação e outra, pesquisados os hiperparâmetros ideais para as redes Long Short Term Memory (LSTM), Gated Recurrent Unit (GRU) e Bidirectional Long Short Term Memory (BiLSTM) e submetidos ao processo de treinamento. Posteriormente, foram selecionados os modelos de melhores resultados de cada algoritmo, os quais foram comparados com a técnica de Regressão utilizada atualmente. Os resultados mostram que os três modelos testados podem ser utilizados para a tarefa de predição, em que, os três apresentam melhorias em relação ao modelo atual. O modelo com o algoritmo GRU se destacou por apresentar as menores taxas de erro e por ser 23,84% mais preciso que o modelo de Regressão, já LSTM e BiLSTM são, respectivamente, 18,09% e 19,16% mais precisos que o modelo de Regressão. Os modelos de LSTM e BiLSTM se aproximam mais do valor real nos picos de níveis máximos e mínimos, quando comparados ao de Regressão e ao GRU.Fundação Universidade Federal de Mato Grosso do SulUFMSBrasilPrediçãoAprendizado de MáquinaNível de RioPredição de nível de rios da Região Hidrográfica do Rio Paraguai utilizando algoritmos de Aprendizado de Máquinainfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisRenato Porfirio IshiiRogério Alves dos Santos Antoniassiinfo:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Repositório Institucional da UFMSinstname:Universidade Federal de Mato Grosso do Sul (UFMS)instacron:UFMSTHUMBNAILmestrado_defesa_rogerio_antoniassi.pdf.jpgmestrado_defesa_rogerio_antoniassi.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg1260https://repositorio.ufms.br/bitstream/123456789/4642/3/mestrado_defesa_rogerio_antoniassi.pdf.jpg973a5759336088a024c3517a693c360cMD53TEXTmestrado_defesa_rogerio_antoniassi.pdf.txtmestrado_defesa_rogerio_antoniassi.pdf.txtExtracted texttext/plain124223https://repositorio.ufms.br/bitstream/123456789/4642/2/mestrado_defesa_rogerio_antoniassi.pdf.txt26c65bc88fba476ffa9925b221901e40MD52ORIGINALmestrado_defesa_rogerio_antoniassi.pdfmestrado_defesa_rogerio_antoniassi.pdfapplication/pdf3161851https://repositorio.ufms.br/bitstream/123456789/4642/1/mestrado_defesa_rogerio_antoniassi.pdfb7ca5dc5e54d5538d15f5ca205da4867MD51123456789/46422022-04-02 03:01:30.522oai:repositorio.ufms.br:123456789/4642Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufms.br/oai/requestri.prograd@ufms.bropendoar:21242022-04-02T07:01:30Repositório Institucional da UFMS - Universidade Federal de Mato Grosso do Sul (UFMS)false
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