Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/1843/37464
Type: Dissertação
Title: Modelagem hipsométrica utilizando regressão simbólica e variável ambiental
Other Titles: Hypsometric modeling using symbolic regression and environmental variable
Authors: Mylla Vyctória Coutinho Sousa
First Advisor: Carlos Alberto Araújo Júnior
First Co-advisor: Christian Dias Cabacinha
metadata.dc.contributor.advisor-co2: Renato Dourado Maia
Abstract: Em florestas plantadas costuma-se medir a altura de apenas algumas árvores da parcela e utilizar da relação hipsométrica para se estimar as restantes, reduzindo dessa forma os custos do inventário florestal. Estas estimativas costumam ser feitas através de modelos de regressão e técnicas de inteligência artificial (IA). Contudo os modelos de regressão estão sujeitos a dependência de suposições estatísticas e às vezes um elevado número de equações, já as técnicas de IA estão concentradas apenas nas RNA. Outras técnicas têm surgido na comunidade cientifica, mas ainda são pouco estudadas, como é o caso da regressão simbólica (RS). Diante disso o presente trabalho objetivou verificar a viabilidade da utilização da regressão simbólica no processo de modelagem hipsométrica. Os dados para realização do estudo são provenientes de um plantio clonal de Eucalyptus spp., localizado na região norte do estado de Minas Gerais. A base de dados é composta por 57 materiais genéticos, implantados em seis espaçamentos com idades variando entre 2 e 14 anos. A base de dados foi particionada em 70% para treinamento e 30% para validação. Para comparação foram ajustados 5 modelos tradicionais (Curtis, Trorey, Linear simples, Stoffels e Henricksen) e RNA, em seguida para alcançar as melhores estimativas dos dados com RS foram testadas 5 diferentes estratégias como variáveis de entrada, sendo elas E1: Dap; E2: Dap e Idade; E3: Dap, projeto, espécie e espaçamento; E4: Dap, projeto, clone e espaçamento; E5: Dap, idade, projeto e clone. Para o teste de inclusão de variáveis ambientais foi selecionado um clone amplamente distribuído em toda a área e obtido as variáveis precipitação pluviométrica e temperatura média provenientes de estações meteorológicas. Para avaliar a qualidade das estimativas, foram calculadas a correlação (r), média do erro absoluto (MAE) e Raiz quadrada do erro médio em porcentagem (RMSE%). Os principais resultados foram que o modelo gerado pela regressão simbólica, com r de 0,7861, e RMSE% de 11,72% se mostrou mais eficiente que os demais modelos e levemente inferior à RNA. A E5 com erro médio absoluto de 1,44 m apresentou os melhores valores para todas as estatísticas apresentadas. Com as variáveis qualitativas a RS apresentou r de 0,8338, MAE de 1,53 m e RMSE de 9,96%. Com as variáveis ambientais a RS apresentou r de 0,91 e RMSE de 5,49%, não apresentando ganho em precisão em relação ao modelo sem as variáveis. A regressão simbólica se mostrou um método viável e eficiente para estimativas hipsométricas, apresentando superioridade aos modelos hipsométricos tradicionais, porém quando comparada à RNA atingiu resultados semelhantes, mas não superiores. A adição de variáveis dap, idade, projeto e clone quando utilizadas em conjunto no modelo de regressão simbólica apresentaram os melhores resultados. Por se tratar de um tema inédito dentro dessa abordagem do manejo florestal, recomenda-se ainda que novos estudos sejam realizados, para que a técnica possa ser aprimorada e consolidada.
Abstract: In planted forests, it is customary to measure the height of only a few trees in the plot and use the hypsometric relationship to estimate the remaining ones, thus reducing forest inventory costs. These estimates are usually made using regression models and artificial intelligence (AI) techniques. However, regression models are subject to dependence on statistical assumptions and sometimes a high number of equations, while AI techniques are concentrated only on ANN. Other techniques have emerged in the scientific community, but are still poorly studied, as is the case of symbolic regression (SR). In view of this, the present study aimed to verify the feasibility of using symbolic regression in the hypsometric modeling process. The data for perform the study come from a clonal plantation of Eucalyptus spp., located in the northern region of the state of Minas Gerais. The database is composed of 57 genetic materials, implanted in six spacings with ages ranging among 2 and 14 years. The database was partitioned into 70% for training and 30% for validation. For comparison, 5 traditional models (Curtis, Trorey, Simple Linear, Stoffels and Henricksen) and ANN were adjusted, then, to reach the best estimates of the data with SR, 5 different strategies were tested as input variables, being them E1: Dap; E2: Dap and Age; E3: Dap, project, species and spacing; E4: Dap, project, clone and spacing; E5: Dap, age, project and clone. For the inclusion test of environmental variables, a clone widely distributed throughout the area was selected and the variables pluviometric precipitation and average temperature obtained from meteorological stations were obtained. To assess the quality of the estimates were calculated correlation (r), mean absolute error (MAE) and square root of mean error in percentage (RMSE%). The main results were that the model generated by symbolic regression, with r of 0.7861, and RMSE% of 11.72%, proved to be more efficient than the other models and slightly inferior to the ANN. The E5 with mean absolute error of 1.44 m presented the best values for all presented statistics. With the qualitative variables the SR presented r of 0.8338, MAE of 1.53 m and RMSE of 9.96%. With the environmental variables, the SR presented r of 0.91 and RMSE of 5.49%, showing no gain in precision compared to the model without the variables. Symbolic regression proved to be a viable and efficient method for hypsometric estimates, presenting superiority to traditional hypsometric models, but when compared to ANN it achieved similar results, but not superior. The addition of dap, age, project and clone variables when used together in the symbolic regression model presented the best results. As this is an unprecedented topic within this approach to forest management, further studies are recommended so that the technique can be improved and consolidated.
Subject: Florestas
Inteligência artificial
Levantamentos florestais
language: por
metadata.dc.publisher.country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
metadata.dc.publisher.department: ICA - INSTITUTO DE CIÊNCIAS AGRÁRIAS
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Ciências Florestais
Rights: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/37464
Issue Date: 29-Mar-2021
Appears in Collections:Dissertações de Mestrado

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