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http://ri.ufmt.br/handle/1/6920
Tipo documento: | Dissertação |
Título: | Previsão de radiação solar com métodos de machine learning em séries temporais |
Autor(es): | Capelari, Marlon |
Orientador(a): | Maionchi, Daniela de Oliveira |
Membro da Banca: | Maionchi, Daniela de Oliveira |
Membro da Banca: | Paulo, Sérgio Roberto de |
Membro da Banca: | Silva, Junior Gonçalves da |
Membro da Banca: | Reis, Saulo Davi Soares e |
Resumo : | Este trabalho tem como objetivo desenvolver modelos de rede neural, utilizando arquiteturas de machine learning, que realize a estimativa da radiação solar a fim de sanar a escassez de dados ocasionada, por exemplo, por panes em estações meteorológicas, erros de leitura (lacunas) e/ou carˆ encia de equipamentos de coleta em algumas localidades. Os modelos de redes neurais utilizados para efetuar a estimativa de radiação foram, especificamente, redes neurais do tipo Gated Recurrent Unit (GRU) e Multi-Layer Perceptron (MLP). Os conjuntos de dados de Sinop e Alta Floresta, utilizados neste trabalho, foram coletados de uma torre micrometeorológica e de uma estação meteorológica, respectivamente. Foram utilizadas como variáveis preditoras a temperatura, umidade relativa, precipitação e umidade do solo para Sinop, enquanto para Alta Floresta foram utilizadas a temperatura, umidade relativa, precipitação e velocidade do vento. O algoritmo foi desenvolvido em Python, empregando principalmente bibliotecas como pandas para manipulação dos dados, scikit-learn para normalização dos dados, Keras e Tensor Flow para construção das redes neurais, scipy para análise estat´ ıstica dos dados e avaliação dos modelos, entre outras. Para a validação do algoritmo foram utilizadas métricas como Erro Médio Absoluto (MAE), Erro Médio Quadrático (RMSE),Coeficiente de Determinação (R2), Índice de Willmott e as Correlações de Spearman e Pearson. Estas métricas foram aplicadas a diferentes intervalos temporais, tais como média horária, média diária e média mensal. O estudo demons trou que ambas as redes neurais apresentaram resultados satisfat´ orios. Para o conjunto de Sinop o coeficiente de determinação (R2) teve um mínimo de 88% para médias mensais, alcançando 95% de ajuste dos modelos para a rede GRU e MLP para médias horas. A correlação de Pearson apresentou um mínimo de 94% de ajuste para médias mensais e chegando a atingir próximo de 98% para médias horas. Para o conjunto de dados de Alta Floresta ambas as redes obtiveram bons resultados para intervalos horários alcançando coeficiente de determinação de 92% para MLP e 93%para GRU, porém devido aos erros de leitura apresentados a rede n˜ ao obteve bons resultados para médias diárias e mensais, identificando assim que a qualidade dos dados impacta substancialmente na qualidade e ajuste final do modelo. |
Resumo em lingua estrangeira: | This work aims to develop neural network models, using machine learning architectures, that estimate solar radiation in order to remedy the lack of data caused, for example, by breakdowns in meteorological stations, reading errors (gaps) and/or lack of collection equipment in some locations. The neural network models used to estimate radiation were, specifically, neural networks of the type Gated Recurrent Unit (GRU) and Multi-Layer Perceptron (MLP). The Sinop and Alta Floresta datasets used in this work were collected from a micrometeorological tower and a meteorological station, respectively. Temperature, relative humidity, precipitation and soil moisture were used as predictor variables for Sinop, while for Alta Floresta temperature, relative humidity, precipitation and wind speed were used. The algorithm was developed in Python, mainly using libraries such as pandas for data manipulation, scikit-learn for data normalization, Keras and TensorFlow for construction neural networks, scipy for statistical analysis of data and evaluation of models, among others. To validate the algorithm, metrics such as Mean Absolute Error (MAE), Mean Square Error (RMSE), Coefficient of Determination (R2), Will mott Index and Spearman and Pearson Correlations were used. These metrics were applied to different time intervals, such as hourly average, daily average and monthly average. The study demonstrated that both neural networks presented satisfactory results. For the Sinop group, the coefficient of determination (R2) had a minimum of 88% for monthly averages, reaching 95% model adjustment for the GRU and MLP network for hourly averages. The Pearson correlation presented a minimum of 94% adjustment for monthly averages and reached close to 98% for hourly averages. For the Alta Floresta data set, both networks obtained good results for hourly intervals, reaching a coefficient of determination of 92% for MLP and 93% for GRU, however, due to the reading errors presented, the network did not obtain good results for daily averages. and monthly, thus identifying that the quality of the data substantially impacts the quality and final adjustment of the model. |
Palavra-chave: | Machine learning GRU MLP Python Redes neurais recorrentes Séries temporais Variáveis ambientais Radiação solar |
Palavra-chave em lingua estrangeira: | Machine learning GRU MLP Python Recurrent neural networks Time series Environmental variables Solar radiation |
CNPq: | CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA |
Idioma: | por |
País: | Brasil |
Instituição: | Universidade Federal de Mato Grosso |
Sigla da instituição: | UFMT CUC - Cuiabá |
Departamento: | Instituto de Física (IF) |
Programa: | Programa de Pós-Graduação em Física Ambiental |
Referência: | CAPELARI, Marlon. Previsão de radiação solar com métodos de machine learning em séries temporais. 2024. 52 f. Dissertação (Mestrado em Física Ambiental) - Universidade Federal de Mato Grosso, Instituto de Física, Cuiabá, 2024. |
Tipo de acesso: | Acesso Aberto |
URI: | http://ri.ufmt.br/handle/1/6920 |
Data defesa documento: | 4-Mai-2024 |
Aparece na(s) coleção(ções): | CUC - IF - PPGFA - Dissertações de mestrado |
Arquivos deste item:
Arquivo | Descrição | Tamanho | Formato | |
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