Aplicando rede neural para realizar predições de níveis do Rio Tapajós na Região Oeste do Pará
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Universidade Federal do Oeste do Pará
Resumo
The objective of this study was to use an LSTM neural network to predict the water
level of the Tapajós River, based on hydroclimatological data from the National Water
Agency (ANA). Data from the years 1999 to 2023 were used from three
hydro-telemetry stations strategically positioned along the river, providing
hydrological information. The research adopted the Knowledge Discovery in
Databases (KDD) methodology to assist in data processing and organization, aiming
to improve the results and interpretations of the analyses. The LSTM model was built
and trained to generate monthly predictions of water levels. Min-Max normalization
was applied to standardize the input data, facilitating model convergence during
validation and prediction processes. The model was configured to use a 30-day
observation window. The MAE, MSE, and RMSE metrics were used to evaluate the
model's performance; as a result, the LSTM model showed satisfactory performance
in predicting the Tapajós River's water levels. The evaluation metrics indicated
consistent values; considering the best results from the three datasets, the mean
absolute error (MAE) was 0.035, the mean squared error (MSE) reached 0.002, and
the root mean squared error (RMSE) was 0.046, in a time series containing 1,333
samples, indicating good predictive accuracy. The LSTM was able to capture
seasonal trends and variations present in historical data. Based on this, an
autoregressive prediction technique was used for the first five months of 2024 to
generate forecast data and compare them with actual data available for this period.
Resumo
O objetivo deste trabalho foi utilizar uma rede neural LSTM para realizar predições
dos níveis de cota do rio Tapajós, baseando-se em dados do acervo
hidroclimatológico da Agência Nacional de Águas (ANA). Foram utilizados dados dos
anos de 1999 a 2023 de três estações de hidro-telemetria estrategicamente
posicionadas ao longo do rio, essas estações fornecem informações hidrológicas. A
pesquisa adotou a metodologia KDD (Knowledge Discovery in Databases) para
auxiliar no processamento e na organização dos dados, visando aprimorar os
resultados e as interpretações das análises. O modelo LSTM foi construído e
treinado para gerar predições mensais dos níveis de cota. A normalização Min-Max
foi realizada para padronizar os dados de entrada facilitando o modelo a convergir o
processo de validação com as predições. O modelo foi configurado para utilizar uma
janela de observação de 30 dias. As métricas MAE, MSE e RMSE foram
empregadas para avaliar o desempenho do modelo, como resultado, o modelo
LSTM apresentou um desempenho satisfatório na predição dos níveis de cota do rio
Tapajós. As métricas de avaliação utilizadas mostraram valores consistentes,
considerando o melhor resultado dos 3 conjuntos de dados, o erro médio absoluto
(MAE) foi de 0.035, o erro quadrático médio (MSE) atingiu 0.002, e a raiz do erro
quadrático médio (RMSE) foi de 0.046 em uma sequência temporal contendo 1333
amostras, indicando boa precisão nas previsões. O LSTM foi capaz de capturar as
tendências e variações sazonais presentes nos dados históricos, com base nisso foi
realizada a técnica de predição auto regressiva para os 5 primeiros meses de 2024
para gerar dados de predições e compará-los com os dados reais disponíveis desse
período.
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Palavras-chave
Citação
AMARAL, Lucas de Andrade. Aplicando rede neural para realizar predições de níveis do Rio Tapajós na Região Oeste do Pará. Orientador: Marcelino Silva da Silva. 2024. 72 f. Trabalho de Conclusão de Curso ( Ciência da Computação) - Instituto de Engenharia e Geociências, Universidade Federal do Oeste do Pará, Santarém, 2024. Disponível em: https://repositorio.ufopa.edu.br/handle/123456789/2551

