O presente estudo visa à análise comparativa do desempenho dos modelos de estatística multivariada Multi-layer Perceptron Neural Networks, Random Forests e Support Vector Machine na previsão de máxima concentração diária de ozônio na baixa atmosfera na Região Metropolitana de São Paulo (RMSP), caracterizada pela alta concentração de habitantes e intensa atividade econômica, onde a qualidade do ar é afetada principalmente por episódios de altos níveis de ozônio. Foram aplicados tanto modelos de regressão quanto de classificação. Nos casos de classificação, estudou-se também o desempenho de dois modelos de análise de discriminantes: Linear Discriminant Analysis e Fisher Discriminant Analysis. Para a construção dos modelos utilizou-se uma base de dados com medições de variáveis meteorológicas, além da concentração de ozônio, fornecida pela Companhia Ambiental do Estado de São Paulo (CETESB). Dada a grande importância e a complexidade do processo de formação de ozônio na baixa atmosfera, a Universidade de São Paulo (USP) e a CETESB têm desenvolvido estudos no tema desde 1999, através dos quais produziram-se modelos de previsão baseados em redes neurais, implementados pela equipe da CETESB. O presente estudo é uma continuação do desenvolvimento anterior e contém as seguintes inovações quanto à metodologia e resultados esperados: (1) ajuste de novos modelos com novas estruturas, incluindo-se técnicas de Support Vector Machine, Random Forests e Discriminação; (2) uso de uma base de dados mais ampla e atualizada, de modo a melhorar a representatividade dos modelos; (3) ajuste dos modelos à nova legislação, Decreto Estadual 59.113 de 23/04/2013, que estabelece novos padrões de qualidade do ar para os poluentes atmosféricos, dentre os quais o ozônio. Embora nos casos de classificação nenhum dos modelos tenha apresentado bons resultados, nos casos de regressão foi possível obter resultados melhores do que os esperados. O modelo de Multi-layer Perceptron foi o que mostrou melhor desempenho para prever concentrações máximas de ozônio, tanto para a previsão de máximas concentrações baseadas em médias horárias quanto em médias móveis de 8 horas, que resultaram em coeficientes de correlação 0,867 e 0,891, respectivamente. / The present study aims to compare the performance of the multivariate statistical models Multi-layer Perceptron Neural Networks, Random Forests and Support Vector Machine applied to the prediction of daily maximum concentrations of groundlevel ozone in the Metropolitan Area of São Paulo (MASP), characterized by the high population density and the intense economic activity, where the air quality is mostly affected by high ozone levels. Both regression and classification models were applied. In the classification cases, two more models were applied: Linear Discriminant Analysis and Fisher Discriminant Analysis. The models were constructed using a database containing meteorological variables and daily maximum ozone concentration values, which were provided by the Environmental Agency of São Paulo State (CETESB). Given the great importance and complexity of the process of ozone formation in the troposphere, the University of São Paulo (USP) and CETESB have made studies in this area since 1999 and developed a prediction model based on neural networks, which was implemented by CETESB. The present study is a continuation of the previous one and contains the following innovations regarding the methodology and expected results: (1) comparison with other models such as support vector machines, random forests and discriminant analysis; (2) use of a wider and up-to-date database, which improves the representativeness of the models; (3) the models took into acount the new legislation, State decree 59113 of 04/23/2013, that establishes new air quality standards for ozone. Although none of the classification models had a good performance, the regression models yielded better than expected results. The multi-layer perceptron model was the one with higher performance in the prediction of daily maximum ozone concentrations based both on hourly averages and on eight-hour moving averages, which yielded correlation coefficients of 0.867 and 0.891 respectively.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:teses.usp.br:tde-12042017-101313 |
| Date | 07 February 2017 |
| Creators | Renata Ramos Rodrigues de Paula |
| Contributors | Roberto Guardani, Anna Helena Reali Costa, Edson Tomaz |
| Publisher | Universidade de São Paulo, Engenharia Química, USP, BR |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Source | reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP, instname:Universidade de São Paulo, instacron:USP |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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