Previsão de ozônio troposférico na região metropolitana do Rio de Janeiro com base em técnicas de imputação de dados faltantes e calibração multivariada

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2022
Autor(a) principal: Oliveira, Rafael Corrêa Gama de lattes
Outros Autores: rafaelggama1@hotmail.com
Orientador(a): Corrêa, Sergio Machado lattes
Banca de defesa: Guarieiro, Lílian Lefol Nani lattes, Alvim, Débora Souza lattes, Baptista, Leonardo lattes, Martins, Eduardo Monteiro lattes
Tipo de documento: Tese
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade do Estado do Rio de Janeiro
Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental
Departamento: Centro de Tecnologia e Ciências::Faculdade de Engenharia
País: Brasil
Palavras-chave em Português:
Palavras-chave em Inglês:
Área do conhecimento CNPq:
Link de acesso: http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/18175
Resumo: Tropospheric ozone has a negative impact on the environment and, consequently, on public health. Due to this problem, this work proposes to study statistical models using machine learning methodology to predict tropospheric ozone at the Metropolitan Region of Rio de Janeiro. Multivariate calibration techniques based on Least Squares Regression, Random Forests, Support Vector Machines and Artificial Neural Network combined with the MissForest imputation algorithm were applied to understand the interaction between ozone with nitrogen oxides, carbon monoxide, windy velocity, solar radiation, temperature, relative humidity, among other pollutants, whose data were collected at the Metropolitan Region of Rio de Janeiro at four air quality stations of different profiles, in the localities of Adalgisa Nery, Porto das Caixas, INEA Laboratory and Vila São Luiz, between 2014 and 2018. These techniques provide an easy and feasible way of modeling and analyzing atmospheric pollutants, which can be used and combined with other statistical methods for model validation. The results showed that the chemometric techniques Random Forests, Support Vector Machines and Artificial Neural Network can be used to the modeling and prediction of tropospheric ozone concentrations, with a calculated determination coefficient up to 0.92. The root mean squared error of prediction, ranges between 4.17 and 22.45 µg m-3, depending on the air quality monitoring stations and season.
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Due to this problem, this work proposes to study statistical models using machine learning methodology to predict tropospheric ozone at the Metropolitan Region of Rio de Janeiro. Multivariate calibration techniques based on Least Squares Regression, Random Forests, Support Vector Machines and Artificial Neural Network combined with the MissForest imputation algorithm were applied to understand the interaction between ozone with nitrogen oxides, carbon monoxide, windy velocity, solar radiation, temperature, relative humidity, among other pollutants, whose data were collected at the Metropolitan Region of Rio de Janeiro at four air quality stations of different profiles, in the localities of Adalgisa Nery, Porto das Caixas, INEA Laboratory and Vila São Luiz, between 2014 and 2018. These techniques provide an easy and feasible way of modeling and analyzing atmospheric pollutants, which can be used and combined with other statistical methods for model validation. The results showed that the chemometric techniques Random Forests, Support Vector Machines and Artificial Neural Network can be used to the modeling and prediction of tropospheric ozone concentrations, with a calculated determination coefficient up to 0.92. The root mean squared error of prediction, ranges between 4.17 and 22.45 µg m-3, depending on the air quality monitoring stations and season.O ozônio troposférico tem um impacto negativo no meio ambiente e, consequentemente na saúde pública. Devido a este problema, este trabalho propõe estudar modelos estatísticos utilizando metodologia de aprendizado de máquina para a previsão de ozônio troposférico na Região Metropolitana do Rio de Janeiro. Técnicas de calibração multivariada baseada nos métodos Regressão de Mínimos Quadrados, Florestas Aleatórias, Máquinas de Vetor de Suporte e Rede Neural Artificial combinados com o algoritmo de imputação MissForest, foram aplicados para entender a interação entre ozônio e óxidos de nitrogênio, monóxido de carbono, velocidade do vento, radiação solar, temperatura, umidade relativa, entre outros poluentes, cujos dados foram coletados na Região Metropolitana do Rio de Janeiro em quatro estações de qualidade do ar de diferentes perfis, nas localidades de Adalgisa Nery, Porto das Caixas, Laboratório do INEA e Vila São Luiz, entre 2014 e 2018. Essas técnicas fornecem uma maneira fácil e viável de modelagem e análise de poluentes atmosféricos, a qual podem ser utilizadas e combinadas com outros métodos estatísticos para a validação do modelo. Os resultados mostraram que as técnicas quimiométricas Florestas Aleatórias, Máquinas de Vetor de Suporte e Rede Neural Artificial podem ser usadas na modelagem e previsão de concentrações de ozônio troposférico, com coeficiente de determinação da previsão de até 0,92. O erro quadrático médio de previsão varia entre 4,17 e 22,45 µg m-3, dependendo das estações de monitoramento da qualidade do ar e estação do ano.Submitted by Julia CTC/B (julia.vieira@uerj.br) on 2022-08-09T19:11:39Z No. of bitstreams: 1 Tese - Rafael Corrêa Gama de Oliveira - 2022 - Completo.pdf: 4279621 bytes, checksum: 2076060ac09ffd90ead158e5a3ff13c6 (MD5)Made available in DSpace on 2022-08-09T19:11:39Z (GMT). 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