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Tese de Doutorado
DOI
10.11606/T.11.2008.tde-16072008-122804
Documento
Autor
Nome completo
Luciana Pagliosa Carvalho Guedes
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
Piracicaba, 2008
Orientador
Banca examinadora
Piedade, Sonia Maria de Stefano (Presidente)
Cárdenas, Ramiro Ruiz
Leandro, Roseli Aparecida
Opazo, Miguel Angel Uribe
Ribeiro Junior, Paulo Justiniano
Título em português
Otimização de amostragem espacial
Palavras-chave em português
Algoritmos genéticos
Amostragem
Estatística de processos estocásticos.
Resumo em português
O objetivo desse trabalho foi estabelecer planos de amostragem com redução no tamanho amostral, a partir de conjuntos de dados com dependência espacial, que fossem eficientes na predição de localizações não amostradas e que gerassem estimativas eficientes de características relacionadas na predição espacial. Esses planos amostrais reduzidos foram obtidos por processos de otimização denominados recozimento simulado e algoritmo genético híbrido, considerando a média da variância da predição espacial, obtida pelo método de interpolação chamado krigagem, como função objetivo minimizada. Para isso, utilizaram-se conjuntos de dados simulados, com diferentes valores de alcance e efeito pepita, cujo intuito foi identificar a influência que esses parâmetros exercem na escolha da configuração amostral otimizada. Para cada conjunto de dados simulados, foram obtidas amostras pelos processos de otimização e seus resultados foram comparados aos esquemas de amostragem: aleatório, sistemático, sistemático centrado adicionado de delineamentos menores e sistemático centrado adicionado de pontos próximos. Os resultados mostraram que os planos de amostragem otimizados, principalmente os planos obtidos pelo algoritmo genético híbrido, produziram menores estimativas para a média da variância da krigagem e melhores estimativas para a porcentagem e soma de valores preditos acima do terceiro quartil e do percentil 90, que s~ao características relacionadas na predição espacial. Observou-se, também, que o aumento do tamanho amostral produziu melhores estimativas para todos os resultados analisados e, independente do valor de alcance e efeito pepita, a amostragem otimizada pelo algoritmo genético híbrido produziu melhores resultados. Além disso, obtiveram-se conjuntos amostrais reduzidos de 128 parcelas pelo algoritmo genético híbrido, pelo processo de recozimento simulado e pelas amostragens aleatória e sistemática, para a propriedade química teor de potássio pertencente ao conjunto de dados, com 256 parcelas, de um experimento de agricultura de precisão em uma área experimental. Por intermédio dos dados resultantes dessas amostragens, realizou-se uma analise geoestatística para identificar o comportamento de dependência espacial da variável potássio na área e foram feitas predições espaciais do potássio em localizações n~ao amostradas nessa mesma área. Em todos os esquemas de amostragem utilizados, os valores preditos foram classificados segundo o critério de adubação do potássio no Paraná em culturas de soja (EMATER - Empresa Paranaense de Assistência Técnica e Extensão Rural, 1998). Esses resultados foram comparados com a analise realizada no conjunto de dados inicial e observou-se uma maior similaridade desses resultados com os obtidos pela analise realizada através dos dados da amostragem obtida pelo algoritmo genético híbrido. Assim, tiveram-se evidências de que a redução em 50% do tamanho amostral do conjunto de dados da variável potássio, utilizando nessa redução uma amostragem obtida pelo algoritmo genético híbrido, produziu resultados eficientes para a classificação de adubação de potássio na área em estudo, reduzindo em 50% os custos 8 com analise química do solo, sem grande perda de eficiência nas conclusões obtidas pela predição espacial.
Título em inglês
Optimization of sampling space
Palavras-chave em inglês
Design geostatistical
Genetic algorithm.
Geostatistics
Resumo em inglês
The aim of this work was to establish plans for sampling with reduced in the sample size, from sets of dependent spatial data, and they are eficients in terms of prediction of the nonsampled observations and prediction of linear targets. These plans were obtained by sampling reduced processes optimization of the algorithm called simulated annealing and hybrid genetic algorithm, considering the average kriging variance as objective function to be minimised. Therefore, it was used simulated data sets, With diferent values of range and nugget efect, whose aim was to identify the in uence that these exercise parameters in choosing the sample configuration foptimized. For each set of data simulated samples were obtained through the optimization process and its results were compared to sampling schemes: random, systematic, lattice plus in ll and lattice plus close pairs. The results show that the sampling plans optimized, especially the plans obtained by hybrid genetic algorithm, produced lower estimates for the average kriging variance and best estimates for the percentage and amount of predicted values above the third quartile and the 90 percentile, which are characteristics related to spatial prediction. It was also observed that the increase of sample size produces best estimate for all results analyzed and independent of the value range and nugget efect, sampling optimized by the hybrid genetic algorithm produced better results. In addition, sets up sampling reduced of 128 samples by sampling schemes: hybrid genetic algorithm, simulated annealing, random and systematic, for the property belonging to the chemical potassium set data, with 256 samples, an experiment of precision agriculture, in an experimental area. Through these sampling data, an analysis was carried out geostatistics to identify the behavior of spatial dependence of the variable potassium in the area under study and predictions were made of potassium space in locations not sampled that same area. In all sampling schemes used, the predicted values were classified at the discretion of the potassium fertilization in the cultivation of soybeans in Parana (EMATER-PARANA, 1998). These results were compared with the analysis in the initial set of data and there was a greater similarity of these results with those obtained by the analysis performed by data obtained by the sampling hybrid genetic algorithm. So there has been evidence that the reduction by 50% of the sample size of the data set of variable potassium, using this reduction a sample obtained by the hybrid genetic algorithm, produced efective results for classification of potassium fertilizer in the area under study, reducing by 50% the costs with chemical analysis of soil, without much loss of eficiency in the conclusions obtained by predicting space.
 
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teseluciana.pdf (5.25 Mbytes)
Data de Publicação
2008-08-01
 
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