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Tipo do documento: Tese
Título: REDES NEURAIS ARTIFICIAIS E MODELAGEM DE EFEITOS MISTOS NA DESCRIÇÃO DO PERFIL DO FUSTE DE Pinus taeda L.
Título(s) alternativo(s): Artificial neural networks and mixed effect modeling to describe the stem profile of Pinus taeda L.
Autor: Bonete, Izabel Passos 
Primeiro orientador: Arce, Julio Eduardo
Primeiro coorientador: Figueiredo Filho, Afonso
Segundo coorientador: Retslaff, Fabiane Aparecida de Souza
Resumo: Este estudo teve por objetivo comparar o desempenho das Redes Neurais Artificiais (RNAs) em relação às funções de afilamento com aplicação da modelagem de efeitos mistos multiníveis, para descrição do perfil do fuste de Pinus taeda L. Para tanto, foram utilizados dados amostrais de 246 árvores, coletados na região de Telêmaco Borba, Paraná, Brasil, dos quais foram selecionados, aleatoriamente, 80% para o ajuste dos modelos e treinamento das redes neurais e, 20% para validação das equações e generalização das redes. Foram ajustadas 15 funções de afilamento, sendo cinco modelos do tipo não segmentados (NS), dois modelos do tipo segmentados (S) e oito modelos de forma variável (FV). Para o ajuste dos modelos, foi utilizada a técnica de regressão não linear (nls) de efeito fixo e, após a seleção da equação de melhor desempenho para estimativas de diâmetros ao longo do fuste, foi aplicada a modelagem não linear de efeitos mistos (nlme), em dois níveis, utilizando o fator classe de idade (ci) e classe de DAP (cd), para estimativas de diâmetros ao longo do fuste, bem como de diâmetros com estratificação do fuste em três seções (basal, mediana e apical) e estimativas de volumes parciais para as mesmas estratificações. Para as estimativas de volumes foi empregado o processo de integração numérica. Os ajustes foram realizados por meio das funções nls e nlme do software R. As equações selecionadas, de efeito fixo e efeito misto, foram comparadas com RNAs, geradas no software Neuro 4.0, em dois cenários, um para comparação com a equação de efeito fixo, e outro, para comparação com as equações de efeito misto selecionadas. Os modelos foram classificados conforme critérios estatísticos e análise gráfica de resíduos. As metodologias testadas mostraram-se eficientes para atingir os objetivos propostos. As equações de afilamento FV ajustadas por nls foram mais acuradas que as equações do tipo NS e S e, dentre as equações de afilamento FV, a equação de Bi (2000), apresentou melhor desempenho para estimativas de diâmetros sem estratificação do fuste. A aplicação da técnica nlme na equação de Bi (2000) aumentou a acurácia das estimativas dos diâmetros e volumes parciais para Pinus taeda, em relação ao ajuste realizado pela técnica nls. As RNAs apresentaram resultados satisfatórios, indicando serem adequadas e acuradas para as estimativas propostas. Na comparação das RNAs com a equação de efeito fixo de Bi, as redes apresentaram melhor desempenho em todas as estimativas propostas, para diâmetros e volumes. Na comparação das RNAs com as variações da equação de Bi de efeito misto, para estimativas de diâmetros, as redes apresentaram desempenho semelhante na estimação da variável diâmetro para o tronco inteiro e para a porção basal do fuste, entretanto, para a porção mediana e apical, as redes apresentaram critérios estatísticos superiores em relação à regressão por nlme. Para as estimativas de volumes parciais, as redes foram mais eficientes e adequadas que as variações da equação de Bi de efeito misto, ajustadas por nlme, para as três porções do fuste, em especial, para porção mediana e superior, em que apresentaram maior acuracidade.
Abstract: This research aimed to compare the performance of Artificial Neural Networks (ANNs) in relation to taper functions, applying the multilevel mixed effect modeling, to describe the profile of stems of Pinus taeda L. For that, 246 trees were sampled in the Telêmaco Borba region, Paraná State, Brazil, from which 80% were randomly selected to adjust and train the neural networks, and 20% randomly selected to validate the equations and generalize the networks. Were adjusted 15 taper functions, being five non-segmented models (NS), two segmented models (S), and eight models of variable form (FV). To adjust the models was applied the technique of nonlinear regression (nls) with fixed effect, selecting then the equation with better performance to estimate the diameters along the stem, to which was applied the nonlinear modeling with mixed effects (nlme). The nlme was applied in two levels, using the age class (ci) and DBH class (cd) factors, to estimate the diameters along the stem, as well the diameters with stratification of the stem in three sections (basal, medium and apical) and partial volume estimations for the same stratifications. For the volume estimations, the numeric integration process was applied. The adjustment were performed using the nls and nlme functions of the R software. The selected equations, of fixed and of mixed effect, were compared with the ANNs, generate with the software Neuro 4.0, in two scenarios, one for comparison with the fixed effect equation, and another, for comparison with the mixed effect equations selected. The models were ranked according to statistical criteria and graphical analysis of residuals. The methodologies tested showed efficiency to reach the proposed aims. The taper equations of variable form adjusted by the nls were more accurate than the non-segmented and segmented equations, and of the taper equations of variable form, the equation of Bi (2000) showed better performance to estimate diameters without stem stratification. The application of the nlme technique to the equation of Bi improved the accuracy of the diameter and partial volume estimations of Pinus taeda, in comparison to the adjustment performed with the nls technique. The ANNs showed adequate results, indicating to be adequate and accurate for the proposed estimations. When the ANNs and the equation of Bi with fixed effects are compared, the neural networks showed better performance for all the proposed estimations, for diameters and volume. In the comparison of the ANNs with the variations of the equation of Bi with mixed effects, for the diameter estimations, the neural networks showed a similar performance to estimate the diameter variable for all the tree stem and the basal section, however, for the medium and apical sections, the neural networks showed superior statistical criteria in comparison to the nlme regression. The neural networks were more efficient and adequate for the estimations of the partial volume, and for the three sections of the stem, especially for the medium and apical sections of the stem, for which they showed better accuracy than the variations of the equation of Bi with mixed effects adjusted by the nlme.
Palavras-chave: Funções de afilamento do tronco
Manejo Florestal
volumes ao longo do tronco
taper functions
Forest management
volumes along the stem
Área(s) do CNPq: CIENCIAS AGRARIAS::RECURSOS FLORESTAIS E ENGENHARIA FLORESTAL
RECURSOS FLORESTAIS E ENGENHARIA FLORESTAL::MANEJO FLORESTAL
Idioma: por
País: Brasil
Instituição: Universidade Estadual do Centro-Oeste
Sigla da instituição: UNICENTRO
Departamento: Unicentro::Departamento de Ciências Florestais
Programa: Programa de Pós-Graduação em Ciências Florestais (Doutorado)
Citação: Bonete, Izabel Passos. REDES NEURAIS ARTIFICIAIS E MODELAGEM DE EFEITOS MISTOS NA DESCRIÇÃO DO PERFIL DO FUSTE DE Pinus taeda L.. 2018. 229 f. Tese (Programa de Pós-Graduação em Ciências Florestais - Doutorado) - Universidade Estadual do Centro-Oeste, Irati - PR.
Tipo de acesso: Acesso Aberto
URI: http://tede.unicentro.br:8080/jspui/handle/jspui/1076
Data de defesa: 6-Jun-2018
Aparece nas coleções:Programa de Pós-Graduação em Ciências Florestais (Doutorado)

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