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Tipo do documento: Tese
Título: Spline de Bézier e modelos segmentados e não segmentados para descrever o perfil do fuste e estimar sortimento de madeira
Título(s) alternativo(s): Bézier Spline and segmented and non-segmented models to describe the stem profile and estimate wood assortment
Autor: Molinari, José Robyson Aggio 
Primeiro orientador: Arce, Julio Eduardo
Segundo orientador: Figueiredo Filho, Afonso
Primeiro coorientador: Retslaff, Fabiane Aparecida de Souza
Segundo coorientador: Bonete, Izabel Passos
Resumo: Este estudo teve por objetivo desenvolver uma heurística por meio da função Spline de Bézier e comparar seu desempenho em relação às funções de afilamento para descrever o perfil dos fustes de Pinus taeda L. e estimar os sortimentos de madeira. Para tanto, foi realizado o censo no talhão com área de 1,21 hectares, em que haviam 433 árvores com idades de 17 anos. Foram utilizados dados amostrais de 52 árvores proporcionais a distribuição diamétrica, coletados no município de Pinhão, estado do Paraná, Brasil, dos quais foram selecionados aleatoriamente 70% para o ajuste das funções de afilamento e as funções Splines de Bézier e 30% para a validação. Foram ajustadas as funções de afilamento de 5º grau, Max e Burkhart e Bi e as Splines de Bézier. Para o ajuste dos modelos de afilamento foi utilizado a técnica de regressão não linear (nls), disponível no software R e para ajustar as Splines de Bézier foi desenvolvido uma heurística de busca de minimização de soma de quadrados de resíduos, implementada no software R, ambas para a estimativa de diâmetros ao longo do fuste, diâmetros estratificados em três porções do fuste (basal, mediana e apical) e estimativas de volumes parciais para as mesmas estratificações. Os modelos foram avaliados pelos critérios estatísticos: coeficiente de correlação de Pearson (𝑟𝑦𝑦̂), raiz quadrada do erro médio em porcentagem (RMSE(%)) e análise gráfica de resíduos. A Spline perfil médio por classe de diâmetro apresentou melhores resultados comparado com as funções de afilamento e a Spline de perfil médio, as quais utilizam apenas o DAP e h para estimar os diâmetros ao longo do fuste, diâmetros em fustes estratificados e volumes estratificados. A Spline perfil individual, mensurando: DAP, 15%h e h, para os dados de ajuste nas estimativas de diâmetros (porção basal), reduziu a RMSE(%) em 31,37%, equivalente a 1,45 pontos percentuais e para os dados de validação, reduziu a RMSE(%) em 26,23% equivalente a 1,39 pontos percentuais, em comparação à média das três funções de afilamento. Os gráficos de resíduos dessa Spline Individual para o ajuste e validação apresentaram uma grande superioridade, melhorando consequentemente os diâmetros entre 10% a 35% da altura total. Para os dados de ajuste nas estimativas de volumes (porção basal), a Spline Individual reduziu a RMSE(%) em 58,36% equivalente a 4,58 pontos percentuais e para os dados de validação, reduziu a RMSE(%) em 50,17% equivalente a 3,86 pontos percentuais. Os gráficos de resíduos dos volumes da Spline Individual para o ajuste e validação, também apresentaram uma grande superioridade, com resíduos muito próximos de zero. A Spline perfil individual, também melhorou a porção mediana principalmente os diâmetros entre 35% a 50% da altura total. Foram simulados vários cenários com a inclusão de diâmetros ao longo do fuste acima de 15% da altura total, obtendo-se menor RMSE(%) para cada porção, para 3 pontos (DAP, 25%h e h), 4 pontos (DAP, 25%h, 50%h e h) e 5 pontos (DAP, 25%h, 50%h, 75%h e h). O sortimento processado pelo harvester tende a subestimar os volumes em todas as classes de sortimento (Laminação, Serraria 1, Serraria 2, Celulose e Energia) em comparação ao volume cubado por Smalian nos mesmos comprimentos processados, apresentando uma diferença em volume total de 9,95 m³ na amostra analisada (52 árvores). Por outro lado, a perda volumétrica por hectare foi de 68,49 m³ (perda de 18,69%) e em termos financeiros uma perda de R$ 9.853,40 (perda de 19,24%). Foram calculados os coeficientes de downgrade para cada classe de sortimento em relação ao harvester e as funções de afilamento e as Splines de Bézier e também em relação ao cubado por Smalian e as respectivas funções. As Splines de Bézier são uma excelente opção para descrever o perfil de fustes, estimar os sortimentos e são aplicáveis em árvores em pé, utilizando as heurísticas propostas nesta pesquisa.
Abstract: This research aimed to develop a heuristic using the Bézier Spline Function and compare its performance in relation to the taper functions to describe the stem profile of Pinus taeda L. and estimate the wood assortments. For this purpose, a censo was carried out in the stand with na área of 1.21 hectare, in which there were 433 trees aged 17 years old. Sample data from 52 trees were used in proportional to the diameter distribution, collected in the municipality of Pinhão, in the state of Paraná, Brazil, from which 70% were randomly selected to adjust the taper functions and the Bézier Splines functions and 30% were used for validation. The taper functions 5th degree, Max and Burkhart and Bi and the Bézier Splines were adjusted. To adjust the taper models, the nonlinear regression technique (nls) was used, available in the R software, and to adjust the Bézier Splines, a search heuristic for the minimization of the sum of squares of residuals was developed and implemented in the R software, both for the estimation of diameters along the stem, diameters with stem stratified into three portions (basal, median and apical) and partial volume estimates for the same stratifications. The models were evaluated by statistical criteria: Pearson's correlation coefficient (𝑟𝑦𝑦^), square root mean error in percentage (RMSE(%)) and graphical residual analysis. The average profile Spline by diameter class showed better results compared to the taper functions and the average profile Spline, which use only DBH and h to estimate diameters along the stem, diameters in stratified stem and stratified volumes. The individual Spline profile, measuring: DBH, 15%h and h, for the adjustment data in the diameter estimates (base portion), the RMSE(%) was reduced by 31.37%, equivalent to 1.45 points percentage and for the validation data, the RMSE(%) was reduced by 26.23% equivalent to 1.39 percentage points, compared to the average of the three taper functions. The residual graphs of the Individual Spline for adjustment and validation showed great superiority, consequently improving the diameters between 10% and 35% of the total height. For the adjustment data in the volume estimates (basal portion), Individual Spline reduced the RMSE(%) by 58.36% equivalent to 4.58 percentage points and for the validation data, it reduced the RMSE(%) by 50.17% equivalent to 3.86 percentage points. The residuals graphs of volumes of this Individual Spline for the adjustment and validation also showed great superiority, with residuals very close to zero. Individual spline profile also improved the median portion mainly the diameters between 35% and 50% of the total height. Several scenarios were simulated with the inclusion of diameters along the stem above 15% of the total height, obtaining the lowest RMSE(%) for each portion, for 3 points (DBH, 25%h and h), 4 points (DBH, 25%h, 50%h and h) and 5 points (DBH, 25%h, 50%h, 75%h and h). The assortment processed by harvester tends to underestimate the volumes in all assortment classes (Lamination, Sawmill 1, Sawmill 2, Pulp and Energy) compared to the volume cubed by Smalian in the same processed lengths, with a difference in total volume of 9.95 m³ in the analyzed sample (52 trees). On the other hand, the volumetric loss per hectare was 68.49 m³ (loss of 18.69%) and in financial terms a loss of R$ 9,853.40 (loss of 19.24%). The downgrade coefficients were calculated for each assortment class in relation to the harvester the taper functions and the Bézier Splines functions and also in relation to the cubed by Smalian and the respective functions. Bézier Splines are an excelente option to describe the stem profile, estimate the assortments and are applicable to standing trees, using the heuristics proposed in this research.
Palavras-chave: Volumes de árvores em pé
splines
funções de afilamento
Pinus taeda
downgrade
Volumes of standing trees
Splines
taper functions
Pinus taeda
downgrade
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: Molinari, José Robyson Aggio. Spline de Bézier e modelos segmentados e não segmentados para descrever o perfil do fuste e estimar sortimento de madeira. 2021. 208 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/1728
Data de defesa: 21-Jul-2021
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