Estudio e implementación de algoritmos de aprendizaje automatizado para el pronóstico de la actividad pluvial en Bogotá

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Resumen

This work focuses on the study and evaluation of different automated learning methods applied to the prediction of precipitation with information from weather stations located in the city of Bogota, Colombia. Short-term weather forecasting is an extremely complex field that has been the subject of exhaustive study in recent years. Advances in measurement and data capture systems, as well as in computational capacity, have made possible a remarkable improvement in the accuracy of short-range weather forecasts. This progress is having a significant impact on the way individuals and communities anticipate and prepare for weather conditions. The automated learning methods selected for this study encompass both fuzzy systems and neural networks. Among the fuzzy systems, simple genetic algorithms (ANFIS), evolutionary algorithms (DE) and fuzzy system random search algorithms (random search) were implemented. On the other hand, in the field of neural networks, FeedForward networks, LSTM networks and BILSTM networks were used. All the implementations were carried out using algorithms developed in the MATLAB programming environment. The evaluation of the implemented methods was carried out by analyzing various performance indices, such as prediction of change in direction (POCID), pearson correlation coefficient (r), nash-sutcliffe efficiency (NSE) and root-mean-square deviation (RMSE). The results obtained reveal significant findings that underscore the need for further research in this area. This paper presents a solid starting point for understanding and improving precipitation prediction methods in Bogotá, thus contributing to the advancement of research in climatology and machine learning applied to unpredictable and complex meteorological phenomena.

Descripción

Este trabajo se enfoca en el estudio y evaluación de diversos métodos de aprendizaje automatizado aplicados a la predicción de precipitaciones con información proveniente de estaciones meteorológicas ubicadas en la ciudad de Bogotá, Colombia. La predicción meteorológica a corto plazo constituye un ámbito sumamente complejo que ha sido objeto de exhaustivo estudio en los últimos años. Los progresos en los sistemas de medición y captura de datos, así como en la capacidad de cómputo, han posibilitado una notable mejora de la precisión en las predicciones climáticas de corto alcance temporal. Este avance está generando un impacto significativo en la manera en que individuos y comunidades se anticipan y se preparan para las condiciones meteorológicas. Los métodos de aprendizaje automatizado seleccionados para este estudio abarcan tanto sistemas difusos como redes neuronales. Entre los sistemas difusos, se implementaron algoritmos genéticos simples (ANFIS), algoritmos evolutivos (DE) y algoritmos de búsqueda aleatoria de sistemas difusos (random search). Por otro lado, en el ámbito de las redes neuronales, se emplearon las redes FeedForward, las redes LSTM y las redes BILSTM. Todas las implementaciones se llevaron a cabo mediante algoritmos desarrollados en el entorno de programación MATLAB. La evaluación de los métodos implementados se llevó a cabo mediante el análisis de diversos índices de desempeño, tales como, prediction of change in direcrion (POCID), pearson correlation coefficient (r), nash-sutcliffe efficiency (NSE) y root-mean-square deviation (RMSE). Los resultados obtenidos revelan hallazgos significativos que subrayan la necesidad de realizar investigaciones adicionales en este ámbito. Este documento presenta un punto de partida sólido para comprender y mejorar los métodos de predicción de precipitaciones en Bogotá, contribuyendo así al avance de la investigación en climatología y aprendizaje automatizado aplicado a fenómenos meteorológicos imprevisibles y complejos.

Palabras clave

Precipitaciones, Redes neuronales, Sistemas difusos, Predicciones

Materias

Ingeniería Electrónica -- Tesis y disertaciones académicas , Aprendizaje automático (Inteligencia artificial) , Variabilidad de precipitación , Clima -- Predicciones , Bogotá D.C. -- Cambios climáticos

Citación