22/02/2024

MHWM: Wykorzystanie metod uczenia maszynowego Random Forest do oceny jakości wód powierzchniowych

W magazynie naukowym Meteorology Hydrology and Water Management ukazał się artykuł poświęcony analizie skuteczności metod uczenia maszynowego, w szczególności modelu regresji Random Forest (RF), w prognozowaniu wartości wybranych wskaźników jakości wody, w którym przeprowadzono identyfikację parametrów wpływających na ich kształtowanie. W publikacji “Assessing the efficiency of a random forest regression model for estimating water quality indicators” przedstawiono wyniki dla trzech wybranych wskaźników – tj. zawartości rozpuszczonego tlenu (DO), przewodności właściwej (K) i zmętnienia (Tu) – w odniesieniu do 11 zlewni w stanach Wirginia, Maryland i Dystrykcie Kolumbii. Wykorzystano dzienne dane pomiarowe z dziesięciu lat na temat jakości wód oraz informacje hydrometeorologiczne (takie jak opady) i wybrane charakterystyki zlewni (w tym wielkość, rodzaj gleby, użytkowanie gruntów).

Model regresji RF opracowywano dla sześciu zestawów danych uczących, zwiększając liczbę zmiennych wejściowych modelu. W początkowym zestawie zakres informacji wejściowej obejmował wskaźniki jakości wody: DO, K i Tu, natomiast zestaw szósty zawierał wszystkie dostępne zmienne. Ocenę wyników modeli opartych na RF przeprowadzono na podstawie następujących kryteriów: względny błąd średniokwadratowy, współczynnik korelacji i procent wariancji wyjaśnionej. Oszacowane wagi poszczególnych parametrów wejściowych modelu stanowiły podstawę ich uszeregowania pod względem istotności w procesie kształtowania się poziomów analizowanych wskaźników zanieczyszczeń.

Autorzy wykazali, że model RF daje bardzo dobre wyniki w przypadku prognozy wskaźnika DO. Słabsze uzyskano w przypadku wskaźnika K, najgorsze dla wskaźnika Tu. Zestaw danych uczących, opracowany w oparciu o wskaźniki jakości wody, dane hydrometeorologiczne i parametry fizjograficzne zlewni, zapewnił największą efektywność modelu pod względem jakości uzyskiwanych wyników a ilością informacji potrzebnych do opracowania modelu. Zdaniem autorów pokrycie terenu odgrywa znaczącą rolę w prognozowaniu wskaźników jakości wody z zastosowaniem analizowanej metody. Ponadto technika uczenia maszynowego z wykorzystaniem regresji RF może mieć szerokie zastosowanie w zlewniach o zróżnicowanym reżimie klimatycznym.

Więcej szczegółów https://doi.org/10.26491/mhwm/183734.

Informacje o Przetwarzaniu Danych Osobowych

Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej z siedzibą w Warszawie, ul. Podleśna 61, 01-673 Warszawa dalej „IMGW-PIB”, jako administrator w rozumieniu Rozporządzenia Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) 2016/679 z dnia 27 kwietnia 2016 r. w sprawie ochrony osób fizycznych w związku z przetwarzaniem danych osobowych i w sprawie swobodnego przepływu takich danych oraz uchylenia dyrektywy 95/46/WE (ogólne rozporządzenie o ochronie danych) dalej „RODO”, stosownie do postanowień RODO, informuje: Dane kontaktowe Inspektora Ochrony Danych: iodo@imgw.pl Pani/Pana dane osobowe mogą być przetwarzane w celu: Wypełnienia obowiązków prawnych, wynikających z obowiązujących przepisów prawa, a w szczególności: a. z ustawy o instytutach badawczych, b. z ustawy Prawo wodne, c. z ustawy Prawo zamówień publicznych, d. z ustawy dostępie do informacji publicznej, e. z ustawy Kodeks pracy, f. z ustawy Prawo lotnicze, g. z ustawy o ponownym wykorzystywaniu informacji sektora publicznego, h. z ustawy Prawo o szkolnictwie wyższym i nauce, i. z ustawy o Narodowym Centrum Nauki, (podstawa prawna: art. 6 ust. 1 lit. c oraz e RODO); Realizacji umów której stroną jest Pani/Pan, lub do podjęcia działań na żądanie Pani/Pana, przed zawarciem umów (podstawa prawna: art. 6 ust. 1 lit b RODO); Wynikającym z prawnie uzasadnionych interesów realizowanych przez administratora (realizacja praw wynikających z roszczeń odszkodowawczych wynikających z czynów niedozwolonych), (podstawa prawna: art. 6 ust. 1 lit f RODO); W zakresie i celu określonym w treści wcześniej udzielonej Panią/ Pana zgody (podstawa prawna: art. 6 ust. 1 lit. a RODO). Odbiorcą Pani/Pana danych osobowych mogą być organy władzy publicznej oraz podmioty wykonujące zadania publiczne lub działające na zlecenie organów władzy publicznej, w zakresie i w celach, które wynikają z przepisów powszechnie obowiązującego prawa, podmioty kontrolujące administratora, podmioty finansujące administratora, strony umów z administratorem. Dane będą przechowywane do czasu cofnięcia zgody na ich przetwarzanie. W zakresie, określonym w pkt2.1 (art. 6 ust. 1 lit c oraz e RODO) dane będą przechowywane przez okres niezbędny do realizacji wskazanych tam celów przetwarzania. W przypadkach, o których mowa w pkt2.2 (art. 6 ust. 1 lit. b RODO) dane będą przechowywane co najmniej do chwili wykonania umowy i upływu okresu przedawnienia roszczeń oraz zobowiązań podatkowych z nią związanych, a w przypadkach, o których mowa w pkt2.3 (art. 6 ust. 1 lit. f RODO) - do czasu przedawnienia roszczeń. W związku z przetwarzaniem Pani/Pana danych osobowych przysługują Pani/Panu następujące uprawnienia: Prawo dostępu do danych osobowych, w tym prawo do uzyskania kopii tych danych; Prawo do żądania sprostowania (poprawiania) danych osobowych – w przypadku, gdy dane są nieprawidłowe lub niekompletne; Prawo do żądania usunięcia danych osobowych (tzw. prawo do bycia zapomnianym), w przypadku, gdy: a. dane nie są już niezbędne do celów, dla których były zebrane lub w inny sposób przetwarzane, b. osoba, której dane dotyczą, wniosła sprzeciw wobec przetwarzania danych osobowych, c. osoba, której dane dotyczą wycofała zgodę na przetwarzanie danych osobowych, która jest podstawą przetwarzania danych i nie ma innej podstawy prawnej przetwarzania danych, d. dane osobowe przetwarzane są niezgodnie z prawem, e. dane osobowe muszą być usunięte w celu wywiązania się z obowiązku wynikającego z przepisów prawa; Prawo do żądania ograniczenia przetwarzania danych osobowych – w przypadku, gdy: a. osoba, której dane dotyczą kwestionuje prawidłowość danych osobowych, b. przetwarzanie danych jest niezgodne z prawem, a osoba, której dane dotyczą, sprzeciwia się usunięciu danych, żądając w zamian ich ograniczenia, c. administrator nie potrzebuje już danych dla swoich celów, ale osoba, której dane dotyczą, potrzebuje ich do ustalenia, obrony lub dochodzenia roszczeń, d. osoba, której dane dotyczą, wniosła sprzeciw wobec przetwarzania danych, do czasu ustalenia czy prawnie uzasadnione podstawy po stronie administratora są nadrzędne wobec podstawy sprzeciwu; Prawo sprzeciwu wobec przetwarzania danych – w przypadku, gdy łącznie spełnione są następujące przesłanki: a. zaistnieją przyczyny związane z Pani/Pana szczególną sytuacją, w przypadku przetwarzania danych na podstawie zadania realizowanego w interesie publicznym lub w ramach sprawowania władzy publicznej przez Administratora, b. przetwarzanie jest niezbędne do celów wynikających z prawnie uzasadnionych interesów realizowanych przez Administratora lub przez stronę trzecią, z wyjątkiem sytuacji, w których nadrzędny charakter wobec tych interesów mają interesy lub podstawowe prawa i wolności osoby, której dane dotyczą, wymagające ochrony danych osobowych, w szczególności, gdy osoba, której dane dotyczą jest dzieckiem. Ponadto: W przypadku, gdy przetwarzanie danych osobowych odbywa się na podstawie zgody osoby na przetwarzanie danych osobowych (art. 6 ust. 1 lit a RODO), przysługuje Pani/Panu prawo do cofnięcia tej zgody w dowolnym momencie. Wycofanie zgody nie ma wpływu na zgodność z prawem przetwarzania, którego dokonano na podstawie Pani/ Pana zgody przed jej wycofaniem. W przypadku uznania, iż przetwarzanie przez Administratora Pani/Pana danych osobowych narusza przepisy prawa przysługuje Pani/Panu prawo wniesienia skargi do Prezesa Urzędu Ochrony Danych Osobowych. Podanie przez Panią/Pana danych osobowych jest obowiązkowe, w sytuacji, gdy przesłankę przetwarzania danych osobowych stanowi przepis prawa. Podanie przez Panią/Pana danych osobowych jest dobrowolne, ale konieczne do zawarcia między stronami umowy, w sytuacji, gdy przesłankę przetwarzania stanowi Państwa wniosek o zawarcie umowy, W przypadku gdy przetwarzanie odbywa się na podstawie zgody, podanie danych osobowych administratorowi jest dobrowolne. Pani/Pana dane będą przetwarzane w sposób zautomatyzowany i będą profilowane. Newsletter klauzule Wyrażam zgodę na przetwarzanie przez IMGW-PIBz siedzibą w Warszawie, przy ul. Podleśnej 61 moich danych osobowych (tj. danych podanych w Formularzu Rejestracyjnym) w celu otrzymywania Newslettera.