机器学习在高频营养数据中的价值和局限性,用于填补差距,预测和传输过程解释
Victoria Barcala1, Joachim Rozemeijer2, Kevin Ouwerkerk2
1Unit Inland Water Systems, Daltonlaan 600, 3584 BK, Utrecht, The Netherlands. victoria.barcalapaolillo@deltares.nl.
机器学习有效地填补了高频水质监测中的数据缺口. 随机森林模型表现出色,但当农场管理实践发生变化时,预测失败了.
科学领域:
- 环境科学 环境科学
- 农业科学 农业科学
- 数据科学数据科学数据科学
背景情况:
- 高频水质监测产生了庞大的数据集,给后处理带来了挑战.
- 远程监控站经常遇到技术问题,导致数据缺口.
- 机器学习为数据空白填补,预测和解释提供了潜在的解决方案.
研究的目的:
- 评估六种机器学习模型,以填补酸盐和总时间序列中的数据缺口.
- 评估机器学习对于解释基础水质过程的有用性.
- 调查机器学习在训练数据期之外的预测方面的局限性.
主要方法:
- 利用来自荷兰乳制品农场沟的4年高频数据集.
- 作为预测指标,采用了降水,蒸发,地下水位,排放和的时间序列.
- 应用机器学习模型,包括随机森林,用于填补差距和过程解释.
主要成果:
- 随机森林在有效计算的数据缺口填补 (R2 > 0.92) 方面表现出卓越的性能.
- 功能重要性分析提供了对水资源节约和降雨影响的运输过程的见解.
- 由于未建模的系统变化,在培训期间之外应用时,模型性能显著下降.
结论:
- 随机森林是一个非常有效的工具,用于后处理高频水质数据,特别是用于填补差距.
- 机器学习可以提高对水质动态和环境因素影响的理解.
- 准确的预测需要将显著的系统变化纳入模型,例如改变农场管理.
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