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Neural Network modeling of automatic air temperature time series

Kajewska-Szkudlarek Joanna
Articolo Immagine
ISSN:
2038-5625
Rivista:
Italian Journal of Agrometeorology
Anno:
2017
Numero:
2
Fascicolo:
Italian Journal of Agrometeorology N.2/2017
DOI:
10.19199/2017.2.2038-5625.005

Nel lavoro serie di dati temporali che relativi a valori diurni di dati standard e automatici delle misurazioni dei parametri termici dell’aria sono state analizzate. Per mezzo di reti neurali artificiali è stato fatto un tentativo di creare il modello di temperatura media, massima e minima dell’aria misurata da dispositivi automatici sulla base di osservazioni standard. Lo studio è stato condotto nel periodo 2000-2009 sul sito dell’Osservatorio Agro e Idrometeorologico di Wroclaw-Swojec, Polonia. A tale scopo sono state utilizzate “single-layer perceptron networks”, create in MATLAB (Neural Network Toolbox) e STATISTICA 10. I seguenti aspetti sono stati sottoposti all’analisi: l’architettura delle reti sviluppate, il numero di cicli nel processo di apprendimento, le variazioni di errore medio quadrato (MSE), le correlazioni tra i valori dei parametri ottenuti tramite strumenti meteorologici e quelli previsti dalle reti e l’analisi globale di sensibilità. Lo studio ha facilitato la creazione di un modello di neurale di alta qualità, in grado di descrivere le correlazioni tra i valori dei parametri ottenuti mediante strumenti standard e quelli previsti dai sensori elettronici. 

Parole chiave: metodo standard, reti neurali, parametri termici aria, stazione automatica.

In the paper time series which concerned diurnal values of standard and automatic results of the measurements of air thermal parameters were analyzed. By the means of artificial neural networks an attempt to create the model of mean, maximum and minimum air temperature measured by automatic devices on the basis of standard observations was made. The study was conducted in the period of 2000-2009 on the site of Agro- and Hydrometeorology Wroclaw-Swojec Observatory, Poland. In order to achieve the intended aim single-layer perceptron networks, created in MATLAB (Neural Network Toolbox) and STATISTICA 10, were used. The following aspects were subject to the analysis: the architecture of the developed networks, the number of cycles in the learning process, the changes in Mean Squared Error (MSE), the correlations between the values of the parameters obtained by the means of meteorological instruments and the ones prognosticated by the networks and global sensitivity analysis. The study facilitated the creation of a high quality neuron model, reflecting the correlations between the values of the parameters obtained by the means of standard instruments and the ones prognosticated by electronic sensors. 

Keywords: standard method, neural networks, air thermal parameters, automatic station.