Operador genético basado en filtro de partículas combinado con Markov Chain Monte Carlo para asimilación de datos en un modelo de crecimiento de cultivos
Autores: Jamal, Alaa; Linker, Raphael
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2020
Acceso abierto
Artículo científico
2020
Operador genético basado en filtro de partículas combinado con Markov Chain Monte Carlo para asimilación de datos en un modelo de crecimiento de cultivos
Categoría
Ciencias Agrícolas y Biológicas
Subcategoría
Ciencias Agrícolas y Biológicas Generales
Palabras clave
Filtro de partículas
Algoritmo genético
PF-MCMC
Estados del modelo
Parámetros
Estimación
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 41
Citaciones: Sin citaciones
El filtro de partículas ha recibido una atención creciente en la asimilación de datos para estimar estados y parámetros del modelo en casos de procesos dinámicos no lineales y no gaussianos. Se han sugerido varias modificaciones del filtro de partículas original en la literatura, incluida la integración del filtro de partículas con Monte Carlo de Cadena de Markov (PF-MCMC) y, posteriormente, el uso de operadores evolutivos de algoritmos genéticos como parte del proceso de actualización de estados. En este trabajo, se presenta un enfoque modificado de PF-MCMC basado en genética para estimar simultáneamente los estados y parámetros sin asumir una distribución gaussiana para los priors. El método se probó en dos ejemplos de simulación basados en el modelo de cultivo AquaCrop-OS. En el primer ejemplo, el método se comparó con un método PF-MCMC en el que los estados y parámetros se actualizan de forma secuencial y los operadores genéticos se utilizan solo para ajustes de estados. También se investigaron la influencia del tamaño del conjunto, el ruido de medición y los parámetros de mutación y cruce. Se obtuvieron estimaciones precisas y estables de los estados del modelo en todos los casos. La estimación de parámetros fue más desafiante que la estimación de estados y no todos los parámetros convergieron a su valor real, especialmente cuando el valor del parámetro tenía poca influencia en las variables medidas. En general, el método propuesto mostró una estimación de parámetros más precisa y consistente que el PF-MCMC con estimación secuencial, que mostró un comportamiento altamente conservador. La superioridad del método propuesto fue más pronunciada cuando el conjunto incluía un gran número de partículas y el ruido de medición era bajo.
Descripción
El filtro de partículas ha recibido una atención creciente en la asimilación de datos para estimar estados y parámetros del modelo en casos de procesos dinámicos no lineales y no gaussianos. Se han sugerido varias modificaciones del filtro de partículas original en la literatura, incluida la integración del filtro de partículas con Monte Carlo de Cadena de Markov (PF-MCMC) y, posteriormente, el uso de operadores evolutivos de algoritmos genéticos como parte del proceso de actualización de estados. En este trabajo, se presenta un enfoque modificado de PF-MCMC basado en genética para estimar simultáneamente los estados y parámetros sin asumir una distribución gaussiana para los priors. El método se probó en dos ejemplos de simulación basados en el modelo de cultivo AquaCrop-OS. En el primer ejemplo, el método se comparó con un método PF-MCMC en el que los estados y parámetros se actualizan de forma secuencial y los operadores genéticos se utilizan solo para ajustes de estados. También se investigaron la influencia del tamaño del conjunto, el ruido de medición y los parámetros de mutación y cruce. Se obtuvieron estimaciones precisas y estables de los estados del modelo en todos los casos. La estimación de parámetros fue más desafiante que la estimación de estados y no todos los parámetros convergieron a su valor real, especialmente cuando el valor del parámetro tenía poca influencia en las variables medidas. En general, el método propuesto mostró una estimación de parámetros más precisa y consistente que el PF-MCMC con estimación secuencial, que mostró un comportamiento altamente conservador. La superioridad del método propuesto fue más pronunciada cuando el conjunto incluía un gran número de partículas y el ruido de medición era bajo.