La inteligencia artificial y sus modelos de redes neuronales

Alejandro E. Rodríguez-Sánchez (2024, [Artículo, Artículo])

Este artículo revisa qué son los modelos en la inteligencia artificial (IA), con especial énfasis en las redes neuronales artificiales y su capacidad para simular y predecir fenómenos complejos. Ejemplifica la aplicación multidisciplinaria de la IA en campos como la astronomía, destacando la imagen del primer agujero negro, y en biología molecular, con los avances de AlphaFold. Se resalta la necesidad de entender los modelos de IA más allá de su función técnica, subrayando su contribución al progreso científico. Concluye que la IA, a través de sus modelos, desempeña un papel crucial en el estudio de las regularidades de la naturaleza y de la sociedad.

Inteligencia artificial Redes neuronales artificiales Modelos cientificos Tecnología INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA

Análisis espectral de consumo doméstico de agua potable

Felipe Arreguin ALVARO ALBERTO ALDAMA RODRIGUEZ Velitchko Tzatchkov VICTOR HUGO ALCOCER YAMANAKA HECTOR ALEXIS ESPINOSA GAYOSSO (2009, [Artículo])

Una de las variables con mayor incertidumbre en su comportamiento dentro del análisis hidráulico de las redes de agua potable es el consumo de agua proveniente de los usuarios. Recientemente, se ha demostrado que el consumo en el ámbito domiciliario tiene un carácter estocástico y se han desarrollado diferentes metodologías que intentan representar esta variable. Sin embargo, no es posible definir con exactitud dos situaciones: 1) el grado de información que se pierde al muestrear la señal con cierto intervalo de registro y la posible presencia de enmascaramiento (aliasing); y 2) la frontera (rango) en el tiempo, en el cual pueden aplicarse estos procesos de agregación y desagregación temporal. El proceso basado en el análisis de Fourier se puede aplicar como herramienta de desagregación temporal y obtener el intervalo de registro óptimo de medición en campo. A partir de la metodología, se obtuvo que el rango de aplicación del esquema está entre los 240 y 1 segundos. En otras palabras, es posible medir con intervalo de registro hasta 240 segundos y recuperar información con intervalo de registro de un segundo. El método se validó con mediciones en campo de consumo doméstico realizadas en una ciudad mexicana.

Análisis espectral Consumo doméstico de agua Modelos estocásticos INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA

Modelos ARX para predecir la temperatura del aire de un invernadero: una metodología

ARX models for predicting greenhouse air temperature: a methodology

Irineo López-Cruz ABRAHAM ROJANO AGUILAR WALDO OJEDA BUSTAMANTE RAQUEL SALAZAR MORENO (2007, [Artículo])

Se presenta un procedimiento para obtener un modelo dinámico lineal de autoregresión con variables exógenas (ARX) para predecir el comportamiento de la temperatura del aire en el interior de un invernadero. Los ARX son modelos matemáticos dinámicos derivados de la teoría de Identificación de Sistemas. Las variables de entrada del modelo fueron temperatura del aire, radiación solar, velocidad del viento afectando el área de ventilación del invernadero y humedad relativa, cuantificadas en una estación meteorológica ubicada a 700 m de un invernadero en Chapingo, Estado de México.

A procedure is presented for obtaining a dynamic linear model of auto-regression with exogenous variables (ARX) for predicting the behaviour of the air temperature inside a greenhouse. The ARX are dynamic mathematical models derived from the theory of Systems Identification. The input variables of the model were air temperature, solar radiation, wind velocity affecting the ventilation area of the greenhouse and relative humidity, quantified in a meteorological station located 700 m from a greenhouse in Chapingo, State of México.

Invernaderos Temperatura ambiental Modelos ARX INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA

Modelación hidrológica

FRANCISCO JAVIER APARICIO MIJARES (1990, [Artículo])

De la fórmula racional (Kuichling, 1889) al Sistema Hidrológico Europeo (Abbott et al., 1986a y 1986b; Bathurst, 1986a y 1986b) y modelos similares, la modelación hidrológica ha recorrido un largo trecho en el que se han desarrollado múltiples modelos, de muy diversas características, para resolver problemas sumamente variados. Quizá por la diversidad misma, los usuarios de los modelos suelen tener una tendencia natural a recurrir preferentemente a uno o algunos de ellos en sus aplicaciones, despreciando y aun fustigando el uso de los demás. En este trabajo se pretende mostrar lo negativo de estas actitudes, así como la utilidad de todos los tipos de modelos existentes. Para ello, se definirán, en primer lugar, los modelos que se usan en hidrología, así como el proceso mismo de modelación. Después, se hará una breve reseña de los que se han desarrollado en el último siglo y finalmente se criticarán las actitudes mencionadas.

Modelos hidrológicos Modelos matemáticos INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA

Sistema de Pronóstico Automatizado de Oleaje

JOSE ANTONIO SALINAS PRIETO ROBERTO PADILLA HERNANDEZ René Lobato-Sánchez (2004, [Artículo])

Se sintetizan los procedimientos aplicados para implementar un sistema de pronóstico de viento y oleaje para el Golfo de México al que se le denominó POMA (Pronóstico de Oleaje con Modelos Acoplados). Este sistema está conformado por los modelos: MM5, WAM-PROMISE y SWAN, en sistemas de mallas anidadas. La validación del sistema se basó en comparaciones con boyas propiedad del Centro Nacional de Datos de Boyas. El proceso de anidamiento consistió en generar una malla que cubre la totalidad del Atlántico Tropical (hemisferio norte), donde se simularon vientos a diez metros de altura en relación con el nivel de la superficie (con el modelo MM5); esta información se transfiere al modelo de oleaje global WAM, que abarca aguas profundas, con el que simula en una malla interna el oleaje que a su vez contiene mallas internas, a las que se les transfiere condiciones iniciales y de frontera, para simular oleaje en aguas someras. El sistema POMA fue verificado mediante diversos eventos; en este artículo se muestran tres casos con características de viento diferentes: 1) situación de calma, 2) frente frío y 3) huracán. Los resultados se despliegan automáticamente en una página Web de acceso restringido, visualizándose dos mallas internas en costas mexicanas: Caribe y Golfo de México. El sistema tiene la capacidad de incorporar nuevas mallas anidadas en sitios con interés regional.

Viento Oleaje Modelos acoplados CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA

Modelo de la calidad del agua en redes de distribución con flujo permanente

Velitchko Tzatchkov FELIPE IGNACIO ARREGUIN CORTES (1996, [Artículo])

Se presenta una metodología para la simulación de la calidad del agua potable en redes de distribución, estructurada con un modelo hidráulico y un modelo fisicoquímico. Considerando flujo y concentraciones permanentes y redes con varias fuentes, se presentan algoritmos para los siguientes casos: a) cálculo de la concentración en los nodos con sustancias conservativas y no conservativas; b) cálculo de la contribución de cada fuente sobre el consumo en los nodos; c) tiempo mínimo de residencia del agua en la red. Se propone una variante del algoritmo de Dijkstra del análisis combinatorio; d) tiempo máximo de residencia del agua en la red. Se propone una variante del algoritmo de Ford-Bellman del análisis combinatorio; e) tiempo promedio de residencia del agua. Se comenta el programa MOCARD, el cual realiza los algoritmos propuestos.

Redes de distribución de agua Modelos matemáticos Calidad del agua Simulación INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA

Modelo hidráulico para redes de agua potable con tomas domiciliarias

FELIPE IGNACIO ARREGUIN CORTES (2002, [Artículo])

Se presenta un modelo de simulación hidráulica para redes de agua potable en el cual se incluyen elementos que no se toman en cuenta actualmente, como las tomas domiciliarias, los tubos de distribución con gasto espacialmente variado y la red secundaria, resolviendo el número de ecuaciones que sería necesario plantear en un modelo convencional mediante un procedimiento indirecto para la solución de grandes sistemas de ecuaciones. En las tomas domiciliarias se considera que su funcionamiento depende de las presiones y la forma en que los usuarios operan las llaves de las mismas. Este planteamiento permite conocer mejor el funcionamiento de las redes de abastecimiento de agua potable y solucionar problemas que requieren de una simulación hidráulica más precisa, como el comportamiento de la calidad del agua, las fugas en las redes y la influencia reguladora de los tinacos de las casas.

Redes de distribución de agua Modelos hidráulicos Tomas domiciliarios Tubos a presión INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA

Big data, small explanatory and predictive power: Lessons from random forest modeling of on-farm yield variability and implications for data-driven agronomy

Martin van Ittersum (2023, [Artículo])

Context: Collection and analysis of large volumes of on-farm production data are widely seen as key to understanding yield variability among farmers and improving resource-use efficiency. Objective: The aim of this study was to assess the performance of statistical and machine learning methods to explain and predict crop yield across thousands of farmers’ fields in contrasting farming systems worldwide. Methods: A large database of 10,940 field-year combinations from three countries in different stages of agricultural intensification was analyzed. Random effects models were used to partition crop yield variability and random forest models were used to explain and predict crop yield within a cross-validation scheme with data re-sampling over space and time. Results: Yield variability in relative terms was smallest for wheat and barley in the Netherlands and for wheat in Ethiopia, intermediate for rice in the Philippines, and greatest for maize in Ethiopia. Random forest models comprising a total of 87 variables explained a maximum of 65 % of cereal yield variability in the Netherlands and less than 45 % of cereal yield variability in Ethiopia and in the Philippines. Crop management related variables were important to explain and predict cereal yields in Ethiopia, while predictive (i.e., known before the growing season) climatic variables and explanatory (i.e., known during or after the growing season) climatic variables were most important to explain and predict cereal yield variability in the Philippines and in the Netherlands, respectively. Finally, model cross-validation for regions or years not seen during model training reduced the R2 considerably for most crop x country combinations, while for wheat in the Netherlands this was model dependent. Conclusion: Big data from farmers’ fields is useful to explain on-farm yield variability to some extent, but not to predict it across time and space. Significance: The results call for moderate expectations towards big data and machine learning in agronomic studies, particularly for smallholder farms in the tropics where model performance was poorest independently of the variables considered and the cross-validation scheme used.

Model Accuracy Model Precision Linear Mixed Models CIENCIAS AGROPECUARIAS Y BIOTECNOLOGÍA MACHINE LEARNING SUSTAINABLE INTENSIFICATION BIG DATA YIELDS MODELS AGRONOMY

Modelo de calidad del agua en redes de distribución

Velitchko Tzatchkov Arreguin Felipe (2004, [Artículo])

Se presenta un modelo de calidad del agua potable en una red de distribución, el cual incluye las tuberías de tres pulgadas de diámetro y mayores. La aplicación se realizó en la zona norte de Culiacán, Sinaloa, México, que cuenta con una población de 61,500 habitantes. Se determinó la constante de primer orden de reacción del cloro con el agua ka= 0.0988 horas-1 y la de reacción con la pared del tubo kp = 0.4140 m/día, para un diámetro de 16 pulgadas, y kp = 0.1509 m/día para 10 pulgadas. Con lo anterior, para el caso de la ciudad de Culiacán, los valores del coeficiente total de decaimiento k son de 0.2478 a 0.189 horas-1. La comparación de resultados entre medición y modelo muestra que en 70.83% del total de los puntos se tienen diferencias menores al 25%. En la región uno del sitio de aplicación, los resultados presentan diferencias menores al 20% en el 90% de los nodos.

Calidad del agua Redes de distribución de agua Modelos matemáticos Decaimiento del cloro INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA

Análisis de la precipitación inducida por forzamiento orográfico, ante el paso de frentes fríos en la porción norte de Chiapas y Sierra de Tabasco

JORGE ENRIQUE HERNANDEZ CARRILLO (2019, [Tesis de maestría])

Tesis (Maestro en Ciencias y Tecnología del Agua) -- Instituto Mexicano de Tecnología del Agua. Coordinación de Desarrollo Profesional e Institucional. Subcoordinación de Posgrado.

El objetivo de la investigación fue verificar de forma objetiva la metodología empírica de pronóstico utilizada en el CHMRTG, mediante el uso de técnicas estadísticas que identifiquen el grado asociación de las variables modeladas de razón de mezcla y viento, con la lámina de precipitación observada, debido al paso de frentes fríos en la porción norte de Chiapas y la sierra de Tabasco. En función de los resultados, recomendar su uso o desestimación de dicha herramienta, en el análisis y pronóstico meteorológico.

Factores meteorológicos Medidas de precipitación Modelos matemáticos CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA