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Estimation of Water Quality Parameters through a Combination of Deep Learning and Remote Sensing Techniques in a Lake in Southern Chile
Indexado
WoS WOS:001064261900001
Scopus SCOPUS_ID:85170359220
DOI 10.3390/RS15174157
Año 2023
Tipo artículo de investigación

Citas Totales

Autores Afiliación Chile

Instituciones Chile

% Participación
Internacional

Autores
Afiliación Extranjera

Instituciones
Extranjeras


Abstract



In this study, we combined machine learning and remote sensing techniques to estimate the value of chlorophyll-a concentration in a freshwater ecosystem in the South American continent (lake in Southern Chile). In a previous study, nine artificial intelligence (AI) algorithms were tested to predict water quality data from measurements during monitoring campaigns. In this study, in addition to field data (Case A), meteorological variables (Case B) and satellite data (Case C) were used to predict chlorophyll-a in Lake Llanquihue. The models used were SARIMAX, LSTM, and RNN, all of which showed generally good statistics for the prediction of the chlorophyll-a variable. Model validation metrics showed that all three models effectively predicted chlorophyll as an indicator of the presence of algae in water bodies. Coefficient of determination values ranging from 0.64 to 0.93 were obtained, with the LSTM model showing the best statistics in any of the cases tested. The LSTM model generally performed well across most stations, with lower values for MSE (< 0.260 (mu g/L)2), RMSE (< 0.510 ug/L), MaxError (< 0.730 mu g/L), and MAE (< 0.442 mu g/L). This model, which combines machine learning and remote sensing techniques, is applicable to other Chilean and world lakes that have similar characteristics. In addition, it is a starting point for decision-makers in the protection and conservation of water resource quality.

Revista



Revista ISSN
Remote Sensing 2072-4292

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Disciplinas de Investigación



WOS
Remote Sensing
Scopus
Earth And Planetary Sciences (All)
SciELO
Sin Disciplinas

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Publicaciones WoS (Ediciones: ISSHP, ISTP, AHCI, SSCI, SCI), Scopus, SciELO Chile.

Colaboración Institucional



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Autores - Afiliación



Ord. Autor Género Institución - País
1 Lopez Lien, Rodriguez Mujer Universidad San Sebastián - Chile
2 Usta, David Bustos Hombre Universidad de Concepción - Chile
3 Duran-Llacer, Iongel - Universidad Mayor - Chile
4 Alvarez, Lisandra Bravo Mujer Universidad de Concepción - Chile
5 Yepez, Santiago Hombre Universidad de Concepción - Chile
6 Bourrel, Luc - Univ Toulouse - Francia
Géosciences Environnement Toulouse - Francia
7 Frappart, Frederic Hombre Univ Bordeaux - Francia
Université de Bordeaux - Francia
8 URRUTIA-PEREZ, ROBERTO ENRIQUE Hombre Universidad de Concepción - Chile

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Financiamiento



Fuente
Fondo Nacional de Desarrollo Científico y Tecnológico
Centro de Recursos Hídricos para la Agricultura y la Minería
CRHIAM
ANID's Fondecyt Regular
ANID’s Fondecyt

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Agradecimientos



Agradecimiento
This research was funded by CRHIAM (ANID/FONDAP/15130015) and with the collaboration of the Chilean government through ANID's Fondecyt Regular Project 1221091.
L.R.-L. is grateful to the Centro de Recursos Hídricos para la Agricultura y la Minería (CRHIAM) (Project ANID/FONDAP/15130015) and S.Y. is grateful for ANID’s support through the Fondecyt Regular Project 1221091.
L.R.-L. is grateful to the Centro de Recursos Hídricos para la Agricultura y la Minería (CRHIAM) (Project ANID/FONDAP/15130015) and S.Y. is grateful for ANID’s support through the Fondecyt Regular Project 1221091.

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