Baixe o app para aproveitar ainda mais
Prévia do material em texto
Amostragem Aleatória Estratificada Universidade Federal de Rondônia Departamento de Engenharia Florestal Campus Rolim de Moura INVENTÁRIO FLORESTAL UNIDADE IV – Processos de Amostragem Prof. MSc. Karen Janones da Rocha karenrocha@unir.br 4. Processos de Amostragem 4.1 Introdução É a abordagem sobre um conjunto de unidades amostrais MÉTODO DE AMOSTRAGEM PROCESSO DE AMOSTRAGEM É a abordagem da população referente a uma única unidade amostral 4. Processos de Amostragem 4.1 Introdução PROCESSOS DE AMOSTRAGEM Amostragem Aleatória Simples Amostragem Estratificada Amostragem Sistemática Amostragem em dois estágios Amostragem em Conglomerados Amostragem Sistemática com múltiplos estágios aleatórios Amostragem em Múltiplas Ocasiões 4. Processos de Amostragem 4.2 Amostragem Aleatória Estratificada Se a variável de interesse tender a heterogeneidade a amostragem estratificada será um processo de amostragem mais eficiente Povoamentos em diferentes idades 4.2 Amostragem Aleatória Estratificada Composição de espécies diversificada Espaçamentos diferenciados Topografias irregulares Entre outras fontes de variação 4. Processos de Amostragem A determinação dos estratos é feita em função das características peculiares da população florestal, onde, em muitos casos, os estratos já estão fisicamente definidos, como no caso de povoamentos florestais plantados com talhões de diferentes idades 4.2 Amostragem Aleatória Estratificada 4. Processos de Amostragem A amostragem estratificada consiste em dividir uma população de tamanho ‘N’ em ‘L’ subpopulações constituídas de N1, N2, N3,..., NL unidades, tal que não haja superposição e, juntas, totalizem a população de tamanho N, ou seja: 4.2 Amostragem Aleatória Estratificada L h hNN 1 Tal que h=1, ...,L 4. Processos de Amostragem As subpopulações, denominadas estratos, devem ter os valores de Nh conhecidos, pois dentro de cada estrato, separadamente, seleciona- se uma amostra de tamanho nh. A grandeza amostral para população será igual a: 4.2 Amostragem Aleatória Estratificada Lnnnn ....21 4. Processos de Amostragem 4.2 Amostragem Aleatória Estratificada 71 nnh 16n 4. Processos de Amostragem 4.2 Amostragem Aleatória Estratificada A maior parte da variação total deve se dar entre os estratos e não dentro deles RECOMENDAÇÕES Em inventários florestais, a amostragem estratificada é recomendada para estudo de populações florestais que apresentem heterogeneidade entre as subpopulações com referência à variável de interesse 4.2.1 Recomendações da Amostragem Aleatória Estratificada 4. Processos de Amostragem Neste caso, a estratificação pode propiciar um aumento no grau de precisão do inventário, pois, torna possível subdividir uma população heterogênea em estratos que, individualmente, sejam homogêneos, resultando em ganho de eficiência e redução de custos quando comparado a outros processos 4.2.1 Recomendações da Amostragem Aleatória Estratificada 4. Processos de Amostragem VANTAGENS Estimativas separadas de médias e variâncias podem ser obtidas para cada subdivisão da floresta, ou estrato 4.2.2 Vantagens e desvantagens da Amostragem Aleatória Estratificada 4. Processos de Amostragem Com a mesma intensidade amostral, a estratificada se mostra mais precisa quando comparada à Amostragem Aleatória Simples DESVANTAGENS O tamanho de cada estrato deve ser conhecido, ou no mínimo, uma estimativa razoável seja disponível 4.2.2 Vantagens e desvantagens da Amostragem Aleatória Estratificada 4. Processos de Amostragem As unidades amostrais devem ser tomadas em cada estrato, dos quais se queira obter estimativas 1. Estratificação da variável de interesse É realizada em função da magnitude do valor da variável de interesse, obtendo-se ganho de precisão quando houver variação sensível entre os estratos definidos 4.2.3 Tipos de Estratificação 4. Processos de Amostragem O volume, normalmente, representa a variável principal do inventário 2. Estratificação administrativa O objetivo é de obter informações setorizadas por área de interesse, ou simplesmente para organização do trabalho 4.2.3 Tipos de Estratificação 4. Processos de Amostragem Ex.: unidades de produção (talhão, secção...), projetos de reflorestamento 3. Estratificação tipológica É aplicada com o objetivo de se obter informações particulares de cada tipo florestal, que são perfeitamente caracterizados e facilmente reconhecidos em campo 4.2.3 Tipos de Estratificação 4. Processos de Amostragem Comumente utilizada em florestas nativas, e muitas vezes coincide com a estratificação em volume 4. Pré-Estratificação É a divisão da população em estratos realizada antes da coleta de dados. Desse modo, a amostragem é estruturada para cada estrato individualmente 4.2.3 Tipos de Estratificação 4. Processos de Amostragem Topografia, diferentes idades, diferentes espécies, ... Utiliza-se de geotecnologias 5. Pós-Estratificação É a divisão em estratos efetuada após a coleta de dados. Em geral, a pós-estratificação decorre da identificação da variabilidade da população durante os trabalhos de amostragem, permitindo a delimitação dos estratos “in loco” 4.2.3 Tipos de Estratificação 4. Processos de Amostragem Clareiras, trilhas de arraste, quebra de copas pelo vento, fogo, ... 4.2.4 Determinação do Número de Estratos 4. Processos de Amostragem NÚMERO DE ESTRATOS Caso exista diferença estatística significativa entre os estratos, a variabilidade terá uma tendência a estabilizar, ou seja, ponto onde é determinado o número ideal de estratos que geralmente ocorre entre seis e dez estratos X BBY 1 10 em que ‘X’ é L número de estratos e ‘Y’ é a razão entre a variância da média da amostragem estratificada e a variância da média da amostragem aleatória 4.2.5 Critérios utilizados na Estratificação 4. Processos de Amostragem CRITÉRIOS Necessidade de obtenção de resultados por estrato Proporciona aumento na precisão quando comparado à aleatória Facilita a execução do trabalho Diferenciação dos problemas 4.2.6 Precisão das Amostragens Estratificada e Aleatória 4. Processos de Amostragem Precisão da Estratificada X Aleatória Quando a estratificação é utilizada corretamente, resulta em uma menor variância para os valores da média e total estimados (grandeza similar) Porém, nem toda amostra estratificada resulta em variância menor que uma AAS 4.2.6 Precisão das Amostragens Estratificada e Aleatória 4. Processos de Amostragem Precisão da Estratificada X Aleatória A variância da média da amostragem aleatória simples será maior que a da estratificada quando as médias entre os estratos forem estatisticamente diferentes entre si ANÁLISE DE VARIÂNCIA DA ESTRATIFICAÇÃO 4.2.6 Precisão das Amostragens Estratificada e Aleatória 4. Processos de Amostragem Análise de Variância da Estratificação 4.2.6 Precisão das Amostragens Estratificada e Aleatória 4. Processos de Amostragem Análise de Variância da Estratificação 4.2.6 Precisão das Amostragens Estratificada e Aleatória 4. Processos de Amostragem Análise de Variância da Estratificação A estratificação será eficiente se existir diferenças estatísticas significativas entre as médias dos estratos F for significativo 4.2.7 Intensidade de Amostragem 4. Processos de Amostragem Intensidade Ideal de Amostragem Aintensidade de amostragem é calculada em função do tipo de alocação das unidades amostrais nos estratos, ou seja: ALOCAÇÃO PROPORCIONAL OU ÓTIMA O número de unidades de amostra é proporcional ao tamanho do estrato 4.2.7 Intensidade de Amostragem 4. Processos de Amostragem Intensidade Ideal de Amostragem População finita L h hh L h hh N sW tE sWt n 1 2 22 1 22 População infinita 2 2 1 2 E sWt n h L h h 4.2.7 Intensidade de Amostragem 4. Processos de Amostragem Intensidade Ideal de Amostragem A intensidade de amostragem calculada é distribuída proporcionalmente em cada estrato, por meio da expressão: nWn N N n h h h 4.2.7 Intensidade de Amostragem 4. Processos de Amostragem Intensidade Ideal de Amostragem Na alocação ótima, a definição da intensidade ideal de amostragem ‘n’ e as grandezas amostrais ‘nh’ são definidas tendo em vista tornar mínimo o valor da variância da média estratificada dentro de um determinado limite de custo ou tornar mínimo o custo para um valor fixado da variância da média 2 estx S 4.2.7 Notação 4. Processos de AmostragemNOTAÇÃO L = número de estratos Nh = número potencial de unidades do estrato (h) = número total potencial de unidades de amostra da população L h hNN 1 nh = número de unidades amostrais no estrato (h) = número total potencial de unidades de amostra da população L h hnn 1 4.2.7 Notação 4. Processos de AmostragemNOTAÇÃO = proporção do estrato (h) na população (peso do estrato) = proporção do estrato (h) na amostra total Ah = área do estrato (h) = área total da população A A N N W hhh n n w hh L h hAA 1 4.2.7 Notação 4. Processos de AmostragemNOTAÇÃO = fração amostral do estrato (h); = fração amostral da população Xih = variável de interesse NÃO ESQUEÇA: h é o índice que indica o estrato h h h N n f N n f a1) Média por estrato 4.2.8 Parâmetros e Estimadores 4. Processos de Amostragem h n i ih h n x x h 1 a2) Média estratificada a) Média h L h h L h hh st xW N xN x 1 1 Corresponde à média ponderada pelos L estratos da variável amostrada Xih b1) Variância por estrato 4.2.8 Parâmetros e Estimadores 4. Processos de Amostragem b2) Variância estratificada b) Variância 1 1 2 2 h n i hih h n xx s h L h hhst sWs 1 22 c1) População infinita 4.2.8 Parâmetros e Estimadores 4. Processos de Amostragem c2) População finita c) Variância da média L h h h hstx n s Ws 1 2 22 h L h h h hstx f n s Ws 1 1 2 22 ou L h hh L h h h hstx N sW n s Ws 1 2 1 2 22 h h h N n f Em que: 4.2.8 Parâmetros e Estimadores 4. Processos de Amostragem - Erro Absoluto d) Erro Padrão da média 2 stxstx ss e) Erro de Amostragem stxa tsE - Erro Relativo 100 st stx r x ts E Recalcular o número de Graus de Liberdade ! ! ! 4.2.8 Parâmetros e Estimadores 4. Processos de Amostragem f) Número efetivo de Graus de Liberdade L h h hh L h hh e n sg sg n 1 42 2 1 2 1 h hhh h n nNN g em que: O número de graus de liberdade que determina o valor de (t) está situado entre o menor dos valores (nh – 1) e o somatório dos (nh) g) Intervalo de Confiança para a Média 4.2.8 Parâmetros e Estimadores 4. Processos de Amostragem h) Intervalo de Confiança por hectare PtsxtsxIC stxststxst em que: p h a A =F PFtsxFtsxIC stxststxst i) Total por estrato hhh xNX ˆ P = 95% de confiança j) Total da População 4.2.8 Parâmetros e Estimadores 4. Processos de Amostragem k) Intervalo de Confiança para o Total st L h h xNXX 1 ˆˆ PNtsXXNtsXIC stxstx ˆˆ P = 95% de confiança Área Total de 45 hectares; Unidades de amostra de 0,1 hectare; Estratificação por idade (3 idades) Área do estrato 1 = 14,4 ha; Área do estrato 2 = 16,4 ha; Área do estrato 3 = 14,2 ha a b c d e f g h i j k l m n o 1 8 9,2 9,6 9,4 9 8,5 7,3 6,3 8,3 10,1 11,5 15,6 8,7 10,9 11,1 2 9,9 6,9 10,2 10,3 9,1 12,3 8,3 12,8 6,8 9,8 8,6 8,8 9,5 9,7 7,4 3 8,6 6,9 8,5 12,7 9,8 10,2 9,8 17,9 7,1 11,6 9,8 10,1 8,8 12,5 11 4 8,1 8,9 12,2 11 8 9,9 18,4 8,1 8,5 11,4 19,1 13,2 12,2 11 15,6 5 13,1 11,5 9,2 7,6 13,6 15,7 9,5 8 8,9 8,5 12,6 10,6 10,4 14,4 11,6 6 16,2 10 11,8 9 11,6 8,3 16,3 9,5 10,7 12,5 14,5 16,2 8,7 22,5 25,5 7 16,6 16,4 19,1 19 16,5 15,5 18,6 18,8 15,6 10,8 11,6 17,7 22,9 14,9 12,7 8 18,5 22,7 17,1 23,9 18,5 11,4 13,8 18,6 23,2 21,3 14,7 12,5 15,9 17 19,7 9 21,6 10,1 14,8 15,1 14,9 15,9 15,8 18,4 14,2 18 15,9 12,6 16,2 19,9 15,6 10 18,9 19,7 13,2 13,7 16 19 16,5 24 12,5 25,8 20,5 21,4 20,4 15,7 28,4 11 23,6 26,9 17,2 23,7 24,3 21,3 21,3 20,5 24,4 23 22,9 23,8 24 31 28,4 12 27,3 17,6 21,7 19,4 31,4 22,1 20,1 19,3 23,9 18,4 16,2 17,3 21,6 21,1 25,4 13 19,7 27,9 22,5 18,4 23,7 16,9 22,8 20,4 25,3 27,1 21 23,2 19,5 32,2 20,9 14 24,6 25,6 24,9 18 23,1 22,9 18,8 19,9 20 24,2 22,1 27,4 30,7 27,2 19,1 15 30,6 28,1 24,8 29,4 18,7 19,6 27,8 24,1 27,2 28,7 26,3 22,9 30,5 24,1 24,4 16 26,7 22,3 28,4 21,3 23,9 23,5 20,3 24,6 30,7 26,4 23,6 19,9 22,7 21,9 17,6 17 20,4 25,6 27,3 24,6 27,9 25,9 19,2 22,1 29,4 28,2 29,1 23,2 19,9 25,9 23,6 18 25,3 22,8 25,9 26,3 29,2 23,9 22,3 33,5 35,9 25,9 31,9 24,4 30,7 35,1 29,5 19 28 25,6 29,2 38,6 28,9 32,7 28,3 21,9 23,2 34,9 32,6 26,2 22,9 25,3 33,1 20 32,4 27,3 36,5 26,8 23,2 26,6 24,9 31,7 29,8 29,2 24,6 35,8 22,6 30,5 33,8 21 30,1 26,8 32,3 27,6 28,9 34,7 23,1 27,8 20,5 28,4 21,3 24,3 21,4 33,9 29,6 22 40,2 24,1 36 39,9 27,8 34,6 24,7 27,9 25,3 36,6 24,8 33,5 28,3 24,9 22,9 23 22,6 25,5 22,9 24,7 26,9 24,2 26,7 20,7 23,3 31,7 33,6 22,5 28,7 20,7 22,9 24 30,5 25,5 25,7 21 26,5 27 33,7 30,7 31,8 22,8 31,4 32,1 22,4 29,7 23,8 25 26,7 23,9 29,8 24,8 30,9 27,9 26,9 25,3 26,1 31,8 27,1 32,2 21,8 23,4 28 26 31,8 30,6 32,7 32 25,5 25,8 24,2 22,8 26,6 29,2 30,9 26,3 26,2 37,9 32,2 27 31,8 32,9 24,8 28,7 26,7 27,3 33,9 34,5 27,2 28,3 34,8 22,1 30,7 26,2 28 28 29,2 41,5 28,7 25,9 25,5 26,6 38,4 33,6 36,3 31,1 26,7 31,3 33 23,2 23,5 29 25,5 31,4 33,5 33,1 27,3 33,9 35,1 32,5 25,7 30,1 28,6 28,5 28,3 27,8 34,2 30 32 37,7 33,7 40 37 37,9 26,9 22,4 34,5 26,9 36,8 31,2 36,7 35,8 34,8 Inventário Piloto – volume (m³/0,1ha) n ESTRATO 1 ESTRATO 2 ESTRATO 3 COORD V COORD V COORD V 1 9-g 15,8 10-m 20,4 21-k 21,3 2 5-d 7,6 20-n 30,5 21-l 24,3 3 3-m 8,8 20-d 26,8 28-a 29,2 4 6-j 12,5 14-n 27,2 25-m 21,8 5 1-o 11,1 11-o 28,4 29-d 33,1 6 9-m 16,2 13-a 19,7 30-n 35,8 7 4-m 12,2 13-h 20,4 25-a 26,7 8 - - 21-g 23,1 - - Inventário Piloto – volume (m³/0,1ha) a) Média por estrato h n i ih h n x x h 1 c) Variância por estrato hamx 1,0/029,12 31 hamx 1,0/563,24 32 hamx 1,0/457,27 33 1 1 2 2 h n i hih h n xx s h 232 1 )1,0/(462,10 hams 232 2 )1,0/(483,17 hams 232 3 )1,0/(823,30 hams b) Média geral hamX 1,0/494,21 3 Inventário Piloto – volume (m³/0,1ha) L h hhe xxnSQ 1 2 222 495,21457,277495,21563,248495,21029,127 eSQ 2 1,0 ³364,951 ha mSQe Análise de variância da estratificação FV gl SQ QM F Entre estratos L-1 Dentro dos estratos n-L TOTAL n-1 Inventário Piloto – volume (m³/0,1ha) Análise de variância da estratificação L h n i hijd h xXSQ 1 1 2 ])029,122,12()029,126,7()029,128,15{[( 222dSQ ])563,241,23()563,245,30()563,244,20[( 222 ]})457,277,26()457,273,24()457,273,21[( 222 937,184379,122774,62 dSQ 0892,370dSQ Inventário Piloto – volume (m³/0,1ha) Análise de variância da estratificação L h n i iht h xXSQ 1 1 2)( ]222 )495,217,26()495,216,7()495,218,15[( tSQ 490,321.1tSQ FV gl SQ QM F Entre estratos 2 951,3061 475,6530 25,0344 Dentro dos estratos 19 370,0892 19,0000 TOTAL 21 1.321,3961 62,928 Inventário Piloto – volume (m³/0,1ha) Análise de variância da estratificação FV gl SQ QM F Entre estratos 2 951,3061 475,6530 25,0344 Dentro dos estratos 19 370,0892 19,0000 TOTAL 21 1.321,3961 62,928 52,30344,25 )19/2;05,0.(. tabcal FF O teste “F” indica que existe diferença significativa entre as médias dos estratos e, portanto, a estratificação trará vantagens ao inventário Inventário Piloto – volume (m³/0,1ha) Determinar a intensidade ideal de amostragem 0489,0 450 221 N n f L h h initaPopulaçãoff 98,09511,01 Peso dos estratos N N W hh 32,0 450 144 1 W 3644,0 450 164 2 W 3155,0 450 142 3 W Inventário Piloto – volume (m³/0,1ha) Determinar a intensidade ideal de amostragem Variância estratificada Média estratificada L h hh L h hh st hamxW N xN x 1 31 1,0/465,21 L h hhst hamsWs 1 2322 )1,0/(452,19 Inventário Piloto – volume (m³/0,1ha) Intensidade ideal de amostragem Tomando-se novo valor de ‘t” para 17 graus de liberdade, e recalculando “n” temos: L h hh L h hh N sW tE sWt n 1 2 22 1 22 1465,2)465,21%)(10( E 08,2)21;05,0( t 1856,17 )043,0()08,2()1465,2( )452,19()08,2( 22 2 1 n 11,2)17;05,0( t 1805,18 )043,0()11,2()1465,2( )452,19()11,2( 22 2 2 n Inventário Piloto – volume (m³/0,1ha) Intensidade ideal de amostragem nWn N N n h h h 676,5)18)(320.0(1 n 7535,6)18)(364,0(2 n 669,5)18)(316,0(3 n Inventário Piloto – volume (m³/0,1ha) Como "n" tornou-se constante, o número de unidades necessário para estimar os parâmetros da população com a precisão e confiabilidade fixadas é de 18 unidades amostrais. Tendo em vista que no inventário piloto foram coletadas 22 unidades, a princípio, o inventário piloto passa a ser o definitivo, no entanto, é necessário verificar se a distribuição das unidades nos estratos foi contemplada no inventário piloto. Inventário Piloto – volume (m³/0,1ha) Número efetivo de Graus de Liberdade L h h hh L h hh e n sg sg n 1 42 1 22 1 )( 29,818.2 7 )7144(144)( 1 111 1 n nNN g 00,198.3 8 )8164(164)( 2 222 2 n nNN g 57,738.2 7 )7142(142)( 3 333 3 n nNN g Inventário Piloto – volume (m³/0,1ha) Número efetivo de Graus de Liberdade L h hhsg 1 10222 8834255,2)94,410.8463,910.5595,484.29()( L h h hh n sg 1 09090808 42 7789995,11875346,14657128,44489371,1 1 1621,16 7789995,1 8834255,2 09 10 en Quando se faz a estratificação, deve-se recalcular o número de graus de liberdade para calcular o erro de amostragem Inventário Piloto – volume (m³/0,1ha) Variância da Média Erro Padrão da Média 8390,0 1 2 1 2 22 L h hh L h h h hstx N sW n s Ws 9160,08390,0 2 stxstx ss Inventário Piloto – volume (m³/0,1ha) Erro de Amostragem Erro de Amostragem Absoluto hamtsE stxa 1,0/9419,1)9160,0)(12,2( 3 )( Erro de Amostragem Relativo %0468,9100 465,21 9419,1 100 )( )( st x r x ts E st Intervalo de Confiança para a Média PtsxtsxIC stx st stx st ][ )()( )( %95]1,0/4069,231,0/5231,19[ 33 hamhamIC P = 95% de confiança Inventário Piloto – volume (m³/0,1ha) Total por estrato e total da população hhh xNX 3 1 732.1)029,12)(144( mX 3 2 028.4)563,24)(164( mX 3 3 899.3)457,27)(142( mX L h sth mxNXX 1 3659.9)465,21)(450( Inventário Piloto – volume (m³/0,1ha) Intervalo de Confiança para o Total PNtsXXNtsXIC stxstx ][ )()( %95]855.532.10145,785.8[ 33 mXmIC P = 95% de confiança Recapitulando .... 1. Quando se justifica utilizar a Amostragem Aleatória Estratificada? Explique sucintamente. 2. Aplique o processo de Amostragem Aleatória Simples no banco de dados apresentados na aula e compare com o processor de Amostragem Aleatória Estratificada (sorteie novas unidades amostrais para os Estratos). 4. Processos de Amostragem ENTREGAR PRÓXIMA AULA Revisão bibliográfica CAMPOS, J. C. C. e LEITE, H. G. Mensuração Florestal: Perguntas e Respostas. Universidade Federal de Viçosa, Viçosa, MG. Ed. UFV, 2013, 605p. PÉLLICO NETTO, S.; BRENA, D. Inventário florestal. Curitiba: Universidade Federal do Paraná, 1997, 316 p. QUEIROZ, W. T. Amostragem em Inventário Florestal. Universidade Federal Rural da Amazônia, UFRA. Belém, AM, 2012. 441p. NOTAS DE AULA DE INVENTÁRIO FLORESTAL DO PROFESSOR CYRO M.C. FAVALESSA. UFMT. SANQUETTA, C. R.; WATZLAWICK, L. F.; DALLA CÔRTE, A.; FERNANDES, L. A. V. Inventários florestais: planejamento e execução. Curitiba, 2009, 271 p. SCOLFORO, J. R. S.; MELLO, J. M. Inventário Florestal, Textos Acadêmicos, Lavras, UFLA/FAEPE, 2006. 561p. SOARES, C. P. B.; PAULA NETO, F.; SOUZA, A. L. Dendrometria e Inventário Florestal. Viçosa, UFV, 2009. 272p. 4. Processos de Amostragem Amostragem Aleatória Estratificada Universidade Federal de Rondônia Departamento de Engenharia Florestal Campus Rolim de Moura INVENTÁRIO FLORESTAL UNIDADE IV – Processos de Amostragem Prof. MSc. Karen Janones da Rocha karenrocha@unir.br
Compartilhar