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Tipo do documento: Dissertação
Título: Lineamentos topográficos em modelos digitais de elevação: Uma comparação entre extração manual e computacional usando redes neurais convolucionais com arquitetura U-Net
Título(s) alternativo(s): Topographic lineaments in digital elevation models: A comparison between manual and computational extraction using convolutional neural networks with U-Net architecture
Autor: Cezar, Pedro Rossi
Primeiro orientador: Almeida, Júlio Cesar Horta de
Primeiro coorientador: Pires Filho, Antônio de Pádua Cunha
Segundo coorientador: Araújo, Mário Neto Cavalcanti de
Primeiro membro da banca: Rodrigues, Sérgio Williams de Oliveira
Segundo membro da banca: Calderón Filho, César José
Terceiro membro da banca: Tupinambá, Miguel
Resumo: Lineamentos topográficos presentes em modelos digitais de elevação oferecem boas indicações sobre estruturas e litotipos. Para extrair informação útil desses dados a interpretação é uma etapa crucial, tradicionalmente feita manualmente por um geocientista, em um processo repetitivo e demorado, sujeito a vieses e passível de causar lesões por esforço repetitivo. Recentes avanços na aplicação de aprendizado de máquina com redes neurais convolucionais profundas (RNCPs) têm mostrado potencial de reduzir drasticamente o tempo necessário para a obtenção de lineamentos e reduzir a subjetividade da interpretação de modelos digitais de elevação (MDE). Neste trabalho analisamos a região central da Faixa de dobramentos Ribeira, SE do Brasil e comparamos os resultados de interpretações manuais e extrações de lineamentos feitas por uma RNCP com arquitetura U-Net treinada com dados de uma região próxima. Além disso, examinamos os vieses e limitações do método manual, como variação de critérios de mapeamento, mudanças na motivação, experiência prévia, assim como as limitações relacionadas ao método computacional, como a quantidade de dados disponíveis para o treinamento, nível de ruído dos resultados e sobreajuste. Os resultados mostram que as RNCPs têm a capacidade de produzir lineamentos de forma satisfatória, em uma fração do tempo necessário para interpretação manual, no entanto, a busca de arquiteturas e hiperparâmetros adequados também pode consumir muito tempo. As RNCPs são uma poderosa ferramenta, mas não dispensam a interação com o geocientista que deve construir, treinar e criticar os resultados obtidos.
Abstract: Topographic lineaments seen on digital terrain models (DTM) provide good insights into geological features. To extract useful information from these data interpretation is a crucial step and is traditionally done manually by a geoscientist in a repetitive and time-consuming process, prone to human bias and repetitive stress injury. Recent developments in the application of machine learning techniques that use deep convolutional neural networks (DCNNs) have shown capability to drastically reduce the lineaments interpretation life cycle in digital elevation models (DEM), as well as reduce some bias and intrinsic subjectivity. In this work we analyze Ribeira fold belt central region, SE Brazil, and compare manual lineament interpretation with the ones obtained by a DCNN with U-Net architectures trained with data from a nearby area. Furthermore, we examine the biases and limitations regarding the manual method, such as changes in interpretation criteria, motivation and previous experience, the ones related to computers, such as the available data for the training, output noise levels and overfitting. Results show that DCNNs can be used to produce satisfactory lineaments, in fraction of the time required for manual interpretation. However, the search for ideal architectures and hyperparameters may also take a long time. DCNNs are a powerful tool but doesn’t eliminate the interaction with geoscientists that must construct, train, and critically assess its results.
Palavras-chave: Lineamentos topográficos
Modelo digital de elevação
Redes neurais convolucionais
Aprendizado de máquina
Interpretação manual
Topographic lineaments
Digital elevation model
Convolutional neural networks
Machine learning
Manual interpretation
Área(s) do CNPq: CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::GEOCIENCIAS::GEOLOGIA
Idioma: por
País: Brasil
Instituição: Universidade do Estado do Rio de Janeiro
Sigla da instituição: UERJ
Departamento: Centro de Tecnologia e Ciências::Faculdade de Geologia
Programa: Programa de Pós-Graduação em Geociências
Citação: CEZAR, Pedro Rossi. Lineamentos topográficos em modelos digitais de elevação: Uma comparação entre extração manual e computacional usando redes neurais convolucionais com arquitetura U-Net. 2024. 74 f. Dissertação (Mestrado em Geociências) - Faculdade de Geologia, Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2024.
Tipo de acesso: Acesso Aberto
URI: http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/23248
Data de defesa: 20-Mar-2024
Aparece nas coleções:Mestrado em Geociências



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