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Use este identificador para citar ou linkar para este item: http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/23410
Tipo do documento: Tese
Título: Uso de modelos de aprendizado de máquina para previsão de movimentos de massa na Cidade do Rio de Janeiro
Título(s) alternativo(s): Predicting landslides from machine learning models: a case in the city of Rio de Janeiro
Autor: Chaves, Fabiana Leão 
Primeiro orientador: Gerscovich, Denise Maria Soares
Primeiro coorientador: Mello Junior, Harold Dias de
Primeiro membro da banca: Coutinho, Roberto Quental
Segundo membro da banca: Futai, Marcos Massao
Terceiro membro da banca: Pacheco, Marcus Peigas
Quarto membro da banca: Leite, Karla Tereza Figueiredo
Quinto membro da banca: Danziger, Bernadete Ragoni
Resumo: Movimentos de massa são fenômenos recorrentes em regiões montanhosas e sua taxa de ocorrência se intensifica em períodos chuvosos. Modelos de correlação entre precipitação e movimentos de massa são fundamentados na teoria de tensões efetivas e têm sido utilizados como ferramentas de mitigação dos efeitos catastróficos, que movimentos de massa podem causar. Tais modelos possuem, predominantemente, natureza empírica e, independentemente de sua tipologia, são desenvolvidos a partir de banco de dados. Atualmente na cidade do Rio de Janeiro, está em operação o Sistema Alerta Rio que é baseado em modelo gráfico e adota acumuladas de precipitação para acionamento de sirenes e evacuação de áreas de risco. Nesta tese, com objetivo de apresentar alternativa ou complemento ao modelo gráfico em operação e tomando-se os bancos de dados de movimentos de massa e de precipitação, do período de 2009 a 2015 da cidade do Rio de Janeiro, foram construídos classificadores a partir dos modelos Floresta Aleatória (Random Forest - RF), Máquina de Vetores-Suporte (Support Vector Machine - SVM) e Perceptron Multicamadas (Multi-Layer Perceptron - MLP). Cada modelo foi treinado, validado e testado considerando-se o período de 96h de chuvas. A adoção deste intervalo temporal permite a incorporação da chuva precipitada na data (24h) de ocorrência do movimento de massa e, também, da chuva antecedente que se precipitou nas 72h anteriores à data de ocorrência do movimento de massa. Concernente aos modelos desenvolvidos, o classificador RF apresentou melhores resultados do que os classificadores SVM ou MLP. Sendo assim, pode-se dizer que o modelo Floresta Aleatória – RF sinaliza melhor desempenho, embora, de modo geral, os erros de validação e de teste dos modelos indiquem que eles não atingiram o desempenho desejado. Ademais, o estudo realizado nesta pesquisa evidencia a importância de bancos de dados disponíveis para construção de modelos, principalmente daqueles fundamentados em técnicas de aprendizado de máquina, uma vez que a evolução de desempenho de tais modelos está diretamente relacionada à quantidade e à qualidade de dados para realização de treinamento, validação e teste. No caso em questão, a existência de mais dados relacionados a movimentos de massa poderia resultar em melhor desempenho e consequentemente em maior confiança do modelo.
Abstract: Landslides are recurring phenomena in mountainous regions, and their rate of occurrence intensifies during rainy periods. Correlation models of precipitation vs. landslides are based on the Theory of Effective Stress and have been playing a role as tools to mitigate the catastrophic effects of landslide occurrences. Such models are predominantly empirical, and, regardless of their typology, they are developed from a database. Currently, in the city of Rio de Janeiro, the Alerta Rio System is based on a graphic correlation model and uses the rate of precipitation as a reference to trigger sirens and evacuate risky areas. The main objective of this research is to propose a classifier as an alternative or as na complement to the present model in operation by adopting the databases of landslides and precipitation from the period 2009 to 2015 in the city of Rio de Janeiro. The best classifier model will be chosen among three distinct models built by three different algorithms: Random Forest (RF), Support Vector Machine (SVM) and Multi-Layer Perceptron (MLP). Each model is trained, validated and tested considering a period of 96 hours, which allows the incorporation of the precipitation of the date (24 hours) of the landslide occurrence and also the preceding rain that precipitated within 72 hours prior to the date of the landslide occurrence. Regarding the models developed, the RF classifier presented better results than the SVM or MLP classifiers. Therefore, it can be said that the Random Forest (RF) shows better performance, although, in general, the validation and testing errors of the models indicate that they did not achieve the intended performance. Furthermore, the study carried out in this research highlights the importance of the database available for building models based on machine learning techniques, mainly due to the fact that the performance evolution of such models is related to the quantity and quality of data for carrying out training, validation and testing. In the case in question, the existence of more data related to landslides could result in better performance and, consequently, greater confidence in the model.
Palavras-chave: Engenharia civil
Mecânica do solo - Previsão
Chuvas
Solos - Inundação
Aprendizado do computador
Civil engineering
Soil mechanics - Forecasting
Rain and rainfall
Waterlogging (Soils)
Machine learning
Área(s) do CNPq: ENGENHARIAS::ENGENHARIA CIVIL::GEOTECNICA
Idioma: por
País: Brasil
Instituição: Universidade do Estado do Rio de Janeiro
Sigla da instituição: UERJ
Departamento: Centro de Tecnologia e Ciências::Faculdade de Engenharia
Programa: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil
Citação: CHAVES, Fabiana Leão. Uso de modelos de aprendizado de máquina para previsão de movimentos de massa na Cidade do Rio de Janeiro. 2024. 262 f. Tese (Doutorado em Engenharia Civil) - Faculdade de Engenharia, Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2024.
Tipo de acesso: Acesso Aberto
URI: http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/23410
Data de defesa: 25-Jul-2024
Aparece nas coleções:Doutorado em Engenharia Civil



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