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http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/23907
Tipo do documento: | Dissertação |
Título: | Análise temporal da qualidade das águas do médio Paraíba do Sul no período (2012-2022) |
Título(s) alternativo(s): | Temporal analysis of water quality in the middle Paraíba do Sul region during the period (2012–2022) |
Autor: | Abraão, Ricardo Pereira ![]() |
Primeiro orientador: | Sampaio, Nilo Antonio de Souza |
Primeiro coorientador: | Von Muhlen, Carin |
Primeiro membro da banca: | Santos, Ana Sílvia Pereira |
Segundo membro da banca: | Costa, Antônio Fernando Branco |
Terceiro membro da banca: | Abreu, Laura Dutra de |
Resumo: | O objetivo deste estudo é prever com precisão a qualidade da água em pontos estratégicos de monitoramento ao longo de uma década, por meio da utilização combinada de métodos estatísticos e inteligência artificial. Esta pesquisa interdisciplinar se destaca pela aplicação inovadora de Redes Neurais de Regressão Generalizada (GRNN), implementadas no software estatístico R, para a previsão da qualidade da água em nove pontos específicos ao longo do Rio Paraíba do Sul. Esses pontos foram selecionados estrategicamente com base na relevância ambiental e na disponibilidade de dados históricos confiáveis. Após a definição dos pontos de estudo, foram coletados dados hidrológicos e ambientais detalhados a partir do banco de dados do INEA (Instituto Estadual do Ambiente). Esses dados passaram por um rigoroso processo de pré-processamento e tratamento estatístico, utilizando-se métodos como Análise de Variância (ANOVA) e Regressão Linear Múltipla para identificar variáveis significativas e tendências relevantes. Em seguida, os dados foram utilizados como base para o treinamento e validação dos modelos de redes neurais artificiais, com destaque para a arquitetura GRNN. A eficácia dos modelos foi avaliada por meio de métricas robustas, como RMSE, R² e MAPE, comprovando sua confiabilidade preditiva. Um diferencial importante deste trabalho é a integração entre ciência ambiental e técnicas avançadas de automação e análise de dados – áreas nas quais o autor possui sólida experiência profissional. Com base em uma trajetória consolidada em automação industrial, instrumentação e sistemas de controle, especialmente em setores estratégicos como energia e petroquímica, o estudo incorpora uma abordagem orientada a sistemas. O desenvolvimento e implementação do modelo preditivo refletem precisão técnica, rigor no tratamento dos dados e aplicação prática de conhecimentos de otimização de processos. Além disso, o estudo considera a influência de fontes difusas de poluição na bacia hidrográfica, como áreas de pastagem e rebanhos bovinos, que desempenham um papel significativo na alteração da qualidade da água. Esses fatores antrópicos foram incorporados ao modelo analítico, contribuindo para uma compreensão mais ampla das interações entre o uso do solo e a saúde dos corpos hídricos. Os resultados demonstram alta acurácia preditiva do modelo de redes neurais, validada por meio de dados reais. Para além da contribuição técnica, esta pesquisa oferece insights valiosos para a gestão ambiental, servindo como base sólida para processos de tomada de decisão relacionados ao monitoramento, conservação e recuperação dos recursos hídricos. O trabalho apoia os objetivos do desenvolvimento sustentável ao aprimorar a capacidade preditiva e incentivar ações preventivas diante da degradação da qualidade da água. Em síntese, esta dissertação avança em termos metodológicos ao combinar modelagem estatística e inteligência artificial, ao mesmo tempo em que propõe soluções práticas para a gestão e recuperação de ecossistemas aquáticos em uma das bacias hidrográficas mais importantes do Brasil. |
Abstract: | The aim of this study is to accurately predict the water quality at strategic monitoring points over a decade through the combined use of statistical methods and artificial intelligence. This interdisciplinary research stands out for the innovative application of General Regression Neural Networks (GRNN), implemented using the R statistical software, to forecast water quality at nine specific points along the Paraíba do Sul River. These points were strategically selected based on environmental relevance and availability of historical data. Once the monitoring points were defined, detailed and reliable hydrological and environmental data were obtained from the INEA (Instituto Estadual do Ambiente) database. The data underwent rigorous preprocessing and statistical treatment, employing methods such as Analysis of Variance (ANOVA) and Multiple Linear Regression to identify significant variables and trends. Subsequently, the data were fed into artificial neural network models, specifically the GRNN architecture, which was trained and validated using robust performance metrics, including RMSE, R², and MAPE, to assess predictive reliability. A distinguishing feature of this study is its integration of environmental science with advanced automation and data analysis techniques—fields in which the author has professional expertise. Drawing on extensive experience in industrial automation, instrumentation, and control systems, particularly in critical infrastructure sectors such as energy and petrochemicals, the study benefits from a systems-oriented approach. The design and implementation of the predictive model reflect engineering precision, rigorous data handling, and applied knowledge of process optimization. Additionally, the study considers the influence of diffuse pollution sources in the basin, such as pasture areas and cattle herds, which play a key role in altering water quality. These anthropogenic factors were incorporated into the analytical model, contributing to a more comprehensive understanding of the interactions between land use and river health. The results demonstrate the high predictive accuracy of the neural network model, confirmed by its performance when applied to real-world data. Beyond its technical contributions, this research offers valuable insights for environmental management, providing a solid foundation for decision-making processes related to water resource monitoring, conservation strategies, and public policy. It supports sustainable development goals by enhancing predictive capabilities and promoting proactive intervention in water quality degradation. In summary, this dissertation not only advances methodological innovation by combining statistical modeling and artificial intelligence, but also contributes practical solutions for the management and recovery of aquatic ecosystems in one of Brazil’s most important river basins. |
Palavras-chave: | Engenharia ambiental Água - Qualidade - Medição Bacias hidrográficas Paraíba do Sul, Rio, Bacia Environmental engineering Water quality - Measurement Watersheds Paraiba do Sul River Watershed (Brazil) |
Área(s) do CNPq: | ENGENHARIAS::ENGENHARIA SANITARIA::SANEAMENTO AMBIENTAL::CONTROLE DA POLUICAO |
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 Ambiental |
Citação: | ABRAÃO, Ricardo Pereira. Análise temporal da qualidade das águas do médio Paraíba do Sul no período (2012-2022). 2025. 126 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Ambiental) - Faculdade de Engenharia, Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2025. |
Tipo de acesso: | Acesso Aberto |
URI: | http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/23907 |
Data de defesa: | 14-Fev-2025 |
Aparece nas coleções: | Mestrado Profissional em Engenharia Ambiental |
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