Use este identificador para citar o ir al link de este elemento: http://hdl.handle.net/1843/78518
Tipo: Tese
Título: Proposta metodológica para a avaliação de suscetibilidade a escorregamentos: contribuições do aprendizado de máquina no município de Belo Horizonte, MG
Autor(es): Denise de Fátima Santos da Silva
primer Tutor: Maria Giovana Parisi
primer miembro del tribunal : Jorge Geraldo Roncato Júnior
Segundo miembro del tribunal: Thiago Bomjardim Porto
Tercer miembro del tribunal: César Falcão Barella
Cuarto miembro del tribunal: Felipe de Ávila Chaves Borges
Resumen: Esta pesquisa teve como objetivo a proposição de novos modelos para classificação de suscetibilidade utilizando técnicas de inteligência artificial para o município de Belo Horizonte. Isto se justifica pela rápida urbanização e à presença de muitas áreas de risco na região. Para isso, foi criado um banco de dados integrado, com informações de fatores condicionantes de deslizamentos, além do inventário de deslizamentos fornecidos pela URBEL e Defesa Civil de Belo Horizonte. Quatro algoritmos de aprendizado de máquina (ML), sendo eles: Redes neurais artificiais (ANN), Random Forest (RF), Support Vector Machine (SVM) e Regressão Logística (LR) foram treinados para classificar os locais de ocorrência e não ocorrência a deslizamentos, tratando a tarefa de ML como uma classificação binária e expressando os resultados na forma de probabilidade para produzir mapas de suscetibilidade. Assim, foram propostos 12 mapas de suscetibilidade a deslizamentos na região de Belo Horizonte, derivados de três cenários que foram avaliados: área total do município de Belo Horizonte, porção sul denominada modelo anisotrópico e a porção norte do município denominada modelo isotrópico. Os resultados indicaram que o modelo de RF apresentou a melhor performance com uma acurácia de 81,17%, seguido pelo SVM com 80,95%. Já as ANNs tiveram uma acurácia de 79,03%, enquanto o RL obteve o menor desempenho, com 76,45% no cenário geral. No cenário anisotrópico os valores de acurácia dos modelos foram 82,87%, 81,82%, 81,29% e 78,52% para RF, SVM, ANN e LR, respectivamente. Para o cenário isotrópico, houve uma queda geral no desempenho de todos os modelos, com o RF e o SVM obtendo aproximadamente 77% de acurácia, ANN com 74,13% e LR com 73,28% de acurácia. Os modelos de RF e SVM se destacaram como as técnicas mais eficientes nos três cenários avaliados, oferecendo um desempenho consistente e promissor na identificação de áreas suscetíveis a deslizamentos. O trabalho apresenta novas abordagens para o uso da inteligência artificial na geração de mapas de suscetibilidade no Brasil, oferecendo uma perspectiva promissora para reduzir a subjetividade inerente aos processos tradicionais. Embora a implementação destas técnicas seja complexa, elas permitem atualizações contínuas e revisões dos dados, resultando em mapas mais precisos e eficazes, além da automação de tarefas que podem ser otimizados. Isso, por sua vez, tem o potencial de transformar significativamente a capacidade das cidades em lidar com os riscos geológicos, contribuindo para o desenvolvimento de comunidades mais seguras e resilientes.
Abstract: Quickly urbanization and the presence of numerous risk areas have made landslide susceptibility mapping a crucial aspect of urban planning in Belo Horizonte, southeastern Brazil. This study proposes novel machine learning (ML) models for landslide susceptibility classification in the region. An integrated database was developed, incorporating landslideconditioning factors and landslide inventories from URBEL and Belo Horizonte's Civil Defense. Four ML algorithms 3 Artificial Neural Networks (ANN), Random Forest (RF), Support Vector Machine (SVM), and Logistic Regression (LR) 3 were trained to classify landslide occurrence and non-occurrence locations. The ML task was treated as binary classification, with results expressed as probabilities to generate susceptibility maps. Twelve landslide susceptibility maps were produced for the Belo Horizonte region, derived from three evaluated scenarios: the entire municipality, the southern portion (anisotropic model), and the northern portion (isotropic model). Results indicated that RF outperformed other models with an accuracy of 81.17%, followed by SVM with 80.95%. ANNs achieved an accuracy of 79.03%, while LR exhibited the lowest performance with 76.45% in the overall scenario. In the anisotropic scenario, accuracy values for the test data were 82.87%, 81.82%, 81.29%, and 78.52% for RF, SVM, ANN, and LR, respectively. For the isotropic scenario, there was a general decline in performance for all models, with RF and SVM achieving approximately 77% accuracy, ANN showing 74.13%, and LR with an accuracy of 73.28% for the test data. RF and SVM emerged as the most effective and reliable techniques across the three evaluated scenarios, offering consistent and promising performance in identifying landslide-susceptible areas. The study presents novel approaches for utilizing artificial intelligence in generating susceptibility maps in Brazil, providing a promising perspective to reduce the subjectivity inherent in traditional processes. While implementing artificial intelligence techniques is complex, these approaches enable continuous data updates and revisions, resulting in more accurate and effective maps, along with the automation of tasks that can be optimized. This, in turn, has the potential to significantly transform cities' capacity to deal with geological risks, contributing to the development of safer and more resilient communities.
Asunto: Deslizamento -- Belo Horizonte (MG) -- Teses
Mapeamento geológico -- Belo Horizonte (MG) -- Teses
Aprendizado do computador -- Teses
Inteligência artificial -- Teses
Idioma: por
País: Brasil
Editor: Universidade Federal de Minas Gerais
Sigla da Institución: UFMG
Departamento: IGC - INSTITUTO DE GEOCIENCIAS
Curso: Programa de Pós-Graduação em Geologia
Tipo de acceso: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/78518
Fecha del documento: 30-oct-2023
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