Modelos preditivos aplicados ao risco de incêndios no Cerrado: desempenho e importância de variáveis ambientais

dc.contributor.advisor1França, Celso Aparecido de
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/4547836128892982
dc.contributor.authorYamamoto, Júlio
dc.date.accessioned2025-07-24T13:04:11Z
dc.date.issued2025-07-21
dc.description.abstractThe recurrence of wildfires in the Brazilian Cerrado severely threatens the region’s fauna, flora, and overall biodiversity. Between 2001 and 2019, studies reported a decline in the photosynthetic activity of tree foliage in the area, attributed to the frequent occurrence of these fires. In this context, the present study aimed to assess the impact of environmental and meteorological variables on fire risk estimation. Three machine learning models with distinct approaches were applied (Random Forest, XGBoost, and MLPRegressor) to replicate the fire risk index provided by INPE, using a reduced set of five variables: air temperature, accumulated precipitation, number of consecutive dry days, relative humidity, and atmospheric smoke concentration. Over 600 daily files covering the period from August 2023 to May 2025 were analyzed. After training and evaluating the models using cross-validation and regression metrics, the Random Forest model achieved the best predictive performance, with a final coefficient of determination (R2) of 0.8166. Based on this model, further analyses were conducted, including permutation and correlationbased feature importance, residual diagnostics, sensitivity tests, and spatial comparisons of predictions. Three variables—relative humidity, number of dry days, and precipitation— accounted for approximately 90% of the model’s predictive power. The sensitivity analysis confirmed this influence, as increased dry days and reduced humidity and precipitation led to higher predicted fire risk. Residual analysis showed errors centered around zero, with low variability and no systematic bias, while monthly spatial maps demonstrated strong alignment between predicted and observed values. Despite promising results, the study has notable limitations: the reduced number of variables, the absence of data on vegetation cover, wind, atmospheric pressure, and gas concentrations. Moreover, the mismatch between the temporal resolution of fire risk data (daily) and burned area data (monthly) hinders precise correlation between predicted risk and actual impact. Future work should incorporate additional environmental variables and complementary datasets to enhance model robustness and generalizability.eng
dc.description.resumoA recorrência de queimadas no Cerrado brasileiro compromete severamente a fauna, a flora e a biodiversidade do bioma. Entre 2001 e 2019, estudos apontaram redução na atividade fotossintética das folhas das árvores da região, atribuída à frequência desses eventos. Neste contexto, o presente trabalho teve como objetivo avaliar o impacto de variáveis ambientais e meteorológicas na definição do risco de fogo. Para isso, foram aplicados três modelos de aprendizado de máquina com abordagens distintas (Random Forest, XGBoost e MLPRegressor) com o intuito de replicar o índice de risco de fogo disponibilizado pelo INPE, utilizando um conjunto reduzido de cinco variáveis: temperatura do ar, precipitação acumulada, número de dias consecutivos sem chuva, umidade relativa e concentração atmosférica de fumaça. Foram analisados mais de 600 arquivos diários cobrindo o período entre agosto de 2023 e maio de 2025. Após a fase de treinamento e avaliação dos modelos, utilizando técnicas de validação cruzada e métricas de regressão, o modelo baseado em Random Forest obteve o melhor desempenho preditivo, com coeficiente de determinação (R2) final de 0,8166. A partir da definição deste modelo, realizaram-se análises de importância das variáveis (por permutação e por correlação), análises residuais, testes de sensibilidade e comparações espaciais das predições. Verificou-se que três variáveis — umidade relativa, número de dias sem chuva e precipitação — foram responsáveis por cerca de 90% da capacidade explicativa do modelo. Os testes de sensibilidade confirmaram essa influência, com o aumento do número de dias sem chuva e a redução da umidade e da precipitação resultando em elevação do risco previsto. Adicionalmente, as análises residuais demonstraram erros centrados em torno de zero, com baixa variabilidade e ausência de viés sistemático, enquanto os mapas comparativos mensais revelaram boa aderência espacial entre os valores previstos e os observados. Apesar dos resultados expressivos, o trabalho apresenta limitações importantes: o número reduzido de variáveis, a ausência de dados sobre cobertura vegetal, vento, pressão atmosférica, e concentração de gases na atmosfera. Além disso, a incompatibilidade entre a escala temporal do índice de risco (diária) e das áreas queimadas (mensal) dificultam avaliações mais precisas no estabelecimento de correlações entre o índice e seu impacto. Recomenda-se, em trabalhos futuros, a incorporação de variáveis adicionais e dados complementares que permitam aumentar a robustez do modelo e sua capacidade de generalização.
dc.identifier.citationYAMAMOTO, Júlio. Modelos preditivos aplicados ao risco de incêndios no Cerrado: desempenho e importância de variáveis ambientais. 2025. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Elétrica) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2025. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/22413.por
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/20.500.14289/22413
dc.language.isopor
dc.publisherUniversidade Federal de São Carlos
dc.publisher.addressCampus São Carlos
dc.publisher.courseEngenharia Elétrica - EE
dc.publisher.initialsUFSCar
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilen
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/
dc.subjectRisco de fogo
dc.subjectRisk of fireeng
dc.subjectIncêndios florestais
dc.subjectWildfireseng
dc.subjectAprendizado de máquina
dc.subjectMachine learningeng
dc.subjectCerrado
dc.subjectImportância de variáveis
dc.subjectFeature importanceeng
dc.subject.cnpqCIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO::SISTEMAS DE COMPUTACAO
dc.subject.cnpqENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA::ELETRONICA INDUSTRIAL, SISTEMAS E CONTROLES ELETRONICOS
dc.titleModelos preditivos aplicados ao risco de incêndios no Cerrado: desempenho e importância de variáveis ambientais
dc.title.alternativePredictive models applied to fire risk in the Cerrado: performance and importance of environmental variableseng
dc.typeTCC

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