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ORCID:  http://orcid.org/0000-0002-0381-9519
Document type: Dissertação
Access type: Acesso Aberto
Title: Ajuste evolutivo de um modelo baseado em autômatos celulares para representar a dinâmica de propagação de incêndios florestais
Alternate title (s): Evolutionary adjustment of a model based on cellular automata to represent the dynamics of wildfire propagation
Author: Murilo, Lucas Vieira
First Advisor: Martins, Luiz Gustavo Almeida
First coorientator: Oliveira, Gina Maira Barbosa de
First member of the Committee: Tinoco, Claudiney Ramos
Second member of the Committee: Tinós, Renato
Summary: Devido às mudanças climáticas, a ocorrência de incêndios em diversos biomas, adaptados ou não ao fogo, tem aumentado significativamente nas últimas décadas, causando danos ambientais sendo, alguns, irreparáveis. Nesse contexto, modelos computacionais baseados em Autômatos Celulares (AC) são capazes de simular e prever o comportamento da propagação de incêndios, auxiliando as autoridades na tomada de medidas de controle e prevenção. A construção e o ajuste de parâmetros desses modelos são tarefas complexas devido à quantidade de variáveis envolvidas. Características do ambiente influenciam diretamente o comportamento dos incêndios. Assim, uma ferramenta capaz de realizar o ajuste de forma automática baseada em Algoritmos Genéticos (AG) tem se mostrado promissora. Sendo assim, o objetivo desta pesquisa é produzir um AG capaz de ajustar adequadamente um conjunto de parâmetros de um modelo de propagação de incêndios florestais baseado em AC, de modo a replicar a dinâmica das chamas representada em um conjunto de dados de incêndios de uma região monitorada. Adicionalmente, é proposto um novo parâmetro “taxa de amostragem” (SR), a fim de melhorar a adaptabilidade do modelo AC à dinâmica de propagação do fogo, independentemente do intervalo de amostragem presente nos dados de referência. Também foi avaliado o impacto de diferentes funções de aptidão na convergência do algoritmo. Durante os experimentos, conjuntos de dados artificiais foram utilizados como referência, os quais foram gerados a partir de simulações com nosso próprio modelo de AC, bem como por outro modelo de propagação de incêndios da literatura, a fim de validar a robustez da abordagem. Os resultados mostraram que o AG conseguiu encontrar parâmetros adequados para o modelo de propagação de incêndios, inclusive o número de passos do AC necessários para representar a evolução do fogo em conformidade com os dados de referência gerados por ambos os modelos.
Abstract: Due to climate change, the occurrence of fires in various biomes, whether fire-adapted or not, has significantly increased in recent decades, causing environmental damage, some of which is irreparable. In this context, computational models based on Cellular Automata (CA) can simulate and predict fire propagation behavior, assisting authorities in making control and prevention decisions. However, constructing and tuning the parameters of these models are complex tasks due to the number of variables involved. Environmental characteristics directly influence fire behavior. Thus, a tool capable of performing automatic parameter tuning based on Genetic Algorithms (GA) has proven to be promising. Therefore, the objective of this research is to develop a GA capable of properly adjusting a set of parameters of a forest fire propagation model based on CA to replicate the fire dynamics represented in a dataset of monitored region fires. Additionally, a new parameter, “sampling rate” (SR), is proposed to improve the adaptability of the CA model to fire propagation dynamics, regardless of the sampling interval in the reference data. The impact of different fitness functions on the algorithm’s convergence was also evaluated. During the experiments, artificial datasets were used as references, generated from simulations with our own CA model as well as another fire propagation model from the literature, to validate the robustness of the approach. The results showed that the GA successfully found appropriate parameters for the fire propagation model, including the number of CA steps required to represent fire evolution in accordance with the reference data generated by both models.
Notes: Projeto de Pesquisa de vinculação: Cerrado Resiliente: Computação Bio-inspirada e Monitoramento por VANTs na Prevenção e Combate a Incêndios Florestais e Urbanos.
Keywords: Algoritmos Genéticos
Ajuste de Parâmetros
Autômatos Celulares
Modelo de Propagação de Incêndios
Taxa de Amostragem
Genetic Algorithms
Parameter Tuning
Cellular Automata
Fire Propagation Model
Sampling Rate
Area (s) of CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO
Subject: Computação
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Program: Programa de Pós-graduação em Ciência da Computação
Quote: MURILO, Lucas Vieira. Ajuste evolutivo de um modelo baseado em autômatos celulares para representar a dinâmica de propagação de incêndios florestais. 2025. 118 f. Dissertação (Mestrado em Ciência da Computação) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2025. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.di.2025.21.
Document identifier: http://doi.org/10.14393/ufu.di.2025.21
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/44848
Date of defense: 31-Jan-2025
Sustainable Development Goals SDGs: ODS::ODS 13. Ação contra a mudança global do clima - Tomar medidas urgentes para combater a mudança climática e seus impactos.
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