Previsão de ondas de impacto utilizando a rede neural artificial ARTMAP FUZZY, um exercício multidisciplinar de engenharia e ciências ambientais

Abstract

Um dos fenômenos mais devastadores do mundo, as ondas de impacto destroem cidades inteiras e removem da história diversas pessoas. As ondas de impacto se tornaram foco de diversos estudos que buscam sua reprodução em laboratório, sua modelagem matemática e a criação de sistemas de alerta, na busca pela redução dos danos causados. A aplicação das redes neurais as ondas de impacto ainda é um campo pouco ou quase nada explorado, assim, neste trabalho, é proposto à utilização da rede neural artificial ARTMAP Fuzzy para previsão dos parâmetros relativos às ondas de impacto, sendo eles: evolução das alturas máximas, comprimentos e períodos relativos, bem como a classificação das ondas segundo seus tipos. Em conjunto também é proposto um estudo sobre a influência da normalização nas previsões realizadas, bem como a utilização da metodologia proposta a um banco de dados de roll waves. Para validação da metodologia foram realizadas comparações entre as previsões fornecidas pela rede e os dados medidos experimentalmente, estes que se encontram na literatura. Os resultados demonstraram a capacidade da rede em prever as ondas de impacto, bem como a influência que a normalização tem nos resultados apresentados pela rede, além da capacidade de classificar as ondas segundos seus tipos. Os resultados ainda comprovaram a existência de um parâmetro suficiente para previsão das ondas de impacto validando o observado na literatura. Também se verificou a capacidade da rede em trabalhar com um banco de dados de roll waves, conseguindo prever os parâmetros solicitados. Assim, este estudo contribui para a evolução do estado da arte no que tange a utilização da rede neural ARTMAP Fuzzy para previsão das ondas de impacto servindo de auxiliador para criação de sistemas de alerta.

Impact waves are the most devastated phenomenon in the world destroying entire cities and removing people from history. These waves are studied and reproduced in laboratories with mathematical modeling and creation of alert systems, seeking to reduce damages. The application of Artificial Neural Networks in impact waves is still few explored and therefore this work proposes to use the Fuzzy ARTMAP Neural Network to predict the parameters related to impact waves such as, evolution of maximum heights, lengths and relative periods, as well as the classification of the waves according to the type. Besides, a study is proposed to evaluate the normalization in predicting such parameters and the use of the proposal to a roll waves dataset. To validate the methodology, comparisons were effectuated with the experimental data and those obtained with the neural network. Results show the capacity of the neural network in predicting the impact waves as well as the study of the normalizations proposed evaluates the influence in the predictions, besides the capacity in classifying the waves according to their types. Furthermore, the results prove the existence of an enough parameter to predict impact waves validating the observed in literature. The capacity of the neural network with the roll waves dataset is also adequate predicting the requested parameters. Thus, this study contributes to the evolution of Fuzzy ARTMAP neural network in predicting impact waves and aiding to create an alert system.