Fechar

@MastersThesis{LealNeto:2021:RaPrSi,
               author = "Leal Neto, Helv{\'e}cio Bezerra",
                title = "Rastreio e previs{\~a}o de sistemas precipitantes e convectivos 
                         na Bacia Amaz{\^o}nica utilizando aprendizado de m{\'a}quina 
                         n{\~a}o-supervisionado",
               school = "Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)",
                 year = "2021",
              address = "S{\~a}o Jos{\'e} dos Campos",
                month = "2021-05-21",
             keywords = "previs{\~a}o em curto prazo, rastreio, aprendizado de 
                         m{\'a}quina, clusteriza{\c{c}}{\~a}o, geoprocessamento, 
                         nowcasting, tracking, machine learning, clustering, 
                         Geoprocessing.",
             abstract = "Compreender a din{\^a}mica de propaga{\c{c}}{\~a}o e as 
                         caracter{\'{\i}}sticas morfol{\'o}gicas das c{\'e}lulas de 
                         chuva e nuvens s{\~a}o fundamentais para desenvolver m{\'e}todos 
                         computacionais com intuito de auxiliar na tomada de decis{\~o}es. 
                         Tais ferramentas servem para atenuar poss{\'{\i}}veis impactos 
                         socioecon{\^o}micos causados por tempestades severas. Neste 
                         trabalho foi apresentada uma nova metodologia para 
                         identifica{\c{c}}{\~a}o, rastreio e previs{\~a}o de 
                         c{\'e}lulas de chuva e os chamados sistemas convectivos de 
                         mesoescala, atuantes na regi{\~a}o da bacia amaz{\^o}nica. Por 
                         meio de um conjunto de procedimentos que re{\'u}nem t{\'e}cnicas 
                         de aprendizado de m{\'a}quina e geoprocessamento, foi 
                         desenvolvido um algoritmo que utiliza informa{\c{c}}{\~o}es de 
                         multi-sensores (radar ou sat{\'e}lite) para identificar 
                         regi{\~o}es de interesse em c{\'e}lulas de chuva e nuvem por 
                         meio de um processo denominado multi-limiariza{\c{c}}{\~a}o. Tal 
                         processo faz a segmenta{\c{c}}{\~a}o dos valores de 
                         refletividade e temperatura de brilho em dados de radar e imagens 
                         de sat{\'e}lite, respectivamente. Ap{\'o}s o processo de 
                         identifica{\c{c}}{\~a}o das regi{\~o}es de interesse, o 
                         m{\'e}todo de clusteriza{\c{c}}{\~a}o DBSCAN foi utilizado para 
                         classificar clusters (agrupamento de p{\'{\i}}xeis associados a 
                         nuvens em imagens de sat{\'e}lite ou taxa de chuva em radares). 
                         Em seguida aplicou-se m{\'e}todos de geoprocessamento para 
                         definir a trajet{\'o}ria dos clusters por meio da t{\'e}cnica de 
                         rastreio baseada no centroide das geometrias. Algumas incertezas 
                         relacionadas ao vetor de deslocamento abstra{\'{\i}}dos da 
                         trajet{\'o}ria dos clusters podem ocorrer com o uso de 
                         t{\'e}cnicas que utilizam o centroide, com base nisso, aplicou-se 
                         quatro m{\'e}todos de corre{\c{c}}{\~a}o do deslocamento que 
                         levaram em considera{\c{c}}{\~a}o as caracter{\'{\i}}sticas 
                         f{\'{\i}}sicas que ocorrem na propaga{\c{c}}{\~a}o de 
                         c{\'e}lulas de chuva e nuvem. Os m{\'e}todos de 
                         corre{\c{c}}{\~a}o foram avaliados por meio da previs{\~a}o por 
                         extrapola{\c{c}}{\~a}o temporal dos eventos ocorridos em imagens 
                         consecutivas para per{\'{\i}}odos relativos a 
                         esta{\c{c}}{\~a}o chuvosa (IOP1) e seca (IOP2) durante o 
                         experimento GoAmazon. A aplica{\c{c}}{\~a}o dos m{\'e}todos de 
                         corre{\c{c}}{\~a}o do deslocamento apresentaram um ganho em 
                         torno de 22,5% na precis{\~a}o das previs{\~o}es. O m{\'e}todo 
                         que utiliza os limiares internos mostrou-se o mais representativo, 
                         principalmente para ajuste dos vetores quando a extens{\~a}o de 
                         {\'a}rea das c{\'e}lulas apresenta grandes regi{\~o}es com 
                         n{\'u}cleos mais intensos embebidos. Com rela{\c{c}}{\~a}o a 
                         {\'a}rea e o ciclo de vida dos sistemas observado durante os 
                         IOPs, constatou-se que sistemas maiores, com maior 
                         dura{\c{c}}{\~a}o e mais intensos foram melhor previstos. As 
                         propaga{\c{c}}{\~o}es observadas dos sistemas rastreados via 
                         radar e sat{\'e}lite foram condizentes aquelas apresentadas na 
                         literatura para regi{\~a}o da bacia amaz{\^o}nica. ABSTRACT: 
                         Understanding the propagation dynamics and morphological 
                         characteristics of rain and cloud cells are important to develop 
                         computational methods to make decisions. Such tools is used to 
                         mitigate possible socio-economic impacts caused severe storms 
                         events. In this work a new methodology for identification, 
                         tracking and forecasting of rain cells of mesoscale convective 
                         systems, operating in Amazon basin region, was presented. Through 
                         procedures that bring together using machine learning and 
                         geoprocessing techniques, one algorithm was developed that uses 
                         information from multi-sensors (radar or satellite) to identify 
                         regions of interest in rain and cloud cells, using a process 
                         called multi-threshold. This process make segmentation of images 
                         in reflectivity and brightness temperature into radar and 
                         satellite data, respectively. After this process, identifying 
                         regions of interest, we used a clustering method DBSCAN to 
                         classify clusters (cluster of pixels associated with clouds in 
                         satellite images or rainfall rate in radar). Geoprocessing methods 
                         are applied to define trajectory of clusters using centroid-based 
                         technique and geometries tracking. Some uncertainties related to 
                         the displacement vector abstracted from the trajectory of clusters 
                         can occur, based on centroid tracking we propose four methods of 
                         correction of the displacement, were applied that adjust 
                         displacement vector using physical characteristics that occur in 
                         spread of rain and cloud cells. Correction of displacement vector 
                         methods were evaluated through prediction by temporal 
                         extrapolation of occured events in consecutive images, for periods 
                         related rainy season (IOP1) and dry season (IOP2) during GoAmazon 
                         experiment. The algorithm developed in this research obtained a 
                         good performance to forecasting ability after applying methods to 
                         correct the displacement of rain and cloud cells. Displacement 
                         vector correction methods led to a 22.5 % gain in algorithm 
                         skills, the method that uses internal thresholds to correct 
                         displacement proved to be most effective, mainly for adjusting the 
                         vectors when cell area extension presents large stratified regions 
                         with more intense nuclei. Regarding area and the life cycle of 
                         systems observed during IOPS, it was found that larger systems 
                         were better predicted, duration life cycle and size tendedence to 
                         positively impact at statistical indicators used for forecast 
                         analysis. Regarding the propagation of systems tracked by radar 
                         and satellite, it was found that their displacement followed 
                         trends found in literature for the Amazon basin region.",
            committee = "Stephany, Stephan (presidente) and Calheiros, Alan James Peixoto 
                         (orientador) and Vila, Daniel Alejandro and Albrecht, Rachel 
                         Ifanger",
         englishtitle = "Tracking and prediction of precipitating and convective systems in 
                         the Amazon Basin using unsupervised machine learning",
             language = "pt",
                pages = "142",
                  ibi = "8JMKD3MGP3W34R/44HGF8E",
                  url = "http://urlib.net/ibi/8JMKD3MGP3W34R/44HGF8E",
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        urlaccessdate = "18 abr. 2024"
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