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Tipo: Dissertação
Título: Otimização de redes neurais artificiais para a predição aprimorada de funções de pedotransferência em modelagem computacional do solo
Autor(es): Ribeiro, Ruan Rampinelli
Primeiro Orientador: Fonseca, Leonardo Goliatt da
Co-orientador: Goliatt, Priscila Vanessa Zabala Capriles
Membro da banca: Ribeiro, Celso Bandeira de Melo
Membro da banca: Saporetti, Camila Martins
Resumo: As funções de pedotransferência (PTFs) desempenham papel essencial na estimativa de propriedades hidráulicas do solo, como a curva de retenção de água, a partir de atributos físicos de obtenção mais simples e menos custosa. A caracterização hidráulica do solo é um desafio recorrente, especialmente em regiões tropicais, devido à heterogeneidade espacial e à dificuldade de medições diretas em laboratório ou campo. Nesse contexto, as redes neurais artificiais (RNAs) surgem como alternativa promissora, capazes de capturar relações não lineares complexas e superar limitações de métodos estatísticos tradicionais. Este trabalho teve como objetivo otimizar arquiteturas de RNAs para a predição de PTFs em três bases de dados com diferentes condições edafoclimáticas: B1 (Brasil – Nordeste), B2 (Brasil – Acre) e D1 (Dinamarca). Foram aplicadas técnicas de ajuste de hiperparâmetros e otimização bayesiana, considerando diferentes funções de ativação, número de camadas, neurônios e taxas de regularização. Os resultados demonstraram que o modelo final atingiu valores de desempenho expressivos, com coeficiente de determinação médio superior a 0,90, erro quadrático médio (RMSE) em torno de 0,03 e erro absoluto médio (MAE) próximo de 0,02, indicando elevada acurácia na predição da umidade volumétrica do solo. Conclui-se que as RNAs apresentam elevado potencial na modelagem de PTFs, constituindo alternativa robusta para aplicações em hidrologia, agricultura e manejo sustentável do solo, embora estudos futuros devam considerar maior diversidade de dados e comparações com outros algoritmos de aprendizado de máquina.
Abstract: Pedotransfer functions (PTFs) play a key role in estimating soil hydraulic properties, such as the soil water retention curve, from simpler and less expensive physical attributes. Hydraulic characterization of soils is a recurring challenge, especially in tropical regions, due to spatial heterogeneity and the difficulty of direct measurements in laboratory or field conditions. In this context, artificial neural networks (ANNs) emerge as a promising alternative, capable of capturing complex nonlinear relationships and overcoming the limitations of traditional statistical methods. This study aimed to optimize ANN architectures for the prediction of PTFs using three distinct datasets under different edaphoclimatic conditions: B1 (Brazil – Northeast), B2 (Brazil – Acre), and D1 (Denmark). Hyperparameter tuning and Bayesian optimization techniques were applied, considering different activation functions, number of layers, neurons, and regularization rates. The results demonstrated that the final model achieved expressive performance values, with an average coefficient of determination higher than 0.90, root mean square error (RMSE) around 0.03, and mean absolute error (MAE) close to 0.02, indicating high accuracy in predicting soil volumetric water content. It can be concluded that ANNs show strong potential in PTF modeling, constituting a robust alternative for applications in hydrology, agriculture, and sustainable soil management, although future studies should consider a greater diversity of data and comparisons with other machine learning algorithms.
Palavras-chave: Modelagem computacional
Funções de pedotransferência
Redes neurais artificiais
Propriedades hidráulicas do solo
Aprendizado de máquina
Computational modeling
Pedotransfer functions
Artificial neural networks
Soil hydraulic properties
Machine learning
CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA
Idioma: por
País: Brasil
Editor: Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)
Sigla da Instituição: UFJF
Departamento: ICE – Instituto de Ciências Exatas
Programa: Programa de Pós-graduação em Modelagem Computacional
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
Attribution 3.0 Brazil
Licenças Creative Commons: http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/br/
URI: https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/19701
Data do documento: 6-Ago-2025
Aparece nas coleções:Mestrado em Modelagem Computacional (Dissertações)



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