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Document Type: Dissertação
Title: Classificação e segmentação de danos em edifícios após desastres naturais utilizando dados tabulares e imagens registradas pré e pós-desastre
Authors: Ramos Neto, Antônio dos Santos
Issue Date: 29-Aug-2024
Advisor: Dantas, Daniel
Resumo : Desastres naturais que causam grandes danos às estruturas urbanas, representando riscos significativos para a vida humana e perdas financeiras consideráveis. A rápida identificação de edifícios com níveis críticos de danos é essencial para mitigar riscos adicionais e acelerar os esforços de recuperação. Este trabalho desenvolveu modelos para classificar e segmentar danos em edifícios, utilizando dados tabulares para classificação e imagens registradas para segmentação. Na abordagem de classificação, utilizamos dados tabulares do terremoto de Gorkha, aplicando técnicas de engenharia de características para aprimorar o desempenho dos modelos de aprendizado de máquina. O modelo XGBoost, treinado com essas técnicas, obteve um F1-score de 0,7542, demonstrando sua eficácia na identificação dos níveis de danos em edifícios. Este resultado destaca a importância da preparação e otimização dos dados para melhorar a performance dos modelos de classificação em cenários de desastre. Para a segmentação, exploramos várias arquiteturas de redes neurais profundas, focando na Unet com backbone BDANet, além de ResNet18, VGG16 e ResNet50. Utilizando imagens de satélite, aplicamos operações de morfologia matemática para refinar a segmentação dos danos. Esta abordagem permitiu a segmentação dos níveis de danos, incluindo no damage, minor damage e major damage. O modelo Unet com BDANet, combinado com técnicas de morfologia matemática, alcançou um F1-score de 0,7999, evidenciando seu superior desempenho na segmentação de danos em imagens pós-desastre. As abordagens de classificação com dados tabulares e segmentação com imagens registradas mostrou-se eficaz para a avaliação dos danos em edifícios após desastres naturais. Cada metodologia aprimora a precisão das avaliações em seu respectivo domínio, oferecendo ferramentas valiosas para autoridades e equipes de resgate. Esses modelos avançados auxiliam na priorização de esforços e na alocação de recursos de maneira mais eficiente em situações de desastres, contribuindo significativamente para a eficácia das respostas em emergências.
Abstract: Natural disasters that cause significant damage to urban structures, representing considerable risks to human life and substantial financial losses. The rapid identification of buildings with critical levels of damage is essential to mitigate further risks and accelerate recovery efforts. This work developed models to classify and segment building damage, using tabular data for classification and recorded images for segmentation. In the classification approach, we used tabular data from the Gorkha earthquake, applying feature engineering techniques to enhance the performance of machine learning models. The XGBoost model, trained with these techniques, achieved an F1-score of 0.7542, demonstrating its effectiveness in identifying building damage levels. This result highlights the importance of data preparation and optimization to improve the performance of classification models in disaster scenarios. For segmentation, we explored various deep neural network architectures, focusing on Unet with a BDANet backbone, in addition to ResNet18, VGG16, and ResNet50. Using satellite images, we applied mathematical morphology operations to refine the damage segmentation. This approach allowed for the segmentation of damage levels, including no damage, minor damage, and major damage. The Unet model with BDANet, combined with mathematical morphology techniques, achieved an F1-score of 0.7999, evidencing its superior performance in post-disaster damage segmentation. The classification approaches using tabular data and segmentation using recorded images proved effective in assessing building damage after natural disasters. Each methodology enhances the accuracy of assessments in its respective domain, providing valuable tools for authorities and rescue teams. These advanced models assist in prioritizing efforts and allocating resources more efficiently in disaster situations, significantly contributing to the effectiveness of emergency responses.
Keywords: Danos em edifícios
Engenharia de características
Redes neurais para feature engineering
Otimização de hiperparâmetros
Operações morfológicas
Imagens registradas
Classificação e segmentação de nível de dano
Building damage
Feature engineering
Neural networks for feature engineering
Hyperparameter optimization
XGBoost
Morphological operations
Recorded images
Damage classification and segmentation
BDANet
CutMix
Subject CNPQ: CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO
Language: por
Institution: Universidade Federal de Sergipe (UFS)
Program Affiliation: Pós-Graduação em Ciência da Computação
Citation: RAMOS NETO, Antônio dos Santos. Classificação e segmentação de danos em edifícios após desastres naturais utilizando dados tabulares e imagens registradas pré e pós-desastre. 2024. 58 f. Dissertação (Mestrado em Ciência da Computação) – Universidade Federal de Sergipe, São Cristóvão, 2024.
URI: https://ri.ufs.br/jspui/handle/riufs/22467
Appears in Collections:Mestrado em Ciência da Computação

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