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Tipo do documento: Dissertação
Título: IDENTIFICAÇÃO DE ÁREAS DE EMISSÃO DE MATERIAL PARTICULADO A PARTIR DE MODELOS FENOMENOLÓGICOS DE DISPERSÃO ATMOSFÉRICA E ALGORITMOS DE APRENDIZADO PROFUNDO
Título(s) alternativo(s): IDENTIFICATION OF PARTICULATE MATTER EMISSION AREAS USING PHENOMENOLOGICAL MODELS OF ATMOSPHERIC DISPERSION AND DEEP LEARNING ALGORITHMS
Autor: PEREIRA, Lanna Almeida 
Primeiro orientador: VILLA-VÉLEZ, Harvey Alexander
Primeiro coorientador: FERREIRA JÚNIOR, Elmo de Sena
Primeiro membro da banca: VILLA-VÉLEZ, Harvey Alexander
Segundo membro da banca: COSTA, Sergio Souza
Terceiro membro da banca: COELHO, Paulo Henrique da Silva Leite
Resumo: A operação combinada de múltiplas fontes de emissão de material particulado (PM) em áreas industriais e portuárias gera grandes ameaças ambientais e sérios riscos à saúde pública. Os métodos atuais de monitoramento e os modelos preditivos não possuem capacidade suficiente para detectar fontes de emissão de MP em tempo real. Este estudo desenvolveu uma estrutura integrada que utiliza Redes Neurais Artificiais (ANNs) e Fluidodinâmica Computacional (CFD) para localizar com precisão as fontes de emissão de PM em terrenos planos. O modelo de CFD foi validado por meio da análise de dados experimentais e da teoria de similaridade de MoninObukhov, a fim de representar com precisão o transporte de material particulado e os perfis atmosféricos. Um conjunto de dados de simulação foi gerado contendo 243 execuções que testaram diferentes combinações de velocidade e direção do vento, com variações na altura e no intervalo de emissão. Esse conjunto de dados serviu como material de treinamento para dois modelos de aprendizado profundo, uma rede LSTM (Memória de Longo e Curto Prazo) e uma CNN1D (Rede Neural Convolucional Unidimensional), para realizar a classificação da localização das emissões de MP. Ambos os modelos alcançaram altos níveis de acurácia, com valores de F1-score acima de 0,95. O tempo necessário para a otimização dos hiperparâmetros evidenciou a diferença entre os modelos, uma vez que a LSTM demandou 4 h e 15 min, enquanto a CNN1D necessitou de 4 h e 43 min. O estudo demonstra que a utilização de dados gerados por CFD em conjunto com modelos de ANN permite uma localização confiável de fontes de emissão, mostrando potencial para a regulação ambiental, a responsabilização industrial e a proteção da saúde pública. A estrutura proposta representa um avanço significativo na localização em tempo real de fontes de MP em ambientes industriais e portuários.
Abstract: The combined operation of multiple particulate matter (PM) emission sources in industrial and port areas creates major environmental threats and serious public health risks. Current methods of monitoring and predictive models lack sufficient capability to detect PM emission sources in real time. This study developed an integrated framework that uses Artificial Neural Networks (ANNs) and Computational Fluid Dynamics (CFD) to precisely locate PM emission sources in flat terrain. The CFD model was validated through experimental data analysis and the MoninObukhov similarity theory to precisely represent the particulate matter transport and atmospheric profiles. We created a simulation dataset containing 243 runs that tested different wind speed and direction combinations with variations in emission height and emission interval. The dataset served as training material for two deep learning models which used Long Short-Term Memory (LSTM) and a one-dimensional Convolutional Neural Network (CNN1D) to perform PM emission location classification. Both models achieved high accuracy levels with F1- scores above 0.95. The time needed to optimize hyperparameters proved the difference between models because LSTM required 4 h and 15 min and CNN1D needed 4 h and 43 min. This study proves that using CFD-generated data with ANN models allows reliable emission source localization which shows promise for environmental regulation, industrial accountability, and public health protection. The proposed framework represents a major breakthrough in real-time PM source localization in industrial and port environments.
Palavras-chave: Fluidodinâmica Computacional (CFD);
Material Particulado (PM);
Redes Neurais Artificiais (ANNs)
Computational fluid dynamics (CFD);
particulate matter (PM) emission;
Artificial Neural Networks (ANNs)
Área(s) do CNPq: Evolução, Sistemática e Ecologia Química
Idioma: por
País: Brasil
Instituição: Universidade Federal do Maranhão
Sigla da instituição: UFMA
Departamento: COORDENAÇÃO DO CURSO DE ENGENHARIA QUÍMICA/CCET
Programa: PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA E TECNOLOGIA AMBIENTAL
Citação: PEREIRA, Lanna Almeida. Identificação de áreas de emissão de material particulado a partir de modelos fenomenológicos de dispersão atmosférica e algoritmos de aprendizado profundo. 2026. 44 f Dissertação( Programa de Pós-graduação em Ciência e Tecnologia Ambiental) - Universidade Federal do Maranhão, São Luís, 2026.
Tipo de acesso: Acesso Aberto
URI: https://tedebc.ufma.br/jspui/handle/tede/7028
Data de defesa: 27-Fev-2026
Aparece nas coleções:DISSERTAÇÃO DE MESTRADO - PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA E TECNOLOGIA AMBIENTAL

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