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Título: Análise e previsão de incêndios florestais para região de Lages e Xanxerê - Santa Catarina: uma abordagem explorando modelos híbridos de previsão
Título(s) alternativo(s): Analysis and forecasting of wildfires in the Lages and Xanxerê regions - Santa Catarina: an approach exploring hybrid forecasting models
Autor(es): Rocha, Vinicius Lovatel
Orientador(es): Ribeiro, Matheus Henrique Dal Molin
Palavras-chave: Incêndios florestais
Incêndios florestais - Previsão
Aprendizado do computador
Corpo de bombeiros - Santa Catarina
Forest fires
Forest fire forecasting
Machine learning
Fire departments - Santa Catarina
Data do documento: 29-Ago-2025
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Pato Branco
Citação: ROCHA, Vinicius Lovatel. Análise e previsão de incêndios florestais para região de Lages e Xanxerê - Santa Catarina: uma abordagem explorando modelos híbridos de previsão. 2025. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Produção e Sistemas - Multicampi Pb e Ct) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Pato Branco, 2025.
Resumo: Anualmente, incêndios florestais impactam extensas áreas do estado de Santa Catarina, gerando prejuízos significativos ao meio ambiente, à economia e a patrimônios públicos e privados. Este estudo tem como objetivo prever a ocorrência de focos de incêndio nas regiões de Lages e Xanxerê, que concentram um elevado número de registros no estado. Com base nos dados ope- racionais fornecidos pelo Corpo de Bombeiros Militar de Santa Catarina (CBMSC), a pesquisa visa apoiar uma gestão mais eficiente dos recursos humanos e materiais, permitindo uma alo- cação otimizada do efetivo durante os períodos de maior risco. O estudo está estruturado em duas etapas. A primeira consiste na condução de uma revisão sistemática da literatura, com o propósito de identificar os principais métodos aplicados, os resultados obtidos, as limitações observadas e as lacunas de pesquisa no campo da previsão de incêndios florestais. Na segunda etapa, será realizado um estudo empírico voltado à análise e previsão dos focos de incêndio na região de Lages e Xanxerê, utilizando modelos univariados e multivariados, associados à técnica de decomposição de séries temporais denominada Variational Mode Decomposition (VMD). A avaliação dos modelos é realizada por meio de medidas de desempenho como a Raiz Quadrada do Erro Médio (RMSE), o Erro Absoluto Médio (MAE), o Erro Percentual Absoluto Médio Simétrico (sMAPE) e o Desvio Padrão (SD). A análise considera variáveis climáticas como precipitação, temperatura, umidade relativa, velocidade do vento e a ocorrência do fenômeno La Niña. Os modelos multivariados apresentaram desempenho superior quando aplicados sem o VMD. Em Lages, o melhor resultado ocorreu para horizonte H = 2 com dados transformados, sendo o Extreme Learning Machine (ELM) o mais eficaz (RMSE = 3,1084; MAE = 2,1924; sMAPE = 61,96%; DP = 2,8475). Já em Xanxerê, também para H = 2, o XGBoost sem transformação obteve maior precisão (RMSE = 4,4526; MAE = 2,9776; sMAPE = 73,43 %; SD = 4,5680).Por outro lado, a modelagem univariada combinando VMD e algoritmos de regressão se mostrou mais robusta para previsão mensal (H = 1). Em Lages, a melhor performance foi alcançada com dados transformados pela raiz quadrada, destacando-se o VMD-LASSO (RMSE= 1,2074; MAE = 0,9675; sMAPE = 58,90%; SD = 1,2401). Em Xanxerê, o modelo VMD-LASSO aplicado aos dados na forma original foi novamente o mais eficiente (RMSE = 1,5248; MAE = 1,3597; sMAPE = 67,79%; DP = 1,4683).Espera-se que este estudo sirva de ferramenta de apoio à tomada de decisão do CBMSC, contribuindo para o planejamento operacional e para a mobilização de efetivos em períodos críticos, fortalecendo as estratégias de prevenção e resposta a incêndios florestais.
Abstract: Wildfires annually impact vast areas of the state of Santa Catarina, causing significant damage to the environment, economy, and both public and private property. This study aims to forecast wildfire occurrences in the regions of Lages and Xanxerê, which account for a high number of recorded incidents in the state. Based on operational data provided by the Military Fire Department of Santa Catarina (CBMSC), the research seeks to support more efficient mana- gement of human and material resources, enabling optimized personnel allocation during pe- riods of increased risk.The study is structured in two stages. The first involves conducting a systematic literature review to identify the main forecasting methods applied, the results ob- tained, observed limitations, and research gaps in the field of wildfire prediction. The second stage comprises an empirical study focused on the analysis and forecasting of wildfire out- breaks in the Lages and Xanxerê regions, employing both univariate and multivariate models, combined with the time series decomposition technique known as Variational Mode Decom- position (VMD).Model performance is assessed using evaluation metrics such as Root Mean Squared Error (RMSE), Mean Absolute Error (MAE), Symmetric Mean Absolute Percentage Error (sMAPE), and Standard Deviation (SD). The analysis considers climatic variables such as precipitation, temperature, relative humidity, wind speed, and the occurrence of the La Niña phenomenon.Multivariate models showed better performance when applied without VMD. In Lages, the best result was achieved for forecasting horizon H = 2 using transformed data, with the ELM model proving most effective (RMSE = 3.1084; MAE = 2.1924; sMAPE = 61.96%; SD = 2.8475). In Xanxerê, also for H = 2, the XGBoost model without transformation was the most accurate (RMSE = 4.4526; MAE = 2.9776; sMAPE = 73.43%; SD = 4.5680).On the other hand, the univariate modeling approach, combining VMD with regression algorithms, proved more robust for monthly forecasting (H = 1). In Lages, the best performance was ob- tained using square root–transformed data, with the VMD-LASSO model standing out (RMSE= 1.2074; MAE = 0.9675; sMAPE = 58.90%; SD = 1.2401). In Xanxerê, the best results were also obtained with original (non-transformed) data, again highlighting the VMD-LASSO model (RMSE = 1.5248; MAE = 1.3597; sMAPE = 67.79%; SD = 1.4683).This study is expected to serve as a decision-support tool for CBMSC, contributing to operational planning and person- nel mobilization during critical periods, thereby strengthening wildfire prevention and response strategies.
URI: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/38592
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