O objetivo dessa tese é detectar e classificar problemas de medição de nível por princípio de radar de propagação de onda livre por meio de RNA (redes neurais artificiais) e SVM (support vector machines) aliados à tratamentos estatísticos. Um primeiro cenário com ambiente controlado foi montado para a obtenção de dados preliminares. Na sequência, outros três cenários empregaram dados industriais reais. Para tanto, algumas topologias de redes neurais em quatro cenários diferentes foram testadas e foi possível demonstrar o funcionamento eficiente da RNA com acertos de 100% para o primeiro cenário, 93,51% para o segundo, 99,75% para o terceiro e de 99,94% para o quarto cenário. Para esses mesmos quatro cenários, os resultados de classificação do SVM foram de 100%, 84,41%, 93,74% e de 96,40%. Os resultados obtidos demonstram que a técnica desenvolvida pode ser aplicada à cenários reais de medição de nível. Após a classificação dos problemas pela RNA ou SVM é recomendada a utilização de alguns dos ícones baseados na norma internacional NAMUR NE107 para reportar as diferentes classificações de problemas resultantes da aplicação das técnicas dessa tese. Propõe-se que essas técnicas sejam embarcadas em aplicativos computacionais de gerenciamento de ativos para melhorar a confiabilidade da medição, antecipar rotinas de manutenção dos instrumentos e aumentar a segurança da planta industrial através de reportes adequados aos usuários dos problemas de medição de nível e do mapeamento das fases do processo. / The aim of this Thesis is to detect and classify level measurement problems by free wave propagation radars using ANN (artificial neural network) and SVM (support vector machines) with statistical pre-processing data. In the first scenario, a controlled environment was build in order to get the preliminary data. In addition, three other scenarios with real industry data was considered. Therefore, some topologies of neural networks and SVM in four different scenarios were tested and it was demonstrated the efficiency of ANN to reach an accuracy rate of 100% for the first scenario, 93.51% for the second, 99.75% for third and 99.94% for the fourth scenario. For these same four scenarios, the results of SVM classification were 100%, 84.41%, 93.74% and 96.40%. After classifying the problems by ANN or SVM, it is recommended to use some of the icons following the international standard NAMUR NE107 to report the different classifications of problems within this thesis. It is proposed that these techniques be embedded in asset management environment to improve the reliability of level measurement, antecipate maintenance routines and improve plant safety through adequately reporting the classified problems and mapping stage of the process to the users.

O objetivo dessa tese é detectar e classificar problemas de medição de nível por princípio de radar de propagação de onda livre por meio de RNA (redes neurais artificiais) e SVM (support vector machines) aliados à tratamentos estatísticos. Um primeiro cenário com ambiente controlado foi montado para a obtenção de dados preliminares. Na sequência, outros três cenários empregaram dados industriais reais. Para tanto, algumas topologias de redes neurais em quatro cenários diferentes foram testadas e foi possível demonstrar o funcionamento eficiente da RNA com acertos de 100% para o primeiro cenário, 93,51% para o segundo, 99,75% para o terceiro e de 99,94% para o quarto cenário. Para esses mesmos quatro cenários, os resultados de classificação do SVM foram de 100%, 84,41%, 93,74% e de 96,40%. Os resultados obtidos demonstram que a técnica desenvolvida pode ser aplicada à cenários reais de medição de nível. Após a classificação dos problemas pela RNA ou SVM é recomendada a utilização de alguns dos ícones baseados na norma internacional NAMUR NE107 para reportar as diferentes classificações de problemas resultantes da aplicação das técnicas dessa tese. Propõe-se que essas técnicas sejam embarcadas em aplicativos computacionais de gerenciamento de ativos para melhorar a confiabilidade da medição, antecipar rotinas de manutenção dos instrumentos e aumentar a segurança da planta industrial através de reportes adequados aos usuários dos problemas de medição de nível e do mapeamento das fases do processo. / The aim of this Thesis is to detect and classify level measurement problems by free wave propagation radars using ANN (artificial neural network) and SVM (support vector machines) with statistical pre-processing data. In the first scenario, a controlled environment was build in order to get the preliminary data. In addition, three other scenarios with real industry data was considered. Therefore, some topologies of neural networks and SVM in four different scenarios were tested and it was demonstrated the efficiency of ANN to reach an accuracy rate of 100% for the first scenario, 93.51% for the second, 99.75% for third and 99.94% for the fourth scenario. For these same four scenarios, the results of SVM classification were 100%, 84.41%, 93.74% and 96.40%. After classifying the problems by ANN or SVM, it is recommended to use some of the icons following the international standard NAMUR NE107 to report the different classifications of problems within this thesis. It is proposed that these techniques be embedded in asset management environment to improve the reliability of level measurement, antecipate maintenance routines and improve plant safety through adequately reporting the classified problems and mapping stage of the process to the users.

O presente trabalho reporta o esforço empenhado para relacionar nível d\'água e vazão, fazendo uso exclusivamente de medições de nível, em campo, durante a passagem de ondas de cheia através de um trecho de canal prismático situado no perímetro urbano da cidade de São Carlos, SP denominado Córrego do Gregório. Montagens para coleta de dados em campo foram testadas e foi utilizada a modelagem hidrodinâmica 1-D para a resolução das equações de Saint-Venant, através do método implícito de quatro pontos de Preissmann. Apesar do potencial do método, já apontado por alguns autores, o presente trabalho reporta dificuldades na realização de medições e também problemas na modelagem de trecho de canal com características muito particulares. Várias análises foram realizadas tais como a verificação do número de passos de tempo necessário para minimização dos efeitos da condição inicial imposta (IQ1), a verificação da celeridade de uma onda de cheia analisando os picos dos eventos e assim determinar o coeficiente de cisalhamento de Manning proposto por Aricò, Nasello e Tucciarelli (2009) e o método implícito na resolução das equações de SV proposto por Jin, Coran e Cook (2004), que funciona como um filtro baseado no número de Froude (condição do tipo de escoamento) também foi testado. Durante o evento do dia 23/03/2013 foi estimado as velocidades em campo. Para cada um dos 12 eventos registrados foi realizado uma simulação utilizando o modelo hidrodinâmico e o melhor resultado foi utilizado em uma segunda simulação para comparar as lâminas d\'água observadas e calculadas. Ao analisar o quanto os valores de erros máximos absolutos (ERMAX1 e ERMAX2) representam em relação ao máximo registro obtido no evento, em porcentagem, têm-se eventos com 3,6% até valores absurdos de 27,1%. Assim, trata-se de um trabalho teórico-experimental que oferece subsídios importantes para futuros trabalhos nessa direção. / This work reports the committed effort to relate water level and flow, using exclusively field measurements of level, during the passage of flood waves through a prismatic channel stretch located on the surroundings of São Carlos - SP called stream of Gregório. Assembles for data gathering in the field were tested and it was used 1-D hydrodynamic modeling for solving equations of Saint-Venant, through the four points Preissmann implicit method. Despite the potential of this method, as pointed out by some authors, this study reports difficulties in performing measurements and to model a channel stretch with very particular characteristics. Several analyzes were performed such as checking the number of time steps needed for minimizing the effects of the initial condition imposed (IQ1), verifying the celerity of a full wave analyzing the peaks of events and so to be able to determine the Manning friction coefficient proposed by Arico et al. (2009) and the implicit method to solve the S-V equations proposed by Jin, Coran e Cook (2004), which acts as a filter based on the Froude number (condition-type flow), was also tested. During the event of the day 23/03/2013 was estimated speeds in the field. For each of the 12 recorded events a simulation was made using a hydrodynamic model and the best result was used in a simulation to compare the second water depths observed and calculated. By analyzing how the values of maximum absolute errors (ERMAX1 and ERMAX2) account for the highest recording obtained at the event, in percentage, have been events with 3.6% until absurd values from 27.1%. So, it is a theoretical-experimental that offers important information for future work in this direction.

O presente trabalho reporta o esforço empenhado para relacionar nível d\'água e vazão, fazendo uso exclusivamente de medições de nível, em campo, durante a passagem de ondas de cheia através de um trecho de canal prismático situado no perímetro urbano da cidade de São Carlos, SP denominado Córrego do Gregório. Montagens para coleta de dados em campo foram testadas e foi utilizada a modelagem hidrodinâmica 1-D para a resolução das equações de Saint-Venant, através do método implícito de quatro pontos de Preissmann. Apesar do potencial do método, já apontado por alguns autores, o presente trabalho reporta dificuldades na realização de medições e também problemas na modelagem de trecho de canal com características muito particulares. Várias análises foram realizadas tais como a verificação do número de passos de tempo necessário para minimização dos efeitos da condição inicial imposta (IQ1), a verificação da celeridade de uma onda de cheia analisando os picos dos eventos e assim determinar o coeficiente de cisalhamento de Manning proposto por Aricò, Nasello e Tucciarelli (2009) e o método implícito na resolução das equações de SV proposto por Jin, Coran e Cook (2004), que funciona como um filtro baseado no número de Froude (condição do tipo de escoamento) também foi testado. Durante o evento do dia 23/03/2013 foi estimado as velocidades em campo. Para cada um dos 12 eventos registrados foi realizado uma simulação utilizando o modelo hidrodinâmico e o melhor resultado foi utilizado em uma segunda simulação para comparar as lâminas d\'água observadas e calculadas. Ao analisar o quanto os valores de erros máximos absolutos (ERMAX1 e ERMAX2) representam em relação ao máximo registro obtido no evento, em porcentagem, têm-se eventos com 3,6% até valores absurdos de 27,1%. Assim, trata-se de um trabalho teórico-experimental que oferece subsídios importantes para futuros trabalhos nessa direção. / This work reports the committed effort to relate water level and flow, using exclusively field measurements of level, during the passage of flood waves through a prismatic channel stretch located on the surroundings of São Carlos - SP called stream of Gregório. Assembles for data gathering in the field were tested and it was used 1-D hydrodynamic modeling for solving equations of Saint-Venant, through the four points Preissmann implicit method. Despite the potential of this method, as pointed out by some authors, this study reports difficulties in performing measurements and to model a channel stretch with very particular characteristics. Several analyzes were performed such as checking the number of time steps needed for minimizing the effects of the initial condition imposed (IQ1), verifying the celerity of a full wave analyzing the peaks of events and so to be able to determine the Manning friction coefficient proposed by Arico et al. (2009) and the implicit method to solve the S-V equations proposed by Jin, Coran e Cook (2004), which acts as a filter based on the Froude number (condition-type flow), was also tested. During the event of the day 23/03/2013 was estimated speeds in the field. For each of the 12 recorded events a simulation was made using a hydrodynamic model and the best result was used in a simulation to compare the second water depths observed and calculated. By analyzing how the values of maximum absolute errors (ERMAX1 and ERMAX2) account for the highest recording obtained at the event, in percentage, have been events with 3.6% until absurd values from 27.1%. So, it is a theoretical-experimental that offers important information for future work in this direction.

Made available in DSpace on 2016-08-17T14:52:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Jose Igor Santos de Oliveira.pdf: 3257339 bytes, checksum: 08e579c1308bf514ca6256e089894a3b (MD5) Previous issue date: 2005-09-21 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The level measurement, besides the applications in reservoirs of industrial processes, as in the industries chemical, pharmaceutical, chemical petroleum, of I refine of alumina etc, it is applicable also in reservoirs exposed outdoors, such as dikes, lakes and ponds, dams and other. To measure level in most of the cases has great impact in the people's safety, of the environment, and of the involved process, besides influencing in the quality of the final product. Level in several ways can be measured that space from a simple float to a sophisticated system for time of flight of waves that processes the information that returns after the emission of a sign. System as that can use several types of waves to take the information of the transmission, the most common are microwaves, infrared and the ultrasonic ones. In that work a method is described that is used of the technique of the time of flight with the use of ultrasonic waves in association with the adaptive filtering to determine the location of the levels of the liquids contained in a container of known height. It is made a study of robustness of the method with base in simulations, through the variation of the relationship sign noise and of the sampling tax, in comparison with the results obtained with the use of Hilbert Transform, Fourier Transform and Wavelet Transform, considering the time of processing and the measurement uncertainty. / A medição de nível, além das aplicações em reservatórios de processos industriais, como nas indústrias químicas, farmacêuticas, petroquímicas, de refino de alumina etc., é aplicável também em reservatórios expostos ao ar livre, tais como diques, lagos e lagoas, barragens e outros. Medir nível na maioria dos casos tem grande impacto na segurança das pessoas, do meio ambiente, e do processo envolvido, além de influenciar na qualidade do produto final. Pode-se medir nível de diversas formas que vão desde um simples flutuador até um sofisticado sistema por Tempo de Vôo de ondas que processa a informação que retorna na forma de eco refletido após a emissão de um sinal. Um Sistema como esse pode utilizar diversos tipos de ondas para levar a informação da transmissão, as mais comuns são microondas, infravermelhas e as ultra-sônicas. Nesse trabalho descreve-se um método que se utiliza da técnica do Tempo de Vôo com o uso de ondas ultra-sônicas em associação com a filtragem adaptativa para determinar a localização dos níveis dos líquidos contidos em um recipiente de altura conhecida. É feito um estudo de robustez do método com base em simulações, através da variação da relação sinal ruído e da taxa de amostragem. Compara-se com os resultados obtidos com o uso da Transformada de Hilbert, Transformada de Fourier e da Transformada Wavelets, considerando o tempo de processamento e a incerteza na medição.