Uso de inteligência artificial para estimativa da capacidade de suporte de carga do solo | Use of artificial intelligence to soil load support capacity estimate

The knowledge of the relationships between physical and mechanical properties of the soil may contribute to the development of pedotransfer functions (PTFs), to estimate other soil properties are difficult to measure. The objectives of this work were to estimate the preconsolidation pressure and soil resistance to penetration, using predictive methodologies, using data available in the literature, with physical-hydrological and mineralogical characteristics of soils. The development of PTFs was based on three modeling methods: (i) multiple linear regression (MLR), (ii) artificial neural networks (ANNs) and (iii) support vector machines (SVM). The first proposed methodology for the development of PTFs was the stepwise option of the IBM-SPSS 20.0® software. The models generated from the second methodology, ie RNA were implemented through the multilayer perceptron with backpropagation algorithm and Levenberg-Marquardt optimization of Matlab®2008b software, with variations of the number of neurons in the input layer and number of neurons In the middle layer. The third methodology was to generate PTFs from SVM that fit within the data mining process by exercising the Waikato Environment for Knowledge Analysis software (RapidMiner 5). The SVM training was performed by varying the number of input data, the kernel function and coefficients of these functions. Once the estimates were made, the performance indices (id) and classified according to Camargo and Sentelhas (1997) were calculated, thus comparing the methods between themselves and others already established. The obtained results showed that artificial intelligence models (RNA and MVS) are efficient and have predictive capacity superior to the established models, in data conditions of soils with textural classes and diverse managements, and similar, although with higher performance index values for Conditions of soils of the same textural class exposed to the same management.

O conhecimento das relações entre propriedades físicas e mecânicas do solo pode contribuir no desenvolvimento de funções de pedotransferência (FPTs), que permitam estimar outras propriedades do solo de difícil mensuração. Os objetivos deste trabalho foram estimar a pressão de preconsolidação e a resistência do solo à penetração, com o uso de metodologias de predição, utilizando-se de dados disponíveis na literatura, com valores de características físico-hídricas e mineralógicas dos solos. Os valores estimados foram obtidos a partir de três métodos de modelagem: (i) regressão linear múltipla (RLM), (ii) redes neurais artificiais (RNA) e (iii) máquinas de vetores de suporte (MVS). A primeira metodologia proposta para o desenvolvimento dos modelos preditivos foi a opção stepwise do software IBM-SPSS 20.0®. Os modelos geradas a partir da segunda metodologia, ou seja, das RNA foram implementadas através do perceptron multicamadas com algoritmo backpropagation e otimização Levenberg-Marquardt do software Matlab®2008b, efetuando-se variações do número de neurônios na camada de entrada e número de neurônios na camada intermediária. A terceira metodologia foi gerar FPTs a partir de MVS que se enquadra dentro dos processos de mineração de dados utilizando para tal o software Waikato Environment for Knowledge Analysis® (RapidMiner 5). O treinamento das MVS foi realizado variando-se o número de dados de entrada, a função kernel e coeficientes destas funções. Realizadas as estimativas, foram calculados os índices de desempenho (id) e classificados segundo Camargo e Sentelhas (1997), podendo-se assim comparar os métodos entre si e a outros já consagrados. Os resultados obtidos mostraram que modelos de inteligência artificial (RNA e MVS) são eficientes e possuem capacidade preditiva superior aos modelos consagrados, em condições de dados de solos com classes texturais e manejos diversos, e semelhantes ainda que com valores de índice de desempenho superiores para condições de solos de mesma classe textural expostos ao mesmo manejo.