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http://hdl.handle.net/11422/29061
| Type: | Dissertação |
| Title: | Autonomia de meios operativos para apoio à decisão em sistemas de comando e controle: uma abordagem preditiva e conceitual utilizando aprendizado de máquina |
| Author(s)/Inventor(s): | Jesus, Valquire da Silva de |
| Advisor: | Lopes, Giseli Rabello |
| Co-advisor: | Cordeiro, Kelli de Faria |
| Abstract: | Em cenários militares complexos, como aqueles enfrentados pela Marinha do Brasil (MB) em operações navais, o planejamento logístico exige exatidão, especialmente quanto à autonomia de meios operativos, entendida como a capacidade de operar sem reabastecimento externo. Essa autonomia depende de fatores como consumo de suprimentos, número de militares embarcados e condições de emprego das plataformas navais, operando em contextos apoiados por sistemas de Comando e Controle (C2). Embora técnicas de Aprendizado de Máquina (AM) sejam usadas para antecipar demandas logísticas, a heterogeneidade semântica dos dados e a falta de contextualização reduzem a eficácia de abordagens puramente quantitativas. Para enfrentar esses desafios, este trabalho propõe a abordagem ATOp (Autonomia de Meios Operativos), que integra Ontology-Driven Conceptual Modeling (ODCM) e AMpara aprimorar a predição de autonomia. Fundamentada na Unified Foundational Ontology(UFO), a ATOp explicita o conhecimento logístico do domínio e viabiliza a segmentação semântica dos dados por meio da metacategoria ontológica Situation, que representa contextos relevantes ao comportamento opracional. Essa segmentação sustenta um pipeline de regressão com comitê de modelos (ensemble), que coordena múltiplos algoritmos especializados. A pesquisa incluiu o desenvolvimento da ATOp-NavalOntology, uma ontologia bem fundamentada, a engenharia de dados a partir de fontes heterogêneas da MB e a realização de experimentos com otimização bayesiana de hiperparâmetros e validação cruzada (k-fold), voltados à construção do ATOp-PredictiveModel. A avaliação utilizou métricas (R2 e RMSE) e testes estatísticos (Friedman e Durbin-Conover ) para garantir comparações confiáveis. Os resultados mostram que a combinação entre ontologias bem fundamentadas e AM estrutura os dados de forma a evidenciar padrões relevantes, melhora a capacidade preditiva e supera modelos isolados, como o Gradient Boosting, quando aplicados diretamente a dados brutos. O ATOp-PredictiveModel obteve o melhor poder de predição e menor custo computacional, apresentando diferenças estatisticamente significativas. Como contribuição, a ATOp oferece um modelo replicável que integra conhecimento semântico ao apoio à decisão em domínios operacionais sustentados por sistemas de C2. |
| Abstract: | In complex military scenarios, such as those faced by the Brazilian Navy (MB) in naval op- erations, logistical planning demands rigor, especially regarding the autonomy of operational elements, understood as the ability to operate without external resupply. This autonomy depends on factors such as supply consumption, the number of embarked personnel, and the operational conditions of naval platforms, acting in contexts supported by Command and Control (C2) systems. Although Machine Learning (ML) techniques are used to anticipate logistical demands, the semantic data heterogeneity and the lack of contextual domain un derstanding limit the effectiveness of purely quantitative approaches. To address these chal lenges, this work proposes the ATOp (Autonomia de Meios Operativos) approach, which integrates Ontology-Driven Conceptual Modeling (ODCM) and ML to enhance autonomy prediction. Grounded in the Unified Foundational Ontology (UFO), ATOp makes domain knowledge explicit and enables semantic data segmentation through the ontological meta category Situation, which represents contexts relevant to operational behavior. This seg mentation supports a regression pipeline with an ensemble of models, coordinating multiple specialized algorithms. The research included the development of the ATOp-NavalOntology, a well-founded ontology, data engineering from heterogeneous MB sources, and experiments involving Bayesian hyperparameter optimization and k-fold cross-validation, aimed at con structing the ATOp-PredictiveModel. The evaluation used metrics (R2 and RMSE) and statistical tests (Friedman and Durbin-Conover) to ensure reliable comparisons. The results show that combining well-founded ontologies and ML structures the data in a way that re veals relevant patterns, improves the quality of predictions, and outperforms individual mod els such as Gradient Boosting when applied directly to raw data. The ATOp-PredictiveModel achieved the best performance, with higher accuracy and lower computational cost, present ing statistically significant differences. As a contribution, ATOp offers a replicable model that integrates semantic knowledge into decision support in operational domains sustained by C2 systems. |
| Keywords: | Ontologia Aprendizado de máquina Comando e controle Autonomia Ontology Machine learning Command and control Autonomy UFO OntoUML |
| Subject CNPq: | CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO |
| Program: | Programa de Pós-Graduação em Informática |
| Production unit: | Instituto de Computação |
| Publisher: | Universidade Federal do Rio de Janeiro |
| Issue Date: | 29-May-2025 |
| Publisher country: | Brasil |
| Language: | por |
| Right access: | Acesso Aberto |
| Appears in Collections: | Informática |
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