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Título: Uso de machine learning e sensoriamento remoto para a identificação da floresta tropical sazonalmente seca no Parque Nacional do Catimbau.
Autor: Monteiro Junior, José Jorge
Endereco Lattes do autor: http://lattes.cnpq.br/0911037640720248
Orientador: Alba, Elisiane
Endereco Lattes do orientador : http://lattes.cnpq.br/1465154212352591
Co-orientador : El-Deir, Soraya Giovanetti
Endereço Lattes do Co-orientador : http://lattes.cnpq.br/3202139188457904
Palavras-chave: Semiárido;Caatinga;Solo - Uso;Inteligência artificial;Sensoriamento remoto;Vegetação - Mapeamento
Data do documento: 20-Jan-2021
Citação: Monteiro Junior, José Jorge. Uso de machine learning e sensoriamento remoto para a identificação da floresta tropical sazonalmente seca no Parque Nacional do Catimbau. 2021. 52 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Engenharia Florestal) - Departamento de Ciência Florestal, Universidade Federal Rural de Pernambuco, Recife, 2021.
Abstract: The classification of seasonally dry tropical forests is one of the biggest challenges of environmental analysis by remote sensing, considering the forest physiognomic characteristics that are remotely similar to the characteristics of the exposed soil, generating sample errors in forest monitoring studies. The objective of this work was to use machine learning to understand the dynamics of land use and land cover in Catimbau National Park during periods of greater precipitation (wet) and less precipitation (dry) from LANDSAT imagery. The methodological treatment took place from the obtaining of LANDSAT data in 2019 for the wet period and dry period, the raw data were pre-processed in geographic information systems to (1st) select bands; (2nd) delimit the study area; (3rd) perform the atmospheric correction, and (4th) join the satellite bands (band set). A shapefile was created to train the machine learning algorithms containing samples of the classes found in the study area, these being the tree-shrub and shrub-herbaceous phytophysiognomies, anthropized areas, exposed soil, and other areas (i.e. clouds, water bodies, highways). In the R application, algorithms were used both for supervised classification (based on cross-validation, k-fold method, and Friedman and Nemenyi test) and for data spatialization using the aforementioned algorithms. With the described methods, it was possible to observe that the NDVI values promoted the idea that the shrub-herbaceous phytophysiognomy shows reflectance similar to the exposed soil in some areas in the dry period. In the wet period, the kNN algorithm performed better in-class differentiation and vegetation identification (Kappa = 0.9887). In the dry period, the kNN, SVM, and ANN algorithms did not show statistically significant differences regarding their performance, which are considered good classifiers for the period (Kappa = 0.9965; 0.9973; 0.9962, respectively). Therefore, the present study brought innovation in the use of Artificial Intelligence techniques to solve problems in the monitoring, management, and administration of seasonally dry tropical forests with remote data. Being an alternative method to identify, quickly and economically, changes in the forest structure.
Resumo: A classificação de florestas tropicais sazonalmente secas é um dos maiores desafios das análises ambientais por sensoriamento remoto, tendo em vista as características fitofisionômicas da floresta que se assemelham remotamente das características do solo exposto, gerando erros amostrais em estudos de monitoramento florestal. O objetivo deste trabalho foi utilizar-se do aprendizado de máquinas para entender a dinâmica de uso e cobertura da terra no Parque Nacional do Catimbau nos períodos de maior precipitação (úmido) e menor precipitação (seco) a partir do imageamento LANDSAT. O trato metodológico ocorreu a partir da obtenção de dados Landsat no ano de 2019 para o período úmido e período seco, os dados brutos foram pré processados em sistemas de informação geográficos a fim de (i) selecionar bandas; (ii) delimitar área de estudo; (iii) executar a correção atmosférica; e (iv) fazer a junção das bandas de satélite (bandset). Foi criado um shapefile para treinamento dos algoritmos de aprendizado de máquina contendo amostras das classes encontradas na área de estudo, estas sendo, as fitofisionomias arbórea-arbustiva e arbustiva-herbácea, áreas antropizadas, solo exposto, e outras áreas (i.e. nuvens, componentes hídricos, rodovias). No software R foram utilizados os algoritmos tanto para a classificação supervisionada (com base na validação cruzada, método k-fold e teste de Friedman e Nemenyi) quanto para a espacialização dos dados utilizando os algoritmos citados. Com os metodos descritos foi possível observar que os valores de NDVI fomentaram a ideia de que a fitofisionomia arbustiva-herbácea apresenta reflectância similiar ao solo exposto em algumas áreas no período seco. No período úmido, o algoritmo kNN apresentou melhor performance na diferenciação das classes e identificação da vegetação (Kappa = 0,9887). Já no período seco, os algoritmos kNN, SVM e ANN não apresentaram diferenças estatísticas significativas quanto a sua performance, sendo estes considerados bons classificadores para o período (Kappa = 0,9965;0,9973;0,9962, respectivamente). Portanto, o presente estudo trouxe inovação no uso de técnicas de Inteligência Artificial para a solução de problemas no monitoramento, manejo e administração de florestas tropicais sazonalmente secas com dados remotos. Sendo um método alternativo para identificar, de forma rápida e econômica, as mudanças na estrutura florestal.
URI: https://repository.ufrpe.br/handle/123456789/4034
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