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dc.creatorSchuh, Mateus Sabadi
dc.date.accessioned2023-10-02T17:21:26Z
dc.date.available2023-10-02T17:21:26Z
dc.date.issued2023-07-31
dc.identifier.urihttp://repositorio.ufsm.br/handle/1/30289
dc.description.abstractThe high concentration of living biomass stored in its different vegetation formations gives the Amazon forest a leading role in discussions on carbon cycling and climate monitoring. The detailed study of the dynamics of forest carbon involves improving the measurement of stored biomass, since the traditionally employed methods are costly and with limited spatial range. In this sense, the study addressed the development of an upscaling protocol that associated data from an airborne LiDAR (Light Detection and Ranging) sensor, OLI/Landsat-8 images and field information, for modeling and mapping above ground biomass (AGB) in a region of Dense Ombrophylous Forest of the Amazon biome. The research was carried out considering three approaches: (1) Model via the AGB stock present in inventoried plots using LiDAR data and spatialize the estimates throughout the study area (Fazenda Cauaxi, municipality of Paragominas/PA); (2) Perform the same procedure using OLI/Landsat-8 image data as predictors; (3) Use the AGB map via LiDAR as a calibration reference in estimations with OLI/Landsat-8 images. The modeling was implemented using the Support Vector Machine (SVM) algorithm. AGB data derived from field observations were taken as reference for model validation. Finally, the AGB maps were submitted to an uncertainty analysis process associated with the pixel estimates. The results of the three approaches reveal maps with estimates within the reference AGB confidence interval, both in value per hectare (229,6 ± 18,2 Mg.ha-1), and for the total area (289.256,5 ± 22.851,2 Mg). At the plot level, the estimates were shown to be valid by the Wilcoxon Rank Sum Test. The LiDAR model showed the highest Spearman’s correlation (rho=0,89 and p-value<0,0001), lowest RMSE (32,8 Mg.ha-1), and lowest standard error (14,5%) compared to the others. On the other hand, the OLI/Landsat-8 approach showed a weak correlation between image-derived predictors and AGB in plots, which determined the worst performance (rho=0,13 and p-value=0,2642, RMSE=87,2 Mg.ha-1, standard error=38,4%). The upscaling method brought performance gains by combining the AGB map via LiDAR with OLI/Landsat-8 images in the modeling (rho=0,31 and p-value=0,0699, RMSE=79,2 Mg.ha-1, standard error=34,9%). The uncertainty analysis revealed the difficulty for models based on spectral variables to reproduce the full amplitude of the AGB present in the study area. Even with the performance gain, the upscaling approach presented an average uncertainty of 108 Mg.ha-1. The research results reinforce the potential use of the combination of remote sensors in estimating forest attributes. The calibration of spectral models with previous AGB maps via LiDAR data can help compensate for the optical data saturation and improve predictions, especially in regions with high AGB density and structural complexity, characteristics of the Amazon rainforest.eng
dc.description.sponsorshipCoordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESpor
dc.languageporpor
dc.publisherUniversidade Federal de Santa Mariapor
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International*
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/*
dc.subjectCarbono florestalpor
dc.subjectMultiescalapor
dc.subjectSensoriamento remotopor
dc.subjectInteligência artificialpor
dc.subjectForest carboneng
dc.subjectMultiscaleeng
dc.subjectRemote sensingeng
dc.subjectArtificial intelligenceeng
dc.titleEstimativa da biomassa acima do solo em floresta de terra firme na Amazônia com dados LiDAR aerotransportado e upscaling com imagens orbitaispor
dc.title.alternativeAboveground biomass estimation in terra firme amazonian rainforest with airborne LiDAR data and upscaling with orbital imageseng
dc.typeTesepor
dc.description.resumoA alta concentração de biomassa viva estocada nas suas diferentes formações vegetais confere protagonismo à floresta amazônica nas discussões sobre ciclagem de carbono e monitoramento climático. O estudo detalhado da dinâmica do carbono florestal passa pelo aprimoramento da mensuração da biomassa estocada, uma vez que os métodos tradicionalmente empregados são onerosos e de alcance espacial limitado. Nesse sentido, o estudo abordou o desenvolvimento de um protocolo de upscaling que associou dados de sensor aerotransportado LiDAR (Light Detection and Ranging), imagens OLI/Landsat-8 e informações de campo, para modelagem e mapeamento da biomassa acima do solo (AGB) em região de Floresta Ombrófila Densa do bioma amazônico. A pesquisa foi executada considerando três abordagens: (1) Modelar via o estoque de AGB presente em parcelas inventariadas utilizando dados LiDAR e espacializar as estimativas ao longo da área de estudo (Fazenda Cauaxi, município de Paragominas/PA); (2) Realizar o mesmo procedimento utilizando como preditores dados de imagem OLI/Landsat-8; (3) Utilizar o mapa de AGB via LiDAR como referência de calibração em estimativas com imagens OLI/Landsat-8. A modelagem foi implementada utilizando o algoritmo de aprendizado de máquina Support Vector Machine (SVM). Dados de AGB derivados de observações a campo foram tomados como referência para validação dos modelos. Por fim, os mapas de AGB foram submetidos a um processo de análise da incerteza associada às estimativas dos pixels. Os resultados das três abordagens revelam mapas com estimativas dentro do intervalo de confiança da AGB referência, tanto no valor por hectare (229,6 ± 18,2 Mg.ha-1), quanto para o total da população (289.256,5 ± 22.851,2 Mg). A nível de parcela, as estimativas apresentaram-se válidas pelo teste de Wilcoxon. O modelo LiDAR apresentou a maior correlação de Spearman (rho=0,89 e p-valor<0,0001), menor RMSE (32,8 Mg.ha-1) e menor erro padrão (14,5%), em relação aos demais. Por outro lado, a abordagem OLI/Landsat-8 apresentou fraca correlação entre os preditores derivados das imagens e a AGB nas parcelas, o que determinou o pior desempenho (rho=0,13 e p-valor=0,2642, RMSE=87,2 Mg.ha-1, erro padrão=38,4%). Já o método upscaling trouxe ganho de performance ao combinar o mapa de AGB via LiDAR com imagens OLI/Landsat-8 na modelagem (rho=0,31 e p-valor=0,0699, RMSE=79,2 Mg.ha-1, erro padrão=34,9%). A análise de incerteza revelou a dificuldade dos modelos baseados em variáveis espectrais reproduzirem toda amplitude da AGB presente na área de estudo. Mesmo com o ganho de performance, a abordagem upscaling apresentou incerteza média de 108 Mg.ha1 . Os resultados da pesquisa reforçam o potencial emprego da combinação de sensores remotos na estimativa de atributos florestais. A calibração de modelos espectrais com mapas prévios de AGB, via dados LiDAR, pode ajudar a compensar a saturação de dados ópticos e melhorar as predições, especialmente em regiões com alta densidade de AGB e elevada complexidade estrutural, características da floresta tropical amazônica.por
dc.contributor.advisor1Pereira, Rudiney Soares
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/9479801378014588por
dc.contributor.advisor-co1Farias, Jorge Antonio de
dc.contributor.advisor-co2Eugenio, Fernando Coelho
dc.contributor.referee1Silva, Emanuel Araújo
dc.contributor.referee2Rovani, Franciele Francisca Marmentini
dc.contributor.referee3Batista, Fábio de Jesus
dc.contributor.referee4Amara, Lúcio de Paula
dc.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/4673313670767417por
dc.publisher.countryBrasilpor
dc.publisher.departmentRecursos Florestais e Engenharia Florestalpor
dc.publisher.initialsUFSMpor
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Florestalpor
dc.subject.cnpqCNPQ::CIENCIAS AGRARIAS::RECURSOS FLORESTAIS E ENGENHARIA FLORESTALpor
dc.publisher.unidadeCentro de Ciências Ruraispor


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