Espectroscopia do solo no Vis-IR: potencial predictivo e desenvolvimento de uma interface gráfica de usuário em R
Resumo
Esta tese apresenta um estudo da técnica de espectroscopia do visível ao infravermelho próximo aplicado à predição de propriedades do solo. O proposito foi de desenvolver informações quantitativas sobre o solo, devido à demanda do mapeamento digital de solos, monitoramento ambiental, produção agrícola e aumento das informações espaciais do solo. A espectroscopia surge como uma alternativa para revolucionar a monitorização do solo, permitindo uma amostragem rápida, de baixo custo, não destrutiva, ambientalmente amigável, reprodutível e repetitiva. Para melhorar a eficiência da predição do solo usando dados espectrais, várias técnicas de pré-processamento espectral e modelos multivariados foram explorados. Uma interface gráfica de usuário (GUI) no R, denominada Alrad Spectra, foi desenvolvida para realizar pré-processamento, modelagem multivariada e predição usando dados espectrais. Os objetivos foram: i) predizer as propriedades do solo para melhorar a informação do solo usando dados espectrais, ii) comparar os desempenhos dos pré-processamentos espectrais e métodos de calibração multivariada na predição do carbono orgânico do solo, iii) obter predições confiáveis do carbono orgânico do solo, e iv) desenvolver uma interface gráfica de usuário que realize o pré-processamento espectral e a predição do atributo solo usando dados espectroscópicos. Um total de 595 amostras de solo foram coletadas na região central do estado de Santa Catarina, Brasil. A reflectância espectral do solo foi obtida utilizando um espectrorradiômetro FieldSpec 3 com uma alcance espectral de 350-2500 nm com 1 nm de resolução espectral. Os resultados da tese demonstraram o grande desempenho da predição de propriedades do solo usando espectroscopia do vísivel ao infravermelho próximo. As propriedades do solo que estão diretamente relacionadas aos cromóforos, como o carbono orgânico, apresentaram predições superiores comparados com o tamanho de partículas. O pré-processamento espectral aplicado nos espectros do solo contribui para o desenvolvimento de um modelo de predição de alto nível. Comparando diferentes técnicas de pré-processamento espectral para a predição de carbono orgânico revelou que as técnicas de pré-processamento de correção de dispersão apresentaram resultados de predição superiores em comparação com as técnicas de derivação espectrais. Na técnica de correção de dispersão, a remoção do contínuo é o pré-processamento mais adequado a ser usado para a predição de carbono. Na modelagem de calibração, com exceção da floresta aleatória, todos os métodos apresentaram uma elevada predição, sendo destaque o método máquina de vetores de suporte. A metodologia sistemática aplicada neste estudo pode melhorar a confiabilidade da estimativa do carbono orgânico ao examinar como as técnicas de pré-processamento espectral e métodos multivariados afetam a performance da predição usando a análise espectral. O desenvolvimento da GUI de fácil utilização pode beneficiar um grande número de usuários, os quais podem tirar proveito desta análise quimiométrica. Alrad Spectra é a primeira GUI desse tipo e a expectativa é que esta ferramenta possa expandir a aplicação da técnica de espectroscopia.
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