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dc.creatorSilva, Sally Deborah Pereira da
dc.date.accessioned2022-08-15T15:48:22Z
dc.date.available2022-08-15T15:48:22Z
dc.date.issued2022-02-22
dc.identifier.urihttp://repositorio.ufsm.br/handle/1/25891
dc.description.abstractInvasive Exotic Forest Species (IEFE) have the potential to transform the structure and formation of ecosystems, due to their ability to exclude native species and destroy characteristics that local biodiversity provides. Given the concern that IEFE bring, their identification and monitoring are necessary, however, such tasks in protected areas are complex, due to the large territorial dimension, difficulty of access and high costs to inventory these species in the field. In this way, remote sensing through aerial platforms, such as RPAS (Remotely Piloted Aircraft Systems), stands out as an important approach to identify and monitor IEFE, since they allow fast and frequent mapping together with the machine learning (ML) techniques for incorporating specialized knowledge into processing. Therefore, the present research aimed to evaluate the combination of the use of images obtained by RPAS and machine learning algorithms to identify invasive exotic forest species in the Quarta Colônia State Park, Rio Grande do Sul, Brazil. Field data were obtained in two different sampling areas, where the IEFE Hovenia dulcis and Psidium guajava census was carried out, measuring the variables CAP ≥ 5 cm, height, and geographic coordinates collected with GPS. To obtain the remote data, an RPAS coupled to a Parrot Sequoia multispectral camera was used. Subsequently, the images were processed using the Pix4D® application to generate reflectance maps, and the ArcMap® 10.8 Geographic Information System (GIS) to generate vegetation indices and also the spatial distribution of the inventoried species, which was made from manual photointerpretation. In sequence, for the training process of the models, in the GIS ArcGis Pro® 2.8, four classes of interest were defined, being for sample area I (H. dulcis) and sample area II (P. guajava) and the classes similar species, shade and other species applied to both areas. The supervised classification process involved two approaches (pixel-by-pixel and object-based analysis – OBIA) and two ML algorithms in comparison (Random Forest – RF and Support Vector Machine – SVM). The samples were separated into 90% for training/testing and 10% for model validation. For performance analysis, overall accuracy and Kappa index metrics were calculated. The results demonstrate that the RF algorithm in the pixel-by-pixel approach had the best performance in classifying the IEFE H. dulcis, obtaining a kappa of 0.87 and an overall accuracy of 91.5%. For IEFE P. guajava, with the composition of RGB images, the best result was obtained using the OBIA method and the RF algorithm (Kappa of 0.89 and overall accuracy of 92.5%). The RGCV multispectral composition proved to be excellent in differentiating the IEFE P. guajava pattern in the OBIA approach with the RF algorithm (Kappa 0.90 and overall accuracy 93%). In view of the results obtained, the present study has a new and important methodology for identifying the IEFE Hovenia dulcis and Psidium guajava in areas of Seasonal Deciduous Forest, since it can be used in management strategies suitable for the control and eradication of these species.eng
dc.description.sponsorshipConselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPqpor
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.subjectInteligência artificialpor
dc.subjectInvasão biológicapor
dc.subjectSensoriamento remoto com RPASpor
dc.subjectArtificial intelligenceeng
dc.subjectBiological invasioneng
dc.subjectRemote sensing with RPASeng
dc.titleFloresta de precisão na identificação de espécies florestais exóticas invasoraspor
dc.title.alternativePrecision forest in identification of invasive exotic forest specieseng
dc.typeDissertaçãopor
dc.description.resumoAs espécies florestais exóticas invasoras (EFEI’s) têm potencial de transformar a estrutura e formação dos ecossistemas, devido a sua capacidade de excluir espécies nativas e destruir características que a biodiversidade local proporciona. Diante da preocupação que as EFEI’s trazem, sua identificação e acompanhamento são necessários, no entanto, tais tarefas em áreas protegidas são complexas, devido a grande dimensão territorial, dificuldade de acesso e custos elevados para inventariar essas espécies em campo. Dessa forma, o sensoriamento remoto por meio de plataformas aéreas, tais como o RPAS (Sistemas de Aeronaves Remotamente Pilotadas), destacam-se como uma abordagem importante para identificar e monitorar as EFEI’s, uma vez que permitem mapeamento rápido e frequente em conjunto com as técnicas de aprendizado de máquina (AM) para incorporação de conhecimentos especializados no processamento. Portanto, a presente pesquisa teve por objetivo avaliar a combinação do uso de imagens obtidas por RPAS e algoritmos de aprendizado de máquina para identificar espécies florestais exóticas invasoras no Parque Estadual Quarta Colônia, Rio Grande do Sul, Brasil. Os dados de campo foram obtidos em duas áreas amostrais distintas, onde foi realizado o censo das EFEI’s Hovenia dulcis e Psidium guajava, sendo mensuradas as variáveis CAP ≥ 5 cm, altura, e coletadas as coordenadas geográficas com GPS. Para obtenção dos dados remotos foi utilizado um RPAS acoplado a uma câmera multiespectral Parrot Sequoia. Posteriormente, realizou-se o processamento das imagens no aplicativo Pix4D® para geração dos mapas de reflectância, e o Sistema de Informação geográfica (SIG) ArcMap® 10.8 para geração de índices de vegetação e também a distribuição espacial das espécies inventariadas, a qual foi feita a partir da fotointerpretação manual. Em sequência, para o processo de treinamento dos modelos, no SIG ArcGis Pro® 2.8, foram definididas quatro classes de interesse, sendo para área amostral I (H. dulcis) e área amostral II (P. guajava) e as classes espécie similar, sombra e demais espécies aplicadas a ambas as áreas. O processo de classificação superviosionada envolveu duas abordagens (pixel a pixel e análise baseada em objeto – OBIA) e dois algoritmos de AM em comparação (Random Forest – RF e Support Vector Machine – SVM). As amostras foram separadas em 90% para treinamento/teste e 10% para validação dos modelos. Para análise de desempenho, foram calculadas as métricas de acurácia global e índice de Kappa. Os resultados demonstram que o algoritmo RF na abordagem pixel a pixel teve o melhor desempenho em classificar a EFEI H. dulcis, obtendo um kappa de 0,87 e acurácia global de 91,5%. Para a EFEI P. guajava, com a composição de imagens RGB, o melhor resultado foi obtido no método OBIA e o algoritmo RF (Kappa de 0,89 e acurácia global 92,5%). A composição multiespectral RGCV mostrou-se excelente em diferenciar padrão da EFEI P. guajava em abordagem OBIA com o algoritmo RF (Kappa 0,90 e acurácia global 93%). Diante dos resultados obtidos, o presente estudo possui uma nova e importante metodologia para identificação das EFEI’s Hovenia dulcis e Psidium guajava em áreas de Floresta Estacional Decidual, uma vez que pode ser usado em estratégias de manejo adequadas ao controle e erradicação dessas espécies.por
dc.contributor.advisor1Eugenio, Fernando Coelho
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/2825133116316989por
dc.contributor.advisor-co1Pereira, Rudiney Soares
dc.contributor.referee1Amaral, Lúcio de Paula
dc.contributor.referee2Santos, Alexandre Rosa dos
dc.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/3439901569000953por
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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