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Tipo: Dissertação
Título: Redes neurais totalmente convolucionais aplicadas à identificação de focos de desmatamento
Autor(es): Bragagnolo, Lucimara
Primeiro Orientador: Grzybowski, Jose Mario Vicensi
Primeiro coorientador: Silva, Roberto Valmir da
Primeiro membro da banca: Franco, Davide
Segundo membro da banca: Chaffe, Pedro Luiz Borges
Terceiro membro da banca: Hartmann, Paulo Afonso
Resumo: O desmatamento é uma das principais ameaças ambientais ao balanço ecológico no mundo todo, bem como uma das fontes primárias no que se refere a emissões de gases de efeito estufa. Por conta disso, o desenvolvimento de metodologias com o potencial de realizar o monitoramento mais preciso de desmatamentos e escaláveis é imprescindível para a tentativa de combater e minimizar esse problema. Considerando o rápido desenvolvimento de tecnologias como mineração de dados e aprendizado de máquina e as características de modelos de aprendizagem profunda, capazes de realizar a segmentação semântica de imagens, verifica-se inúmeras potencialidades em se utilizar esses tipos de estrutura para criar métodos de mapeamento de desmatamento automatizados e em tempo real. Neste trabalho, portanto, estudou-se uma arquitetura de Rede Neural Totalmente Convolucional (FCN) denominada U-Net para ser aplicada em uma metodologia de identificação de perda da cobertura florestal em dois biomas brasileiros. Esta dissertação é apresentada sob a forma de três artigos. No primeiro, apresenta-se o processo de escolha da FCN, bem como uma avaliação inicial da possibilidade de se utilizar a estrutura para identificar desmatamentos em uma região da Amazônia. Assim, verificou-se que a U-Net apresentou as melhores métricas e, portanto, foi selecionda para prosseguir com os estudos. Já o segundo artigo avaliou, de forma mais profunda, as potencialidades da U-Net, identificando a melhor configuração e avaliando diferentes composições de bandas multiespectrais e sua aplicação para os biomas Mata Atlântica e Amazônia. O estudo indicou que a U-Net atingiu os melhores resultados na classificação de floresta e não-floresta utilizando 4 bandas espectrais (Vermelha, Verde, Azul e Infravermelha-próxima) e foi capaz de mapear as regiões de floresta de forma satisfatória, atingindo, para a rede treinada com imagens de ambos os biomas, valores de acurácia, precisão, recall e F1-Score de 0.9880, 0.9871, 0.9882, e 0.9876, respectivamente. Por fim, o terceiro artigo apresenta uma metodologia completa e automatizada utilizando as melhores configurações da U-Net obtidas nos estudos anteriores e aplicando-as em um método capaz de identificar áreas desmatadas nos biomas Mata Atlântica e Amazônia utilizando imagens Sentinel-2. Observou-se que a metodologia é capaz de identificar, com elevado grau de acurácia, áreas que sofreram perda da cobertura vegetal, podendo ser aplicada em sistemas de monitoramento ou servir como método complementar em sistemas já existentes.
Abstract/Resumen: Deforestation is one of the main environmental threats to the ecological balance worldwide, as well as one of the primary sources in terms of greenhouse gas emissions. Because of this, the development of methodologies with the potential to monitor deforestation increasingly accurate and scalable is essential for the attempt to combat and minimize this problem. Considering the rapid development of technologies such as data mining and machine learning and the characteristics of deep learning models, capable of performing the semantic segmentation of images, there are numerous potentialities in using these types of structures to create methods for mapping automated and real-time deforestation. In this work, therefore, a Fully Convolutional Neural Network (FCN) architecture called U-Net was studied and evaluated to be applied in a methodology to identify forest cover loss in two Brazilian biomes. This dissertation is presented in the form of three articles. The first presents the process of choosing the FCN to meet the objectives of the problem, as well as an initial assessment of the possibility of using the structure to identify deforestation in an Amazon region. Thus, it was found that U-Net presented the metrics improvements and, therefore, was selected to continue with the studies. The second article, on the other hand, evaluated the potential of U-Net more deeply, identifying the best configuration and evaluating different compositions of multispectral bands and their application to the Atlantic Forest and Amazon biomes. The study indicated that U-Net achieved the best results in the classification of forest and non-forest using 4 spectral bands (Red, Green, Blue and Infrared) and was able to map the forest regions satisfactorily, reaching, for the network trained with images of both biomes, accuracy, precision, recall and F1- Score values of 0.9880, 0.9871, 0.9882, and 0.9876, respectively. Finally, the third article presents a complete and automated methodology using the best U-Net configurations obtained in previous studies and applying them in a method capable of identifying deforested areas in the Atlantic Forest and Amazon biomes using Sentinel-2 images both temporally and spatially spaced. It was observed that the methodology is able to identify, with a high degree of accuracy, areas that have suffered loss of vegetation cover, which can be applied in monitoring systems or serve as a complementary method in existing systems.
Palavras-chave: Segmentação semântica
Cobertura florestal
Sentinel-2
SIG
Aprendizado de máquina
Idioma: por
País: Brasil
Instituição: Universidade Federal da Fronteira Sul
Sigla da Instituição: UFFS
Faculdade, Instituto ou Departamento: Campus Erechim
Nome do Programa de Pós Graduação : Programa de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia Ambiental
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: https://rd.uffs.edu.br/handle/prefix/5231
Data do documento: 2021
Nível: Mestrado
Aparece nas coleções:Programa de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia Ambiental

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