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https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/45297
ORCID: | ![]() |
Document type: | Dissertação |
Access type: | Acesso Aberto |
Title: | Krigagem Ordinária vs. Support Vector Machine no Smart-Map do QGIS: Qual método é mais acurado na descrição espacial da produtividade da soja? |
Alternate title (s): | Ordinary Kriging vs. Support Vector Machine in QGIS Smart-Map: Which Method Is More Accurate in Describing the Spatial Distribution of Soybean Productivity? |
Author: | Philippe, Samuel |
First Advisor: | Rofatto, Vinicius Francisco |
Second Counselor: | Martins, George Deroco |
First member of the Committee: | Matsuoka, Marcelo Tomio |
Second member of the Committee: | Souto Filho, Sebastião Nilce |
Summary: | Um dos grandes desafios da agricultura de precisão é detectar a variabilidade espacial da unidade produtiva. Quanto maior a acurácia na descrição espacial da produtividade, menores serão os impactos ambientais e maiores os retornos econômicos. Para atingir esse objetivo, frequentemente realiza-se uma amostragem densa ao longo da lavoura, o que pode aumentar os custos de implementação de um sistema de gerenciamento agrícola. Algoritmos baseados em aprendizado de máquina (ML) e métodos geoestatísticos são capazes de descrever a variabilidade espacial, mesmo sob condições de amostragem reduzida. No entanto, esses modelos apresentam diversas variações que podem dificultar sua aplicação por por parte dos usuários finais. Para suprir essa lacuna, o plugin Smart-Map foi desenvolvido para complementar o QGIS, com o objetivo de simplificar o uso desses métodos e facilitar sua aplicação prática. Entretanto, ainda não está claro na literatura qual desses métodos é mais eficaz. Nesse sentido, avaliamos a Krigagem Ordinária (KO) em comparação com o algoritmo ML Support Vector Machine (SVM) na predição da produtividade da soja, considerando diferentes níveis de amostragem: 100% (795 pontos), 80% (636 pontos), 60% (477 pontos) e 40% (318 pontos). Os resultados indicam que a O teve um desempenho geral superior ao do algoritmo SVM, com média de 𝑅2 de 0,6845 e RMSE de 0,609 tons/hectare, comparado a uma média de 𝑅2 de 0,5315 e RMSE de 0,73 tons/hectare para o SVM. No nível de amostragem completo (100%), a KO apresentou os melhores resultados, com 𝑅2 = 0,819 e RMSE = 0,47 tons/hectare, enquanto o SVM teve 𝑅2 = 0,704 e RMSE = 0,599. Em condições de amostragem reduzida (40%), a KO manteve um desempenho relativamente consistente, enquanto o SVM apresentou uma queda significativa no 𝑅2 para 0,394, com um aumento do RMSE para 0,903 tons/hectare. Esses resultados sugerem que, embora a KO exija um conhecimento mais especializado, ela é mais robusta em cenários de amostragem reduzida em comparação com o SVM, que poderia se beneficiar de informações adicionais além da posição do atributo de produtividade. Além disso, é possível que o SVM apresente um desempenho superior se o Smart-Map incorporasse outras funções de covariância (Kernel), como a Quadrática Racional, o que poderia proporcionar uma modelagem mais acurada da variabilidade espacial. |
Abstract: | One of the major challenges in precision agriculture is detecting the spatial variability of the productive unit. The higher the accuracy in describing yield spatially, the lower the environmental impact and the greater the economic returns. To achieve this goal, dense sampling across the field is often conducted, which can increase the costs of implementing an agricultural management system. Machine learning (ML) algorithms and geostatistical methods can describe spatial variability even under reduced sampling conditions. However, these models exhibit various complexities that may hinder their application by end users. To bridge this gap, the Smart-Map plugin was developed to complement QGIS, simplifying the use of these methods and facilitating their practical application. However, it is still unclear in the literature which of these methods is more effective. In this study, we evaluated Ordinary Kriging (OK) compared to Support Vector Machine (SVM) in predicting soybean yield at different sampling levels: 100% (795 points), 80% (636 points), 60% (477 points), and 40% (318 points). The results indicate that OK generally outperformed SVM, with an average 𝑅2 of 0.6845 and RMSE of 0.609 tons/hectare, compared to an average 𝑅2 of 0.5315 and RMSE of 0.73 for SVM. At the full sampling level (100%), the OK showed the best results, with 𝑅2 = 0,819 and RMSE = 0,47 tons/hectare, whereas SVM achieved 𝑅2 = 0,704 and RMSE = 0,599 tons/hectare. Under reduced sampling conditions (40%), the OK maintained relatively consistent performance, while SVM experienced a significant drop in 𝑅2 to 0.394, with an increase in RMSE to 0.903 tons/hectare. These findings suggest that although OK requires more specialized knowledge, it is more robust under reduced sampling scenarios compared to SVM, which could benefit from additional input attributes beyond yield position. Moreover, SVM performance could improve if Smart-Map incorporated other covariance functions, such as the Rational Quadratic, providing a more accurate modeling of spatial variability. |
Keywords: | Support Vector Machine Métodos Geoestatísticos Densidade Amostral Produtividade da Soja Geostatistical methods Sampling density Soybean yield |
Area (s) of CNPq: | CNPQ::CIENCIAS AGRARIAS::ENGENHARIA AGRICOLA |
Subject: | Agronomia |
Language: | por |
Country: | Brasil |
Publisher: | Universidade Federal de Uberlândia |
Program: | Programa de Pós-graduação em Agricultura e Informações Geoespaciais |
Quote: | PHILIPPE, Samuel. Krigagem Ordinária vs. Support Vector Machine no Smart-Map do QGIS: Qual método é mais acurado na descrição espacial da produtividade da soja?. Dissertação (Mestrado em Agricultura e Informações Geoespaciais) - Universidade Federal de Uberlândia, Monte Carmelo, 2025. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.di.2025.225. |
Document identifier: | http://doi.org/10.14393/ufu.di.2025.225 |
URI: | https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/45297 |
Date of defense: | 28-Mar-2025 |
Sustainable Development Goals SDGs: | ODS::ODS 12. Consumo e produção responsáveis - Assegurar padrões de produção e de consumo sustentáveis. |
Appears in Collections: | DISSERTAÇÃO - Agricultura e Informações Geoespaciais (Monte Carmelo) |
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