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ORCID:  http://orcid.org/0000-0003-0901-6351
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acceso: Acesso Aberto
Título: Segmentação Semântica de Incêndios Florestais com U-Net e Encoders Pré-Treinados: Uma Abordagem com Função de Perda Composta e Balanceamento de Classes
Título (s) alternativo (s): Semantic Segmentation of Forest Fires with U-Net and Pre-trained Encoders: An Approach with Composite Loss Function and Class Balancing
Autor: Gomes, Natália de Oliveira
Primer orientador: Fernandes, Henrique Coelho
Primer miembro de la banca: Mari, João Fernando
Segundo miembro de la banca: Tinoco, Claudiney Ramos
Tercer miembro de la banca: Fernandes, Henrique Coelho
Resumen: A segmentação semântica de incêndios florestais em imagens de satélite é um problema relevante para o monitoramento ambiental, especialmente devido ao forte desbalancea- mento entre classes e à natureza esparsa dos focos de fogo. Neste trabalho, o estudo é conduzido sobre imagens multiespectrais do satélite Sentinel-2 (resolução de 20 m), com foco na identificação da classe incêndio. O objetivo desta dissertação é propor, imple- mentar e avaliar um pipeline de segmentação semântica para detectar incêndios florestais, investigando o impacto de diferentes backbones, funções de perda e estratégias de mitiga- ção do desbalanceamento. A metodologia foi estruturada em dois ciclos experimentais: no primeiro, de caráter exploratório, avaliou-se a U-Net com encoders VGG16! (VGG16!) e EfficientNetB3, utilizando perdas tradicionais; no segundo, foi adotado um pipeline otimizado com undersampling, data augmentation, perdas sensíveis à classe minoritária (Dice, Focal e Dice+Focal), treinamento em duas fases com fine-tuning e calibração do limiar por varredura na validação maximizando F1-Score. Os resultados indicam melhora substancial no Ciclo 2, com maior estabilidade e desempenho, destacando-se a U-Net com backbone VGG-16, que apresentou métricas elevadas de medida F1 (média harmônica en- tre Precisão e Precision/Recall) (F1-Score) e Interseção sobre União (IoU) no conjunto de teste. A análise qualitativa confirmou maior coerência espacial das máscaras preditas. Conclui-se que a combinação de balanceamento, funções de perda adequadas e calibração do limiar de decisão é determinante para a segmentação eficaz de incêndios em imagens multiespectrais do Sentinel-2.
Abstract: emantic segmentation of forest fires in satellite imagery is a relevant problem for environmental monitoring, particularly due to severe class imbalance and the sparse spa- tial distribution of fire events. In this work, the study is conducted using multispectral Sentinel-2 images with 20 m spatial resolution, focusing on the accurate identification of the fire class. The objective of this dissertation is to propose, implement, and eva- luate a semantic segmentation pipeline for forest fire detection, investigating the impact of different backbones, loss functions, and class imbalance mitigation strategies. The methodology is structured into two experimental cycles. The first, exploratory in nature, evaluates a U-Net architecture with VGG16 and EfficientNetB3 encoders using conventi- onal loss functions. The second cycle adopts an optimized pipeline incorporating selective undersampling, data augmentation, loss functions tailored to imbalanced data (Dice, Fo- cal, and Dice+Focal), a two-stage training strategy with encoder fine-tuning, and decision threshold calibration through validation-based sweeping to maximize the F1-score. The results show substantial improvements in the second cycle, with increased stability and performance, particularly for the U-Net with the VGG16 backbone, which achieved high F1 and IoU scores on the test set. Qualitative analysis further confirmed improved spatial coherence of the predicted masks. These findings indicate that combining class balancing strategies, appropriate loss functions, and threshold calibration is essential for effective forest fire segmentation in multispectral Sentinel-2 imagery.
Palabras clave: Sensoriamento Remoto
Segmentação Semântica
Aprendizado Profundo
Queimadas
Sentinel-2
Incêndios Florestais
Área (s) del CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA
Tema: Computação
Idioma: por
País: Brasil
Editora: Universidade Federal de Uberlândia
Programa: Programa de Pós-graduação em Ciência da Computação
Cita: GOMES, Natália de Oliveira. Segmentação Semântica de Incêndios Florestais com U-Net e Encoders Pré-Treinados: Uma Abordagem com Função de Perda Composta e Balanceamento de Classes. 2025. 82 f. Dissertação (Mestrado em Ciência da Computação) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2026. DOI 10.14393/ufu.di.2025.538.
Identificador del documento: http://doi.org/10.14393/ufu.di.2025.538
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/48076
Fecha de defensa: 25-ago-2025
Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS): ODS::ODS 17. Parcerias e meios de implementação - Fortalecer os meios de implementação e revitalizar a parceria global para o desenvolvimento sustentável.
Aparece en las colecciones:DISSERTAÇÃO - Ciência da Computação

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