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https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/48236| ORCID: | http://orcid.org/0000-0003-3099-1223 |
| Document type: | Dissertação |
| Access type: | Acesso Aberto |
| Title: | Modelagem do crescimento e produção de florestas plantadas usando indicadores de capacidade fotossintética derivados de sensoriamento remoto e aprendizado de máquinas |
| Alternate title (s): | Modeling the growth and production of planted forests using photosynthetic capacity indicators derived from remote sensing and machine learning. |
| Author: | Lima, João Victor do Nascimento |
| First Advisor: | Martins, George Deroco |
| First coorientator: | Soares, Alvaro Augusto Vieira |
| First member of the Committee: | Cosenza, Diogo Nepomuceno |
| Second member of the Committee: | Araújo Júnior, Carlos Alberto |
| Summary: | A modelagem do crescimento e da produção florestal é fundamental para o planejamento e manejo sustentável de florestas plantadas. O modelo de Clutter, amplamente utilizado no Brasil, baseia-se exclusivamente em variáveis dendrométricas convencionais (idade, área basal e índice de sítio), não considerando fatores fisiológicos como a capacidade fotossintética das plantas. Assim este estudo teve como objetivo avaliar a incorporação de variáveis proxy de capacidade fotossintética, na modelagem do crescimento e produção florestal. A pesquisa foi conduzida em plantios de eucalipto na mesorregião do Vale do Rio Doce, Minas Gerais, utilizando dados de inventário florestal contínuo (2013-2019) fornecidos pela empresa CENIBRA. Foram extraídos valores de reflectância de imagens Landsat 8 sem cobertura de nuvens, calculando-se oito índices espectrais (NDVI, GNDVI, SAVI, SR, NBRI, RVI, DVI, EVI) e oito índices de textura baseados na Matriz de Co-ocorrência de Níveis de Cinza (Energia, Entropia, Correlação, IDM, Inércia, CS, CP, HC). Cinco algoritmos de aprendizado de máquina foram testados: Flroestas Aleatórias (RF), Máquina de Vetores Suporte (SVM), Aumento de Gradiente Extremo (XGBoost), Redes Neurais Artificiais (RNA) e K-Vizinhos Próximos (KNN). A validação foi realizada através de validação cruzada com 5 folds, utilizando métricas de acurácia REMQ para selecionar o melhor modelo. Os resultados demonstraram que o modelo de Clutter apresentou elevada precisão, com RMSE% inferior a 10% para volume, R² superior a 0,93 e r = 0,97. A incorporação de índices espectrais e texturais no modelo de Clutter promoveu melhorias modestas, reduzindo o RMSE% de 8,51% para 8,46% com os índices SR e NBRI. Entretanto, os algoritmos de aprendizado de máquina, particularmente o SVM, demonstraram melhor capacidade de incorporar essas variáveis, resultando em ganhos de acurácia de até 0,7% em relação ao modelo tradicional. Os índices SR, NBRI e HC destacaram-se como os melhores preditores. Conclui-se que a inclusão de variáveis de sensoriamento remoto pode aprimorar discretamente a capacidade preditiva dos modelos tradicionais, sendo os algoritmos de aprendizado de máquina, particularmente o SVM, demonstraram melhor capacidade de incorporar essas variáveis, indicando um caminho promissor para o aperfeiçoamento dos modelos de crescimento e produção florestal. |
| Abstract: | Forest growth and yield modeling is fundamental for sustainable planning and management of planted forests. The Clutter model, widely used in Brazil, relies exclusively on conventional dendrometric variables (age, basal area, and site index), without considering physiological factors such as photosynthetic capacity. This study aimed to evaluate the incorporation of proxy variables for photosynthetic capacity, derived from remote sensing, into forest growth models, comparing the performance of the traditional Clutter model, its modified variant with spectral and textural indices, and machine learning algorithms. The research was conducted in commercial eucalyptus plantations in the Vale do Rio Doce region, Minas Gerais, using continuous forest inventory data (2013-2019) provided by CENIBRA. Reflectance values were extracted from cloud-free Landsat 8 images, calculating eight spectral indices (NDVI, GNDVI, SAVI, SR, NBRI, RVI, DVI, EVI) and eight texture indices based on the Gray Level Co-occurrence Matrix (Energy, Entropy, Correlation, IDM, Inertia, CS, CP, HC). Five machine learning algorithms were tested: Random Forest (RF), Support Vector Machine (SVM), Extreme Gradient Boosting (XGBoost), Artificial Neural Networks (ANN), and K-Nearest Neighbors (KNN). Validation was performed through 5-fold cross-validation, using RMSE, RMSE%, Pearson correlation (r), R², and BIAS% metrics. Results demonstrated that the traditional Clutter model exhibited high accuracy, with RMSE% below 10% for volume, R² greater than 0.93, and r = 0.97. The incorporation of spectral and textural indices into the Clutter model promoted modest improvements, reducing RMSE% from 8.51% to 8.46% with SR and NBRI indices. However, machine learning algorithms, particularly SVM, demonstrated superior capability in incorporating these variables, resulting in accuracy gains of up to 0.7% compared to the traditional model. The SR, NBRI, and HC indices stood out as the best predictors. It is concluded that the inclusion of remote sensing variables can discretely enhance the predictive capacity of traditional models, with machine learning algorithms being more efficient in incorporating these variables, indicating a promising path for improving forest growth and yield models. |
| Keywords: | Manejo florestal Sensoriamento Remoto aprendizado de máquina Clutter |
| Area (s) of CNPq: | CNPQ::CIENCIAS AGRARIAS |
| Subject: | Agricultura |
| Language: | por |
| Country: | Brasil |
| Publisher: | Universidade Federal de Uberlândia |
| Program: | Programa de Pós-graduação em Agricultura e Informações Geoespaciais |
| Quote: | LIMA, João Victor do Nascimento. Modelagem do crescimento e produção de florestas plantadas usando indicadores de capacidade fotossintética derivados de sensoriamento remoto e aprendizado de máquinas. 2025. 65 f. Dissertação (Mestrado em Agricultura e Informações Geoespaciais) - Universidade Federal de Uberlândia, Monte Carmelo, 2025. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.di.2025.705. |
| Document identifier: | http://doi.org/10.14393/ufu.di.2025.705 |
| URI: | https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/48236 |
| Date of defense: | 12-Dec-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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