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http://bdtd.unoeste.br:8080/jspui/handle/jspui/1622
Tipo do documento: | Tese |
Título: | Identificação de espécie arbórea invasora em imagens panorâmicas urbanas por aprendizagem profunda |
Título(s) alternativo(s): | Identification of invasive tree species in urban panoramic images using deep learning |
Autor: | FURUYA, DANIELLE ELIS GARCIA |
Primeiro orientador: | Ramos , Ana Paula Marques |
Primeiro coorientador: | Osco , Lucas Prado |
Segundo coorientador: | Silva , Paulo Antônio da |
Primeiro membro da banca: | Marcato Júnior, José |
Segundo membro da banca: | Silva, Jonathan de Andrade |
Terceiro membro da banca: | Oliveira, Renan Furlan de |
Resumo: | O mapeamento da vegetação arbórea contribui com o planejamento urbano e facilita a gestão das áreas verdes nas cidades. Identificar espécies arbóreas auxilia no diagnóstico ambiental e permite verificar se as espécies presentes em áreas urbanas contribuem com o equilíbrio e fornecem os serviços ecossistêmicos ideais. As áreas verdes nem sempre são compostas com a quantidade de espécies nativas recomendadas, e podem apresentar espécies arbóreas exóticas capazes de prejudicar o ambiente urbano, pois certas espécies passam a se tornar invasoras. Nesse contexto, a espécie arbórea leucena (Leucaena leucocephala) está presente com frequência em diversas cidades e corresponde a uma espécie exótica invasora em diversos países, incluindo o Brasil. Os dados de sensoriamento remoto processados por algoritmos de inteligência artificial (especialmente de aprendizagem profunda), podem consistir em uma estratégia eficiente e eficaz para identificar Leucenas em ambientes urbanos. No entanto, essa é uma lacuna persistente na literatura. Neste trabalho, busca-se explorar o potencial de algortimos de deep learning (detecção e segmentação semântica) para identificar a espécie arbórea Leucena em regiões urbanas a partir de imagens panorâmicas do Google Street View e de celular. Essas imagens estão sendo exploradas para a identificação das Leucenas tanto na perspectiva de segmentação semântica, quanto de deteção de objetos. O modelo SAM (Segment Anything Model), lançado em abril de 2023, foi testado nessas imagens para, inicialmente, diferenciar vegetação arbórea sem levar em consideração a espécie. Os resultados parciais indicam capacidade do SAM nessa tarefa, alcançando um F1-score de 99%. Nos testes com o SAM para e espécie leucena, o modelo mostrou ser mais vantajoso em imagens do Street View quando comparado a imagens de celular, com uma média de acurácia de 92% e 63% respectivamente. Na perspectiva de deteção de objetos, foram realizados testes com as redes YOLOv8 e DETR. Lançada em janeiro de 2023, a YOLOv8 é uma das opções mais recentes para a tarefa de detecção de objetos em imagens, já a DETR corresponde a uma rede baseada em transformers e tem potencial para diversas tarefas. Os resultados indicam uma capacidade promissora da YOLOv8 na tarefa proposta de detecção da espécie leucena em imagens panorâmicas. Além dos testes, uma revisão cienciométrica foi construída para averiguar como a problemática de mapeamento arbóreo geral, e por espécie, tem sido tratada a partir de dados de sensoriamento remoto e aprendizagem de máquina (rasa e profunda). Os testes realizados reforçam a originalidade do presente trabalho, mostrando uma carência de estudos que explorem esse tipo de dados com técnicas avançadas de deep learning, para identificar nas cidades a presença de uma das 100 piores espécies invasoras do mundo, a Leucena. |
Abstract: | Mapping tree vegetation contributes to urban planning and facilitates the management of green areas in cities. Identifying tree species helps in environmental diagnosis and allows us to verify whether the species present in urban areas contribute to the balance and provide ideal ecosystem services. Green areas are not always composed of the recommended number of native species, and may contain exotic tree species capable of harming the urban environment, as certain species become invasive. In this context, the leucaena tree species (Leucaena leucocephala) is frequently present in several cities and corresponds to an invasive exotic species in several countries, including Brazil. Remote sensing data processed by artificial intelligence algorithms (especially deep learning) can be an efficient and effective strategy for identifying Leucaena in urban environments. However, this is a persistent gap in the literature. In this work, we seek to explore the potential of deep learning algorithms (detection and semantic segmentation) to identify the Leucaena tree species in urban regions using panoramic images from Google Street View and cell phones. These images are being explored to identify Leucenes both from the perspective of semantic segmentation and object detection. The SAM model (Segment Anything Model), launched in April 2023, was tested on these images to initially differentiate tree vegetation without taking the species into account. The partial results indicate SAM's ability in this task, reaching an F1-score of 99%. In tests with SAM for the Leucaena species, the model proved to be more advantageous in Street View images when compared to cell phone images, with an average accuracy of 92% and 63% respectively. From an object detection perspective, tests were carried out with the YOLOv8 and DeTR networks. Launched in January 2023, YOLOv8 is one of the most recent options for the task of object detection in images, while DeTR corresponds to a transformer-based network and has the potential for several tasks. The results indicate a promising capacity of YOLOv8 in the proposed task of detecting the Leucaena species in panoramic images. In addition to the tests, a scientometric review was constructed to investigate how the problem of tree mapping in general, and by species, has been addressed using remote sensing data and machine learning (shallow and deep). The tests carried out reinforce the originality of this work, showing a lack of studies that explore this type of data with advanced deep learning techniques, to identify the presence of one of the 100 worst invasive species in the world, the Leucaena. |
Palavras-chave: | Leucaena leucocephala SAM YOLOv8 DETR Imagens panorâmicas : Leucaena leucocephala SAM YOLOv8 DETR Panoramic images |
Área(s) do CNPq: | OUTROS::CIENCIAS |
Idioma: | por |
País: | Brasil |
Instituição: | Universidade do Oeste Paulista |
Sigla da instituição: | UNOESTE |
Departamento: | Doutorado em Meio Ambiente e Desenvolvimento Regional |
Programa: | Doutorado em Meio Ambiente e Desenvolvimento Regional |
Citação: | FURUYA, Danielle Elis Garcia. Identificação de espécie arbórea invasora em imagens panorâmicas urbanas por aprendizagem profunda. 2024. 116 f. Tese (Doutorado em Meio Ambiente e Desenvolvimento Regional)- Universidade do Oeste Paulista, Presidente Prudente, 2024. |
Tipo de acesso: | Acesso Aberto |
URI: | http://bdtd.unoeste.br:8080/jspui/handle/jspui/1622 |
Data de defesa: | 21-Mar-2024 |
Aparece nas coleções: | Mestrado em Meio Ambiente e Desenvolvimento Regional |
Arquivos associados a este item:
Arquivo | Descrição | Tamanho | Formato | |
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