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https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/31995
Tipo: | Dissertação |
Título: | Monitoramento dinâmico do volume hídrico em reservatórios utilizando imagens de satélite e redes neurais convolucionais |
Autor(es): | Teixeira, Ariane Marina de Albuquerque |
Primeiro Orientador: | Batista, Leonardo Vidal |
Resumo: | Técnicas de monitoramento baseadas em imagens têm sido aplicadas para realizar o acom- panhamento do volume de água. O principal objetivo deste trabalho é apresentar um fra- mework que aproveita o aprendizado profundo e imagens multiespectrais para monitorar os volumes de água de reservatórios no estado da Paraíba, Brasil. Para validar a me- todologia, foram selecionados seis reservatórios distintos ao longo do estado: Engenheiro Ávidos, Argemiro de Figueiredo, Lagoa do Arroz, Gramame/Mamuaba, Sumé e Marés. Uma Rede Neural Convolucional (CNN) foi empregada para extrair a área da superfície dos corpos d'água, utilizando imagens de satélite. O gráfico de monitoramento de volume foi derivado dos dados de área da superfície da água dos reservatórios, juntamente com o uso das respectivas curvas CAV. Foram empregadas imagens multiespectrais de satélite que abrangem o período de meados de 2018 a 2023. Quatro abordagens distintas foram testadas na criação do modelo de segmentação, com todos os testes conduzidos usando a técnica de validação cruzada com 5 folds. O modelo baseado na U-Net, com a técnica de aumento de dados, obteve as melhores métricas, com resultados de 95,81% IoU e 96,86% de coeficiente de Dice. As séries temporais dos volumes de água destacaram variações significativas no desempenho do modelo de segmentação entre os reservatórios, com al- guns, como Argemiro de Figueiredo e Engenheiro Ávidos, revelando resultados de MAPE inferiores a 15% e coeficientes de Pearson maiores que 0,92, enquanto outros, como Marés e Gramame/Mamuaba, apresentaram métricas inferiores. A análise permitiu avaliar a eficácia do modelo e da metodologia, identificando fatores que podem afetar a precisão das estimativas, como a presença de nuvens, a resolução espacial das imagens de satélite e a localização geográfica dos reservatórios. |
Abstract: | Image-based monitoring techniques have been applied to track water volume. The main objective of this work is to present a framework that leverages deep learning and multispectral images to monitor water volumes in reservoirs in Paraíba, Brazil. To validate the methodology, six different reservoirs throughout the state were selected: Engenheiro Ávidos, Argemiro de Figueiredo, Lagoa do Arroz, Gramame/Mamuaba, Sumé, and Marés. A Convolutional Neural Network (CNN) was employed to extract the surface area of water bodies using satellite images. The volume monitoring graph was derived from the reservoirs' water surface area data, along with their respective elevation-area-volume (EAV) curves. Multispectral satellite images covering the period from mid-2018 to 2023 were employed. Four distinct approaches were tested in creating the segmentation model, with all tests conducted using 5-fold cross-validation. The U-Net-based model, with data augmentation technique, achieved the best metrics, with results of 95.81% IoU and 96.86% Dice coefficient. The temporal series of water volumes highlighted significant variations in the segmentation model performance among the reservoirs, with some, such as Argemiro de Figueiredo and Engenheiro Ávidos, revealing MAPE results below 15% and Pearson coefficients greater than 0.92. In contrast, others, such as Marés and Gramame/Mamuaba, showed inferior metrics. The analysis allowed for evaluating the effectiveness of the model and methodology, identifying factors that may affect the accuracy of estimates, such as cloud presence, spatial resolution of satellite images, and geographical location of the reservoirs. |
Palavras-chave: | Sensoriamento remoto - Satélites Simulação de reservatórios Monitoramento de reservatórios Aprendizado profundo Remote sensing - Satellites Reservoir simulation Reservoir monitoring Deep learning |
CNPq: | CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO |
Idioma: | por |
País: | Brasil |
Editor: | Universidade Federal da Paraíba |
Sigla da Instituição: | UFPB |
Departamento: | Informática |
Programa: | Programa de Pós-Graduação em Informática |
Tipo de Acesso: | Acesso aberto Attribution-NoDerivs 3.0 Brazil |
URI: | http://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/br/ |
URI: | https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/31995 |
Data do documento: | 30-Jan-2024 |
Aparece nas coleções: | Centro de Informática (CI) - Programa de Pós-Graduação em Informática |
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