Identificação de copas de árvores em florestas densas e savanas na Amazônia usando Vants e Deep Learning

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Universidade Federal do Oeste do Pará

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Individual tree detection and quantification is a crucial step in ecology, essential for forest management, particularly in conservation units, and automating this process remains a challenge. Remote sensing (RS) can be a powerful ally in this regard, enabling the coverage of large areas. By combining aerial images with Deep Learning (DL) models, it is possible to achieve automated detection and contribute to integrating new technologies into the field of ecology. For this reason, the objective of this study is to analyze effective approaches for tree crown detection based on DL in RGB images obtained through an Unmanned Aerial Vehicle (UAV) in dense ombrophylous forests and Amazonian savannas. Images were selected from the Alter do Chão Environmental Protection Area (APA) and the Tapajós National Forest (FLONA), where RGB images were collected with a Ground Sample Distance (GSD) of 3.26 cm/pixel using an Air 2S UAV to create 1 km² orthomosaics in TIFF format. After preprocessing, the images were subjected to different training configurations in the DeepForest model, varying the number of epochs (10, 15, and 30) and resolution (4 cm, 7 cm, and 10 cm). Among the results obtained, the model achieved an F1 Score of 0.8290 with 30 epochs, compared to 0.7451 with 10 epochs. Using the best resolution (4 cm), F1 Scores of 0.9021 were achieved for the denser savanna and 0.7984 for the Tapajós National Forest. The results demonstrate that the DeepForest model could be adapted to the specific conditions of the Amazon, one of the most complex biomes in the world, highlighting its applicability in challenging scenarios and its potential for conservation and forest management studies. Thus, it is concluded that DeepForest, combined with UAVs and high-resolution imagery, is an effective tool for monitoring tropical forests.

Resumo

A detecção de árvores individuais e sua quantificação é uma etapa importante na ecologia, sendo fundamental para o manejo de florestas, principalmente em unidades de conservação, e vem sendo um desafio automatizar esse processo. O sensoriamento remoto (SR) pode ser um forte aliado nesse aspecto ao permitir cobrir grandes áreas. Ao utilizar imagens áreas em conjunto com modelos de Deep Learning (DL), é possível obter essa detecção automatizada e contribuir ao integrar novas tecnologias ao campo da ecologia. Por este motivo, o objetivo deste trabalho será analisar abordagens eficazes de detecção de copas de árvores baseadas em DL em imagens RGB obtidas através de Veículo aéreo não tripulado (VANT) em florestas ombrófilas densas e savanas amazônicas. Foram selecionadas imagens na APA Alter do Chão e FLONA Tapajós, onde foram coletadas imagens RGB com Distância da amostra do solo (GSD) de 3,26cm/pixel utilizando um VANT Air 2S para formar ortomosaicos de 1km² no formato tiff. Após o pré-processamento, as imagens foram submetidas a diferentes configurações de treinamento no modelo DeepForest, variando-se o número de épocas (10, 15 e 30) e a resolução (4 cm, 7 cm e 10 cm). Entre os resultados obtidos o modelo alcançou um valor de F1 Score de 0,8290 em 30 épocas, em comparação aos 0,7451 obtidos com 10 épocas. Utilizando a melhor resolução (4 cm), foram alcançados F1 Score de 0,9021 para a savana mais densa e 0,7984 para a FLONA Tapajós. Os resultados obtidos demonstram que foi possível adaptar o modelo DeepForest às condições específicas da Amazônia, um dos biomas mais complexos do mundo, evidenciando sua aplicabilidade em cenários desafiadores e seu potencial para estudos de conservação e manejo florestal. Dessa forma, conclui-se que o DeepForest, aliado ao uso de VANTs e imagens de alta resolução, é uma ferramenta eficaz para o monitoramento de florestas tropicais.

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Citação

SILVA, Jefferson Rossy Pereira da. Identificação de copas de árvores em florestas densas e savanas na Amazônia usando Vants e Deep Learning. Orientador: Anderson Alvarenga de Moura Meneses; Coorientador: Gilson Fernandes da Silva. 2025 70 p. Dissertação (Mestrado em Recursos Naturais da Amazônia ) – Universidade Federal do Oeste do Pará, Pró-Reitoria de Pesquisa, Pós Graduação e Inovação Tecnológica, Programa de Pós-Graduação em Recursos Naturais da Amazônia. Santarém, 2025. Disponível em: https://repositorio.ufopa.edu.br/handle/123456789/2862

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