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Instituição de Ensino Superior: UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO RIO DE JANEIRO
Programa: CIÊNCIAS AMBIENTAIS E FLORESTAIS (31002013011P6)
Título: Mapeamento digital de solos e predição de atributos utilizando Machine Learning e lógica fuzzy na bacia do Ribeirão Inhaúma, Iconha/ES
Autor: PATRICIA MORAIS DA MATTA CAMPBELL
Tipo de Trabalho de Conclusão: TESE
Data Defesa: 07/12/2017
Resumo:
Obter informações a respeito do solo e seus atributos é essencial para o bom planejamento do uso e ocupação do mesmo. O mapeamento convencional e as análises laboratoriais de rotina são os métodos mais utilizados no Brasil para espacialização do solo e obtenção de informações acerca de seus atributos. No caso do mapeamento de classes de solo esse método é baseado em modelos mentais desenvolvidos pelo pedólogo, o que o torna altamente subjetivo, dependente da experiência do profissional e de difícil repetição, enquanto as análises laboratoriais são dispendiosas e apresentam a possibilidade de geração de impactos ambientais pelo uso de reagentes químicos. Por isso, novas técnicas computacionais tem se apresentado como uma ferramenta para mapeamento de classes e atributos de solos, proporcionando maior rapidez e diminuição do custo em relação aos métodos convencionais. Assim nesse trabalho estudou-se o uso dessas técnicas no Ribeirão Inhaúma, em Iconha/ES. Os capítulos 1 e 2 mostram o uso de diferentes classificadores para mapeamento digital de solos, ao total foram testados 10 modelos, que mostraram-se eficientes, destacando-se a lógica fuzzy, Randon Forest, Ranger, Extreme Gradient Boosting e Weighted Subspace Random Forest, o capítulo 1 ainda comparou esse modelo ao mapeamento convencional, encontrando 24% de concordância entre os mapas. Os capítulos 3 e 4 testaram o uso de diversos modelos para mapeamento de atributos, destacando-se no capitulo 3 o método Randon Forest e no 4 o uso de técnicas espectrais para mapeamento de carbono orgânico, fósforo e argila com boa acurácia. O capítulo 5 analisou o grau de correlação entre informações levantadas pelo sensoriamento remoto através de dados aerogeofísicos e dados obtidos pela análise de fluorescência feita com analisador de raios-X, comparando os valores encontrados com o mapa de uso e ocupação do solo. Foi possível identificar a correlação existente entre o uso e ocupação dos solos com os dados de gamaespectrometria e de temperatura. Em relação aos dados aerogeofísicos de gamaespectrometria foram encontradas altas correlações com altitude e baixa correlação com dados obtidos pela análise de termofluorescência, indicando que dados provenientes da análise de termofluorescência não podem substituir àqueles advindos da gamaespectrometria e vice- versa, para fins de análise de características do terreno. O capítulo 6 propõe um estudo inicial sobre a possibilidade do uso da fluorescência como ferramenta na determinação de óxidos de Fe, Al, Si e Ti, a fim de diminuir o impacto no meio ambiente causado pelos reagentes químicos utilizados no ataque sulfúrico e aumentar a velocidade de análise e preparo da amostra. As análises de fluorescência de raios-X mostraram-se promissoras para determinação dos teores de óxidos de Cambissolos e Latossolos, sendo necessárias análises de uma quantidade maior de amostras utilizando os dois métodos, afim de comprovar a correlação existente entre os teores encontrados

Palavras-Chave: mapeamento digital de solos, mapeamento digital de atributos, lógica fuzzy, Randon Forest, fluorescência de raios-X, mapeamento convencional, técnicas espectrais

Abstract: Obtaining information about the soil and its attributes is essential for proper planning of the use and occupation of it. Conventional mapping and routine laboratory analysis are the most used methods in Brazil for soil spatialization and obtaining information about its attributes. In the case of mapping of soil classes this method is based on mental models developed by the pedologist, which makes it highly subjective, dependent on the professional experience and difficult to replicate, while the laboratory analyzes are expensive and present the possibility of generating impacts through the use of chemical reagents. Therefore, new computational techniques have been presented as a tool for mapping classes and attributes of soils, providing greater speed and decrease of cost in relation to conventional methods. Thus in this work the use of these techniques was studied in Ribeirão Inhaúma, in Iconha / ES. In this study, we used 10 different models for the digital mapping of soils. In this case, 10 models were tested, which were efficient, with emphasis on fuzzy logic, Randon Forest, Ranger, Extreme Gradient Boosting and Weighted Subspace Random Forest , chapter 1 also compared this model to conventional mapping, finding 24% agreement between the maps. Chapters 3 and 4 tested the use of several models for mapping attributes, highlighting in chapter 3 the Randon Forest method and in 4 the use of spectral techniques for mapping organic carbon, phosphorus and clay with good accuracy. Chapter 5 analyzed the degree of correlation between information collected by remote sensing through aerogeophysical data and data obtained by fluorescence analysis using an X-ray analyzer, comparing the values found with the land use and occupation map. It was possible to identify the correlation between the use and occupation of soils with gamma spectrometry and temperature data. High correlation with elevation and low correlation with thermofluorescence data was observed in the aerogeophysical data of gamma spectrometry, indicating that data from the thermofluorescence analysis can not replace those from the gamma spectrometry and vice versa, for the purpose of analyzing characteristics of the land. Chapter 6 proposes an initial study on the possibility of using fluorescence as a tool in the determination of Fe, Al, Si and Ti oxides in order to reduce the impact on the environment caused by the chemical reagents used in the sulfuric attack and to increase the speed analysis and preparation of the sample. X-ray fluorescence analyzes were promising for the determination of the oxides of Cambisols and Oxisols, and a larger number of samples were required using the two methods, in order to prove the correlation between the contents found.

Keyword: digital mapping of soils, digital attribute mapping, fuzzy logic, Randon Forest, X- ray fluorescence, conventional mapping, spectral techniques

Volume: 1
Páginas: 282
Idioma: PORTUGUES
Biblioteca Depositária: UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO RIO DE JANEIRO
Autorização de divulgação: O trabalho possui divulgação autorizada
Anexo: Tese_Patrícia Morais da Matta Campbell.compressed
Área de Concentração: SILVICULTURA E MANEJO FLORESTAL
Linha de Pesquisa: MENSURAÇÃO E MANEJO FLORESTAL
Projeto de Pesquisa: GEOTECNOLOGIAS APLICADA AS CÊNCIAS AMBIENTIAS E FLORESTAIS

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