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http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/80193
Tipo: | Artigo de Periódico |
Título: | Chlorophyll-a Estimation in 149 Tropical Semi-Arid Reservoirs Using Remote Sensing Data and Six Machine Learning Methods |
Autor(es): | Souza Filho, Francisco de Assis de Santos, Victor Oliveira Guimarães, Bruna Monallize Duarte Moura Lima Neto, Iran Eduardo Rocha, Paulo Alexandre Costa Thé, Jesse Van Griensven Gharabaghi, Bahram |
Palavras-chave em português: | clorofila-a;Satélite Sentinel-2;eutrofização |
Palavras-chave em inglês: | chlorophyll-a;Sentinel-2 satellite;eutrophication |
CNPq: | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA SANITARIA |
Data do documento: | 2024 |
Instituição/Editor/Publicador: | remote sensing |
Citação: | SOUZA FILHO OLIVEIRA SANTOS, V.; GUIMARÃES, B. M. D. M.; NETO, I. E. L.; SOUZA FILHO, F. A.; COSTA ROCHA, P. A.; THÉ, J. V. G.; GHARABAGHI, B. Chlorophyll-a estimation in 149 tropical semi-arid reservoirs using remote sensing data and six machine learning methods. Remote Sensing, v. 16, n. 11, p. 1870, 2024. Disponível em: https://doi.org/10.3390/rs16111870. Acesso em: 27/03/2025 . |
Resumo: | É crucial monitorar a proliferação de algas em reservatórios de água doce através de um exame de concentrações de clorofila-a (Chla), pois indicam a condição trófica desses corpos d'água. Os métodos tradicionais de monitoramento, entretanto, são caros e demorados. Resolvendo isso obstáculo, conduzimos uma investigação abrangente usando vários modelos de aprendizado de máquina para Modelagem Chla. Para este fim, utilizamos dados de amostras de água coletadas in situ e dados de sensoriamento remoto de o satélite Sentinel-2, incluindo bandas espectrais e índices, para cobertura em larga escala. Esta abordagem nos permitiu realizar uma análise abrangente e caracterização das concentrações de Chla em 149 reservatórios de água doce no Ceará, uma região semiárida do Brasil. A máquina implementada modelos de aprendizagem incluíam k-vizinhos mais próximos, floresta aleatória, aumento de gradiente extremo, o mínimo encolhimento absoluto e método de grupo de tratamento de dados (GMDH); em particular, o GMDH abordagem não foi explorada anteriormente neste contexto. A abordagem progressiva gradual foi usado para determinar o melhor subconjunto de parâmetros de entrada. Usando uma divisão 70/30 para o treinamento e testando conjuntos de dados, o modelo com melhor desempenho foi o modelo GMDH, alcançando um R 2 de 0,91, um MAPE de 102,34% e RMSE de 20,4 μg/L, valores consistentes com os encontrados no literatura. No entanto os valores previstos de concentração de Chla foram mais sensíveis ao vermelho bandas verdes e infravermelhas próximas. |
Abstract: | It is crucial to monitor algal blooms in freshwater reservoirs through an examination of chlorophyll-a (Chla) concentrations, as they indicate the trophic condition of these waterbodies. Traditional monitoring methods, however, are expensive and time-consuming. Addressing this hindrance, we conducted a comprehensive investigation using several machine learning models for Chla modeling. To this end, we used in situ collected water sample data and remote sensing data from the Sentinel-2 satellite, including spectral bands and indices, for large-scale coverage. This approach allowed us to conduct a comprehensive analysis and characterization of the Chla concentrations across 149 freshwater reservoirs in Ceará, a semi-arid region of Brazil. The implemented machine learning models included k-nearest neighbors, random forest, extreme gradient boosting, the least absolute shrinkage, and the group method of data handling (GMDH); in particular, the GMDH approach has not been previously explored in this context. The forward stepwise approach was used to determine the best subset of input parameters. Using a 70/30 split for the training and testing datasets, the best-performing model was the GMDH model, achieving an R 2 of 0.91, an MAPE of 102.34%, and an RMSE of 20.4 μg/L, which were values consistent with the ones found in the literature. Nevertheless, the predicted Chla concentration values were most sensitive to the red, green, and near-infrared bands. |
URL do documento: | https://www.mdpi.com/2072-4292/16/11/1870/xml |
URI: | http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/80193 |
Identificador DOI: | https://doi.org/10.3390/rs16111870 |
ISSN: | 2072-4292 |
ORCID do(s) Autor(es): | 0000-0001-5989-1731 |
Currículo Lattes do(s) Autor(es): | 4988966386848759 |
Tipo de Acesso: | Acesso Aberto |
Aparece nas coleções: | DEHA - Artigos publicados em revista científica |
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