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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
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