Diversidade espectral e sazonalidade no mapeamento de tipologias florestais tropicais usando Sentinel-2

dc.contributor.advisor-co1Haneda, Léo Eiti
dc.contributor.advisor-co1Latteshttp://lattes.cnpq.br/3096651501379867
dc.contributor.advisor1Molin, Paulo Guilherme
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/1529819650942373
dc.contributor.advisor1orcidhttps://orcid.org/0000-0002-4587-935X
dc.contributor.authorSoares, Bianca Jacobe Martins
dc.contributor.authorlatteshttp://lattes.cnpq.br/3429859543850984
dc.date.accessioned2025-12-19T12:35:35Z
dc.date.issued2025-11-03
dc.description.abstractThe need for continuous, scalable, and low-cost monitoring of tropical forest typologies and biodiversity gains is crucial to meet global Forest Landscape Restoration (FLR) commitments and to understand forest dynamics in the face of climate change. Given the vast extent of tropical forests, enhancing low-cost remote sensing (RS) systems is fundamental to overcoming technical barriers in monitoring. Therefore, this study aimed to evaluate the potential of the Sentinel-2A and 2B satellites to replicate and scale the forest class discrimination methodology, originally tested with the VENμS sensor, in FLR programs. The research sought to assess how spectral diversity and the influence of seasonality contribute to the classification of tropical forest typologies. The study was conducted at the Itatinga Forest Science Experimental Station (EECFI-USP), analyzing forest classes such as: mature seasonal deciduous forests (over 80 years old), natural regeneration, cerrado, active restoration areas (mixed planting of native seedlings), and homogeneous plantations of Eucalyptus and Pinus. Using images generated from a 20x20 meter spatial resolution orbital scene for summer and one for the winter period, the Random Forest algorithm was employed to integrate various biophysical and structural attributes: advanced vegetation indices (NDMI, EVI, NBR, NDVI, NDVIRe, and CLre1), seasonal layers, summer and winter delta, texture metrics, and spectral diversity indicators (alpha and beta), derived from the biodivMapR package. The results demonstrated the robustness of the approach, with the model achieving an overall accuracy of over 80% and an average cross-class accuracy of 86.2%. The textural, seasonal, and spectral diversity layers stood out as the most important attributes for class discrimination, reinforcing the role of canopy structural heterogeneity. The greatest spectral variability, essential for differentiation, was observed in forest regeneration and active restoration areas. The study also confirmed the potential of the Red-Edge and SWIR bands of Sentinel-2A and 2B in structural and physiological characterization, establishing a replicable and low-cost protocol using free tools (R and QGIS). Thus, the proposed methodology significantly contributes to democratizing and expanding the continuous monitoring of FLR, offering essential technical support for the management of forest landscapes.
dc.description.resumoA necessidade de monitoramento contínuo, escalável e de baixo custo das tipologias de florestas tropicais e dos ganhos de biodiversidade é crucial para cumprir os compromissos globais de Restauração de Paisagens Florestais (FLR) e compreender a dinâmica da floresta frente às mudanças climáticas. Diante da vasta extensão das florestas tropicais, o aprimoramento de sistemas de sensoriamento remoto (SR) de baixo custo é fundamental para superar barreiras técnicas no monitoramento. Em vista disso, este estudo teve como objetivo avaliar o potencial do satélite Sentinel-2A e 2B para replicar e escalar a metodologia de discriminação de classes florestais, originalmente testada com o sensor VENμS, em programas de FLR. A pesquisa buscou avaliar como a diversidade espectral e a influência da sazonalidade, contribuem para a classificação de tipologias florestais tropicais. O estudo foi conduzido na Estação Experimental de Ciências Florestais de Itatinga (EECFI-USP), analisando classes de floresta, tais como: florestas estacionais deciduais maduras (com mais de 80 anos de idade), regeneração natural, cerrado, áreas de restauração ativa (plantio misto de mudas nativas) e plantios homogêneos de Eucalyptus e Pinus. A partir de imagens geradas a partir de uma cena orbital de 20x20 metros de resolução espacial para o verão e uma para o período de inverno foi empregado o algoritmo Random Forest, para integrar diversos atributos biofísicos e estruturais: índices de vegetação avançados (NDMI, EVI, NBR, NDVI, NDVIRe e CLre1), camadas sazonais, delta verão e inverno, métricas de textura e indicadores de diversidade espectral (alfa e beta), derivados do pacote biodivMapR. Os resultados demonstraram a robustez da abordagem, com o modelo alcançando uma acurácia global superior a 80% e acurácia média entre classes de 86,2%. As camadas texturais, sazonais e de diversidade espectral se destacaram como os atributos mais importantes para a discriminação das classes, reforçando o papel da heterogeneidade estrutural do dossel. A maior variabilidade espectral, essencial para a diferenciação, foi observada em regeneração florestal e de restauração ativa. O estudo também confirmou o potencial das bandas Red-Edge e SWIR do Sentinel-2A e 2B na caracterização estrutural e fisiológica, estabelecendo um protocolo replicável e de baixo custo utilizando ferramentas livres (R e QGIS). Dessa forma, a metodologia proposta contribui significativamente para democratizar e ampliar o monitoramento contínuo de FLR, oferecendo subsídios técnicos essenciais para a gestão de paisagens florestais.
dc.description.sponsorshipFundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)
dc.description.sponsorshipIdProcesso nº 2021/11940-0, Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)
dc.identifier.citationSOARES, Bianca Jacobe Martins. Diversidade espectral e sazonalidade no mapeamento de tipologias florestais tropicais usando Sentinel-2. 2025. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Ambiental) – Universidade Federal de São Carlos, Lagoa do Sino, 2025. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/23301.por
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/20.500.14289/23301
dc.language.isopor
dc.publisherUniversidade Federal de São Carlos
dc.publisher.addressCampus Lagoa do Sino
dc.publisher.courseEngenharia Ambiental - EAm-LS
dc.publisher.initialsUFSCar
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilen
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/
dc.subjectSensoriamento remoto
dc.subjectÍndices de vegetação
dc.subjectVariabilidade espectral
dc.subjectHeterogeneidade florestal
dc.subjectMudanças climáticas
dc.subjectRemote sensing
dc.subjectVegetation index
dc.subjectSpectral variability
dc.subjectMultispectral imager (MSI)
dc.subjectForest heterogeneity
dc.subjectClimate change
dc.subject.cnpqCIENCIAS AGRARIAS::RECURSOS FLORESTAIS E ENGENHARIA FLORESTAL::CONSERVACAO DA NATUREZA::RECUPERACAO DE AREAS DEGRADADAS
dc.subject.ods13. Ação contra a Mudança Global do Clima
dc.titleDiversidade espectral e sazonalidade no mapeamento de tipologias florestais tropicais usando Sentinel-2
dc.title.alternativeSpectral diversity and seasonality in mapping tropical forest typologies using Sentinel-2
dc.typeTCC

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