Uso de técnicas de aprendizado de máquina para a elaboração de modelos de suscetibilidade à ocorrência de incêndios florestais nas áreas de proteção ambiental do Mosaico de Áreas Protegidas Sertão Veredas-Peruaçu, MG

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Dias, Lívia Caroline César
Data de Publicação: 2021
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFSCAR
Texto Completo: https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/15635
Resumo: The Cerrado has been under strong pressure from the agricultural frontier in recent decades, with protected areas being almost the only remaining areas with some degree of conservation of this biome in Brazil. However, the imaginary lines that separate these conserved areas from anthropized areas have not been sufficient and as a consequence, wildfires have increasingly devastated these once protected environments. Geoprocessing tools have played an important role in enabling the mapping of these areas and in identifying more vulnerable areas, while machine learning techniques have made it possible to create models to predict the occurrence of wildfires in the near future in certain regions. In this work we seek to associate the geoprocessing tools with the machine learning techniques to be able to create for the Environmental Protection Areas of the Sertão Veredas Peruaçu Mosaic a forest fire predictive models. For this, we consider climatic variables (temperature, relative humidity, wind speed and precipitation), environmental (altitude, slope, NDVI, Hydrographic Distance), anthropogenic (Distance from Roads, Population Density, Distance of Ocupations and Land Use and Land Cover) and soil fuel moisture index (fine fuel moisture code, Duff moisture code and drought index) in order to explain when, where and why fire occurs in the region. In addition, these areas are composed of veredas environments of great relevance to the Cerrado and with an important role in the carbon stock, and for this reason we evaluate the quantification of organic carbon in these veredas. The choice of the best forest fire occurrence model by the logistic regression method was based on the Akaike Information Criterion. For each Environmental Protection Area (EPA), a final model was generated with a set of different variables, but all models showed high performance in predicting forest fires. The results of the final models showed that the Area Under the Curve (AUC), which is the model's hit rate, was greater than 95% for each of the three APA's. Another parameter used to assess the effectiveness of the models was the R² value, which presented values close to 1 in the final models, confirming that these models were adjusted. As for the concentration of organic carbon in the vereda soil, the results showed that this peat soil demonstrates the capacity to store carbon. The concentration of organic carbon in the arboreal area of the vereda is up to 20 times higher than in the cerrado strictu senso area.
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However, the imaginary lines that separate these conserved areas from anthropized areas have not been sufficient and as a consequence, wildfires have increasingly devastated these once protected environments. Geoprocessing tools have played an important role in enabling the mapping of these areas and in identifying more vulnerable areas, while machine learning techniques have made it possible to create models to predict the occurrence of wildfires in the near future in certain regions. In this work we seek to associate the geoprocessing tools with the machine learning techniques to be able to create for the Environmental Protection Areas of the Sertão Veredas Peruaçu Mosaic a forest fire predictive models. For this, we consider climatic variables (temperature, relative humidity, wind speed and precipitation), environmental (altitude, slope, NDVI, Hydrographic Distance), anthropogenic (Distance from Roads, Population Density, Distance of Ocupations and Land Use and Land Cover) and soil fuel moisture index (fine fuel moisture code, Duff moisture code and drought index) in order to explain when, where and why fire occurs in the region. In addition, these areas are composed of veredas environments of great relevance to the Cerrado and with an important role in the carbon stock, and for this reason we evaluate the quantification of organic carbon in these veredas. The choice of the best forest fire occurrence model by the logistic regression method was based on the Akaike Information Criterion. For each Environmental Protection Area (EPA), a final model was generated with a set of different variables, but all models showed high performance in predicting forest fires. The results of the final models showed that the Area Under the Curve (AUC), which is the model's hit rate, was greater than 95% for each of the three APA's. Another parameter used to assess the effectiveness of the models was the R² value, which presented values close to 1 in the final models, confirming that these models were adjusted. As for the concentration of organic carbon in the vereda soil, the results showed that this peat soil demonstrates the capacity to store carbon. The concentration of organic carbon in the arboreal area of the vereda is up to 20 times higher than in the cerrado strictu senso area.O Cerrado vem sofrendo intensa pressão da fronteira agrícola nas últimas décadas, sendo as áreas protegidas quase que os únicos remanescentes com algum estágio de conservação desse domínio vegetacional no Brasil. Entretanto as linhas imaginárias que separam estas áreas conservadas das áreas antropizadas não tem sido suficiente, e como consequência os incêndios florestais tem devastado cada vez mais estes ambientes outrora protegidos. Ferramentas de geoprocessamento cumprem um importante papel que possibilita o mapeamento destas regiões e assim identifica áreas mais vulneráveis, enquanto que as técnicas de machine learning torna possível criar modelos para prever a ocorrência de incêndios florestais num futuro próximo em determinados locais. Neste estudo, procuramos associar as ferramentas de sensoriamento com as técnicas de machine learning para poder elaborar modelos preditivos de incêndios florestais para as Áreas de Proteção Ambiental (APA) do Mosaico Sertão Veredas Peruaçu. Para tanto, consideramos variáveis climáticas (temperatura, umidade relativa do ar, velocidade do vento e precipitação), ambientais (altitude, declividade, NDVI, Distância de Hidrografia), antrópicas (Distância de Rodovias, Densidade Populacional, Distância de Habitações e Uso e Cobertura do Solo) e índice de umidade de combustível do solo (índice de umidade dos combustíveis finos, índice de umidade Duff e índice de seca) a fim de explicar quando, onde e porquê o fogo ocorre na região. Além disso, estas áreas são compostas por ambientes de veredas de grande relevância para o Cerrado e com um importante papel no estoque de carbono e, por isso quantificamos a concentração do carbono orgânico no solo destas veredas. A escolha do melhor modelo de ocorrência de incêndios florestais pelo método de regressão logística foi baseada no Critério de Informação de Akaike. Para cada APA foi gerado um modelo final com um conjunto de variáveis diferentes, mas todos os modelos apresentaram alta performance na predição de incêndios florestais. Os resultados dos modelos finais mostraram que a Área abaixo da Curva (AUC), que é a taxa de acerto do modelo, foi maior que 95% para cada uma das três APA’s. Outro parâmetro utilizado para avaliar a eficácia dos modelos foi o valor do R², que apresentou valores próximos de 1 nos modelos finais, confirmando que estes modelos estavam ajustados. Quanto à concentração de carbono orgânico no solo da vereda, os resultados mostraram que este solo turfoso demonstra capacidade em armazenar carbono. A concentração de carbono orgânico na área arbórea da vereda é até 20 vezes maior que em área de cerrado strictu senso.Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)Processo nº 441959/2018-0, Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)Processo CAPES-PRINT nº 88887.465566/2019-00, Coordenação de Aperfeiçoamento de Nível Superior (CAPES)porUniversidade Federal de São CarlosCâmpus São CarlosPrograma de Pós-Graduação em Ciências Ambientais - PPGCAmUFSCarAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessUnidades de conservaçãoCarbonoIncêndios florestaisSensoriamento remotoVeredasMachine learningConservation unitsCarbonWildfiresRemote sensingCIENCIAS AGRARIAS::RECURSOS FLORESTAIS E ENGENHARIA FLORESTAL::CONSERVACAO DA NATUREZA::CONSERVACAO DE AREAS SILVESTRESUso de técnicas de aprendizado de máquina para a elaboração de modelos de suscetibilidade à ocorrência de incêndios florestais nas áreas de proteção ambiental do Mosaico de Áreas Protegidas Sertão Veredas-Peruaçu, MGUse of machine learning techniques for the development of susceptibility models to the occurrence of forest fire in the environmental protection areas of the Mosaic Sertão Seredas – Peruaçu, MGinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisreponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARCC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8811https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/15635/3/license_rdfe39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34MD53ORIGINALTese_Livia_Dias_Final_repositório.pdfTese_Livia_Dias_Final_repositório.pdfTeseapplication/pdf17011211https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/15635/1/Tese_Livia_Dias_Final_reposit%c3%b3rio.pdf14b40480f71df4ec8e337e9ca0d49538MD51Carta comprovante_Livia.pdfCarta comprovante_Livia.pdfCarta comprovante orientadorapplication/pdf199157https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/15635/2/Carta%20comprovante_Livia.pdfd205f2ed88816e399eb2358a3113729dMD52TEXTTese_Livia_Dias_Final_repositório.pdf.txtTese_Livia_Dias_Final_repositório.pdf.txtExtracted texttext/plain352687https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/15635/4/Tese_Livia_Dias_Final_reposit%c3%b3rio.pdf.txtd1744cff2d2824b89c83c53920181516MD54Carta comprovante_Livia.pdf.txtCarta comprovante_Livia.pdf.txtExtracted texttext/plain1574https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/15635/6/Carta%20comprovante_Livia.pdf.txt1b7bc6ba64cf8989229df4f9cd709a1bMD56THUMBNAILTese_Livia_Dias_Final_repositório.pdf.jpgTese_Livia_Dias_Final_repositório.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg7459https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/15635/5/Tese_Livia_Dias_Final_reposit%c3%b3rio.pdf.jpg0784c030a737d698368af86167a826e0MD55Carta comprovante_Livia.pdf.jpgCarta comprovante_Livia.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg5889https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/15635/7/Carta%20comprovante_Livia.pdf.jpg243ccf57fee5890aa050f88dff5a2894MD57ufscar/156352022-02-24 03:41:34.439oai:repositorio.ufscar.br:ufscar/15635Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufscar.br/oai/requestopendoar:43222022-02-24T03:41:34Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)false
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