Analysis and classification of macrophytes using computer vision techniques and bio-optical models applying in drones and satellite images

• Grant number: 20/08484-0
• Support Opportunities: Scholarships in Brazil - Innovative Research in Small Business - PIPE
• Start date: August 01, 2020
• End date: March 31, 2021
• Field of knowledge: Physical Sciences and Mathematics - Geosciences
• Principal Investigator: Nariane Marselhe Ribeiro Bernardo do Carmo
• Grantee: Nariane Marselhe Ribeiro Bernardo do Carmo
• Company: Inspectral Soluções Inovadoras em Tecnologia da Informação Espacial
• CNAE: Consultoria em tecnologia da informação ; Pesquisa e desenvolvimento experimental em ciências físicas e naturais
• Associated research grant: 19/16698-3 - Macrophyte analysis and classification using computer vision techniques and bio-optical models from integration of satellite and drone multispectral images, AP.PIPE

Abstract

Ecossistemas aquáticos estabelecem importante papéis sociais, econômicos e ambientais dentro das sociedades. O uso de recursos hídricos está diretamente relacionado à qualidade que o mesmo se encontra, entretanto muitas vezes as atividades que fazem uso deste recurso prejudique a qualidade de seu estado original, como atividades industriais e agrícolas desenvolvidas na bacia de contribuição. A constituição do tipo de solo da bacia hidrográfica, a declividade do relevo associada às atividades desenvolvidas na bacia, podem originar inputs de nutrientes que contribuem significativamente para o aumento da proliferação de algas e plantas aquáticas, que em grandes proporções, ocasionam o desequilíbrio do sistema. Este desequilíbrio inviabiliza o uso do recurso hídrico, seja pela competição de insumos (nutrientes e oxigênio dissolvido) entre as populações aquáticas ou pelo prejuízo de produção energética por parte das usinas, que muitas vezes tem seu potencial de geração reduzido pelo entupimento de turbinas causa por estas plantas. É sabido que a presença de macrófitas em reservatórios auxilia no desenvolvimento de comunidades aquáticas, entretanto, o aumento exacerbado devido à sua proliferação podem ocasionar impactos diretos na pesca, navegação e também recreação. De todos os problemas associados às plantas aquáticas, a interferência nas atividades de transporte e geração de energia elétrica são os mais evidentes no Brasil. Algumas hidrelétricas e hidrovias têm suas eficiências comprometidas pela elevada infestação com plantas submersas, flutuantes, emergentes e/ou marginais. Em casos de grandes infestações de vegetação aquática a atuação de sistemas de monitoramento tradicionais se torna onerosamente custosa ou até mesmo inviável, uma vez que a presença das plantas inviabilizam o deslocamento de barcos ou outras plataformas em reservatórios para realização de medidas in situ. Neste cenário, tecnologias de sensoriamento remoto oferecem uma alternativa para a caracterização e monitoramento, que agregada às metodologias de calibração e validação com amostras locais (in situ), representa um ferramental importante para o monitoramento ambiental, com benefícios relacionados à resolução temporal (maior frequência) e espacial (maior área) das análises, sem impacto direto no custo de execução. Ecossistemas dinâmicos como os reservatórios hidrelétricos ressaltam a necessidade de monitoramento constante, em razão das rápidas e frequentes mudanças que impactam diretamente em sua eficiência. Nesse contexto, o presente plano de trabalho investigará modelos bio-ópticos e índices espectrais que possibilitem o monitoramento das dinâmicas de macrófitas em corpos d'água, incluindo a área de cobertura vegetal, e caracterizando aspectos da bacia de contribuição, considerando principalmente dos rios e tributários que compõem reservatórios hidrelétricos. As análises serão desenvolvidas considerando as bandas espectrais disponíveis em imagens de sensores remotos, orbitais e aéreos capturados com drones. A futura solução gerada a partir da comprovação de sua viabilidade técnico-científica dentro do presente projeto permitirá, além de criar mecanismos sistematizados para o monitoramento de macrófitas baseados em imagens, reavaliar a mobilidade de macrófitas entre os reservatórios e suas consequências para o manejo sustentável dessa vegetação. (AU)