Automated monitoring of water resources for macrophyte detection using computer vision techniques and bio-optical models integrating multispectral images from satellite and drone

• Grant number: 21/11244-4
• Support Opportunities: Scholarships in Brazil - Innovative Research in Small Business - PIPE
• Start date: October 01, 2021
• End date: August 31, 2023
• Field of knowledge: Physical Sciences and Mathematics - Geosciences
• Principal Investigator: Alisson Fernando Coelho do Carmo
• Grantee: Alisson Fernando Coelho do Carmo
• Company: Inspectral Soluções Inovadoras em Tecnologia da Informação Espacial
• CNAE: Desenvolvimento e licenciamento de programas de computador customizáveis ; Pesquisa e desenvolvimento experimental em ciências físicas e naturais ; Atividades profissionais, científicas e técnicas não especificadas anteriormente
• Associated research grant: 21/03110-8 - Automated monitoring of water resources for the detection of macrophytes using computer vision techniques and bio-optical models integrating multispectral images from satellite and drone, AP.PIPE

Abstract

Usualmente o monitoramento das macrófitas é realizado por meio inspeção visual com visitas aos locais de interesse e por coletas pontuais in situ, um fator considerado bastante oneroso para todo o processo. Um importante aliado das coletas in situ que se beneficia do amplo e constante desenvolvimento tecnológico são as técnicas de sensoriamento remoto. Tais abordagens permitem a observação de fenômenos a partir de sua resposta espectral utilizando tecnologias de geoprocessamento. Nesse sentido, o desafio técnico-científico está relacionado à detecção de floração de macrófitas em seu estágio inicial em ambientes aquáticos, ou seja, quando as macrófitas começam a ocupar a lâmina da água no início de seu aparecimento, de forma a quantificá-las por meio de dados de sensoriamento remoto. A otimização do monitoramento do aparecimento das plantas viabiliza a rápida tomada de decisão para gestão do crescimento das macrófitas, representando uma importante oportunidade de oferecer uma solução inovadora para diferentes nichos de mercado. Assim, o objetivo deste projeto é desenvolver uma solução inovadora a partir da comprovação e validação técnico-científica já realizada durante o projeto PIPE fase 1. A diferenciação da solução proposta neste projeto é a integração de sensores (multi e hiperespectrais) e tecnologias de sensoriamento remoto para viabilizar uma metodologia de monitoramento automatizado de sistemas aquáticos e permitir analisar a dinâmica das macrófitas e parâmetros ambientais focados na tomada de decisão. Tal aplicação combina sensores orbitais e embarcados em drone para serem aplicados em diferentes cenários de recursos hídricos, como reservatórios hidrelétricos, reservatórios de abastecimento público, saneamento básico, piscicultura, entre outros. A metodologia proposta neste projeto se diferencia em duas etapas: (1) monitoramento contínuo da ocorrência de macrófitas utilizando imagens orbitais com base em parâmetros opticamente ativos, modelagem bio-óptica integrando técnicas de visão computacional e inteligência artificial; (2) levantamento com drone em sistemas aquáticos que apresentam a necessidade de detalhamento apontado pela etapa anterior e coleta de dados multiespectrais/hiperespectrais para quantificar precisamente a presença de macrófitas. (AU)