Utilização do classificador Random Forest para Classificação do Uso e Cobertura da Terra a partir de Dados Sentinel 1 e 2 em região campestre no bioma Mata Atlântica
DOI:
https://doi.org/10.5902/2236499487967Palavras-chave:
Random Forest, Uso e Cobertura do Solo, Classificação de imagem, Radar, ÓpticoResumo
O uso de mapas de uso e cobertura do solo é essencial para o monitoramento ambiental, para isso é necessário a utilização de técnicas de sensoriamento remoto. Pensando nisso, o presente trabalho teve como objetivo a utilização dos atributos: Coeficiente de Retroespalhamento, Decomposição Polarimétrica e Coerência Interferométrica, do sensor Sentinel 1, e as bandas R, G, B, NIR, e índices de vegetação NDVI e SAVI, do sensor Sentinel 2, para identificar a melhor combinação de variáveis de entrada do algoritmo de classificação Random Forest (RF) utilizando a acurácia, em uma área nos “Campos de Cima da Serra”, pertencente ao bioma Mata Atlântica. O trabalho identificou que a utilização dos três atributos do Sentinel 1, em conjunto com as bandas ópticas do Sentinel 2, teve melhor acurácia (93%), embora a utilização apenas das bandas ópticas obteve 89% de acurácia. Todavia, quando utilizado apenas atributos SAR, obteve a menor acurácia (67%). A elaboração desta metodologia servirá como base para a continuidade da presente pesquisa, utilizando técnicas mais robustas, como análise de séries temporais via SITS (Satellite Image Time Series Analysis), com a geração de resultados para o monitoramento da mata atlântica na região sul do País, e de subsídio para testes de monitoramento do bioma pampa, pela sua alta capacidade de análise de séries temporais, a partir de diferentes plataformas, em um pacote de código aberto.
Downloads
Referências
ADRIAN, J.; SAGAN, V.; MAIMAITIJIANG, M. Sentinel SAR-optical fusion for crop type mapping using deep learning and Google Earth Engine. ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing, [S. l.], v. 175, p. 215–235, mai. 2021. DOI: 10.1016/j.isprsjprs.2021.02.018.
ALIN, A. Multicollinearity. WIREs Interdisciplinary Reviews: Computational Statistics, [S. l.], v. 2, n. 3, p. 370–374, 25 mai. 2010.
ALJEBREEN, M et al. Land Use and Land Cover Classification Using River Formation Dynamics Algorithm With Deep Learning on Remote Sensing Images. IEEE Access, [S. l.], v. 12, n. 99, p. 11147-11156, 2024. DOI: 10.1109/ACCESS.2023.3349285.
AL-RUZOUQ, R. et al. Multi-scale correlation-based feature selection and random forest classification for LULC mapping from the integration of SAR and optical Sentinel images. In: Remote Sensing Technologies and Applications in Urban Environments, 4., 2019, Strasbourg. Proceedings... Strasbourg: SPIE, 2019. p. 1. DOI: 10.1117/12.2533123.
BELGIU, M.; DRĂGUŢ, L. Random forest in remote sensing: A review of applications and future directions. ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing, [S. l.], v. 114, p. 24–31, abr. 2016. DOI: 10.1016/j.isprsjprs.2016.01.011.
BOLDRINI, I. L. D. Biodiversidade Dos Campos Do Planalto Das Araucárias. Brasília: Ministério do Meio Ambiente, 2009.
BREIMAN, L. Random Forests. Machine Learning, [S. l.], v. 45, p. 5–32, 2001. DOI: 10.1023/A:1010933404324.
BRESSANE, A.; GOMES, I. G.; DA ROSA, G. C. S.; BRANDELIK, C. C. M.; SILVA, M. B.; SIMINSKI, A.; NEGRI, R. G. Computer-aided classification of successional stage in subtropical Atlantic Forest: a proposal based on fuzzy artificial intelligence. Environ Monit Assess, [S. l.], v. 195, n. 1, p. 184, 2023. DOI: 10.1007/s10661-022-10799-x.
CHACHONDHIA, P.; SHAKYA, A.; KUMAR, G. Performance evaluation of machine learning algorithms using optical and microwave data for LULC classification. Remote Sensing Applications: Society and Environment, [S. l.], v. 23, p. 100599, ago. 2021. DOI: 10.1016/j.rsase.2021.100599.
CHAVES, M. E. D.; SOARES, A. R.; MATAVELI, G. A. V; SANCHEZ, A. H.; SANCHES, I. D. A Semi-Automated Workflow for LULC Mapping via Sentinel-2 Data Cubes and Spectral Indices. Automation, [S. l.], v. 4, n. 1, p. 94–109, 23 fev. 2023. DOI: 10.3390/automation4010007.
CLERICI, N.; VALBUENA CALDERÓN, C. A.; POSADA, J. M. Fusion of Sentinel-1A and Sentinel-2A data for land cover mapping: a case study in the lower Magdalena region, Colombia. Journal of Maps, [S. l.], v. 13, n. 2, p. 718–726, 30 nov. 2017. DOI 10.1080/17445647.2017.1372316.
CONGALTON, R. G. Assessing the accuracy of Remotely Sensed data: principles and practices. Boca Raton: Lewis, 1999. p. 34-46.
CONGALTON, R. G.; MEAD, R. A. A quantitative method to test for consistency and correctness in photointerpretation. Photogrammetric Engineering and Remote Sensing, [S. l.], v. 49, n. 1, p. 69-74, 1983.
DINIZ, J. M. F. DE S.; GAMA, F. F.; ADAMI, M. Evaluation of polarimetry and interferometry of sentinel-1A SAR data for land use and land cover of the Brazilian Amazon Region. Geocarto International, [S. l.], v. 37, n. 5, p. 1482–1500, 4 mar. 2022. DOI: 10.1080/10106049.2020.1773544.
FENG, Q.; YANG, J.; ZHU, D.; LIU, J.; GUO, H.; BAYARTUNGALAG, B.; LI, B. Integrating Multitemporal Sentinel-1/2 Data for Coastal Land Cover Classification Using a Multibranch Convolutional Neural Network: A Case of the Yellow River Delta. Remote Sensing, [S. l.], v. 11, n. 9, p. 1006, 28 abr. 2019. DOI: 10.3390/rs11091006.
GU, Z.; ZENG, M. The use of artificial intelligence and satellite remote sensing in land cover change detection: review and perspectives. Sustainability, [S. l.], v. 16, n. 1, p. 274, 2023. DOI: 10.3390/su16010274.
GUPTA, P.; SHUKLA, D. P. Combined Optical and SAR remote sensing for LULC mapping of Imphal valley using Machine Learning Algorithm. In: 2023 INTERNATIONAL CONFERENCE ON MACHINE INTELLIGENCE FOR GEOANALYTICS AND REMOTE SENSING (MIGARS), 2023, [S. l.]. Proceedings... [S. l.]: IEEE, 27 jan. 2023. DOI: 10.1109/MIGARS57353.2023.10064582.
ESA. Copernicus Open Access Hub. 2024. Disponível em: https://scihub.copernicus.eu/. Acesso em: 29 nov. 2024.
HUDSON, W. D. Correct Formulation of the Kappa Coefficient of Agreement. Photogrammetric Engineering & Remote Sensing, [S. l.], v. 53, n. 4, p. 421-422, 1987.
HUETE, A. R. A soil-adjusted vegetation index (SAVI). Remote Sensing of Environment, [S. l.], v. 25, n. 3, p. 295-309, 1988. DOI: 10.1016/0034-4257(88)90106-X.
KHALIL, R. Z.; SAAD-UL-HAQUE. InSAR coherence-based land cover classification of Okara, Pakistan. The Egyptian Journal of Remote Sensing and Space Science, [S. l.], v. 21, n. supl. 1, p. S23–S28, jul. 2018. DOI 10.1016/j.ejrs.2017.08.005.
LIMA, D. R. M.; DLUGOSZ, F. L.; IURK, M. C.; PESCK, V. A. Uso de NDVI e SAVI para Caracterização da Cobertura da Terra e Análise Temporal em Imagens RapidEye. Revista Espacios, online, v. 38, n. 36, p. 7-21, 2017.
MIRANDA, M. S.; JÚNIOR V. A. S.; KÖRTING T. S.; MONTEIRO E. C. S.; E SILVA J. Q. AI4LUC: deep learning and automated mask labelling to support land use and land cover mapping in the Cerrado biome, Remote Sensing Letters, [S. l.], v. 15, n 8, p. 850–860, ago. 2024. DOI: 10.1080/2150704X.2024.2382845.
MISHRA, D.; PATHAK, G.; SINGH, B. P.; MOHIT; SIHAG, P.; RAJEEV; SINGH, K.; SINGH, S. Crop classification by using dual-pol SAR vegetation indices derived from Sentinel-1 SAR-C data. Environmental Monitoring and Assessment, [S. l.], v. 195, n. 1, p. 115, 2023. DOI: 10.1007/s10661-022-10591-x.
MONSALVE-TELLEZ, J. M.; TORRES-LEÓN, J. L.; GARCÉS-GÓMEZ, Y. A. Evaluation of SAR and Optical Image Fusion Methods in Oil Palm Crop Cover Classification Using the Random Forest Algorithm. Agriculture, [S. l.], v. 12, n. 7, p. 955, 1 jul. 2022. DOI: 10.3390/agriculture12070955.
NAIK, N.; CHANDRASEKARAN, K.; MEENAKSHI SUNDARAM, V.; PANNEER, P. Assessment of land use and land cover change detection and prediction using deep learning techniques for the southwestern coastal region, Goa, India. Environ Monit Assess, [S. l.], v. 196, n. 6, p. 1-34, 2024. DOI: 10.1007/s10661-024-12598-y.
PARADELLA, W. R.; MURA, J. C.; GAMA, F. F. Monitoramento DInSAR para mineração e geotecnia. 1. ed. São Paulo: Oficina de Textos, 2021.
PEDREGOSA et al. Scikit-learn: Machine Learning in Python. Journal of machine learning research, [S. l.], v. 12, n. 85, p. 2825-2830, 2011.
RACZKO, E.; ZAGAJEWSKI, B. Comparison of support vector machine, random forest and neural network classifiers for tree species classification on airborne hyperspectral APEX images. European Journal of Remote Sensing, [S. l.], v. 50, n. 1, p. 144–154, 9 jan. 2017. DOI: 10.1080/22797254.2017.1299557.
RENNÓ, C. D.; SILVA, T. S. F. Planilha: Índice Kappa. 2023. Disponível em: https://www.dpi.inpe.br/~camilo/estatistica/xls/kappa10cond.xlsx. Acesso em: 24 outubro 2023.
ROUSE JR, J. W.; HASS, R. H.; SCHELL, J. A.; DEERING, D. W. Monitoring vegetation systems in the Great Plains with ERTS. In: PROCEEDINGS OF THE THIRD EARTH RESOURCES TECHNOLOGY SATELLITE-1 SYMPOSIUM, 3., 1973, Washington D.C. Anais... Washington D.C.: NASA. p. 309.
SOLÓRZANO, J. V.; MAS, J. F.; GALLARDO-CRUZ, J. A.; GAO, Y.; DE OCA, A. F. M. Deforestation detection using a spatio-temporal deep learning approach with synthetic aperture radar and multispectral images. ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing, [S. l.], v. 199, p. 87-101, 2023. DOI: 10.1016/j.isprsjprs.2023.03.017.
SOUTHWORTH, J.; SMITH, A. C.; SAFAEI, M.; RAHAMAN, M.; ALRUZUQ, A.; TEFERA, B. B.; ... & HERRERO, H. V. Machine learning versus deep learning in land system science: a decision-making framework for effective land classification. Frontiers in Remote Sensing, [S. l.], v. 5, p. 1-25, 2024. DOI: 10.3389/frsen.2024.1374862.
SOUZA, C.; AZEVEDO, T. MapBiomas general “Handbook”. São Paulo: MapBiomas, 2017.
SHEYKHMOUSA, M.; MAHDIANPARI, M.; GHANBARI, H.; MOHAMMADIMANESH, F.; GHAMISI, P.; HOMAYOUNI, S. Support Vector Machine Versus Random Forest for Remote Sensing Image Classification: A Meta-Analysis and Systematic Review. IEEE Journal of Selected Topics in Applied Earth Observations and Remote Sensing, [S. l.], v. 13, p. 6308–6325, 2020. DOI: 10.1109/JSTARS.2020.3026724.
SCHULZ, D.; YIN, H.; TISCHBEIN, B.; VERLEYSDONK, S.; ADAMOU, R.; KUMAR, N. Land use mapping using Sentinel-1 and Sentinel-2 time series in a heterogeneous landscape in Niger, Sahel. ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing, [S. l.], v. 178, p. 97–111, ago. 2021. DOI 10.1016/j.isprsjprs.2021.06.005.
TALUKDAR, S.; SINGHA, P.; MAHATO, S.; PAL, S.; LIOU, Y. A.; RAHMAN, A. Land-Use Land-Cover Classification by Machine Learning Classifiers for Satellite Observations— A Review. Remote Sensing, [S. l.], v. 12, n. 7, p. 1135, 2 abr. 2020. DOI: 10.3390/rs12071135.
TAVARES, P.; BELTRÃO, N. E. S.; GUIMARÃES, U. S.; TEODORO, A. C. Integration of Sentinel-1 and Sentinel-2 for Classification and LULC Mapping in the Urban Area of Belém, Eastern Brazilian Amazon. Sensors, [S. l.], v. 19, n. 5, p. 1140, 6 mar. 2019. DOI: 10.3390/s19051140.
TRINDADE, P. M. P.; PEIXOTO, D. W. B.; SILVEIRA, G. V.; KUPLICH, T. M.; NARVAES, I. S. Mapeamento de cobertura e uso da terra no bioma Pampa utilizando diferentes sensores orbitais e classificador Random Forest. GEOgrafias, [S. l.], v. 19, n. 2, jul./dez. 2023. DOI: 10.35699/2237-549X.2023.46915.
WANG, W.; GADE, M.; STELZER, K.; KOHLUS, J.; ZHAO, X.; FU, K. A Classification Scheme for Sediments and Habitats on Exposed Intertidal Flats with Multi-Frequency Polarimetric SAR. Remote Sensing, [S. l.], v. 13, n. 3, p. 360, 2021. DOI: 10.3390/rs13030360.
WANG, J.; BRETZ, M.; DEWAN, M. A. A.; & DELAVAR, M. A. Machine learning in modelling land-use and land cover-change (LULCC): Current status, challenges and prospects. Science of The Total Environment, v. 822, p. 153559, 2022. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2022.153559.
ZUHLKE, M.; FOMFERRA, N., BROCKMANN, C., PETERS, M., VECI, L., MALIK, J., & REGNER, P. SNAP (sentinel application platform) and the ESA sentinel 3 toolbox. In: SENTINEL-3 FOR SCIENCE WORKSHOP, 3., 2015, Venice. Proceedings... Venice: ESA, 2015. p. 21.
Downloads
Publicado
Como Citar
Edição
Seção
Licença
Copyright (c) 2025 Geografia Ensino & Pesquisa

Este trabalho está licenciado sob uma licença Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International License.
A revista Geografia Ensino & Pesquisa deterá os direitos autorais dos trabalhos publicados. Os direitos referem-se a publicação do trabalho em qualquer parte do mundo, incluindo os direitos às renovações, expansões e disseminações da contribuição, bem como outros direitos subsidiá¡rios. Os autores comprometen-se com a originalidade do trabalho, e no caso de desistência da submissão, os autores assumem a responsabilidade de comunicar à revista.
Após publicado os(as) autores(as) têm permissão para a publicação da contribuição em outro meio, impresso ou digital, em português ou em tradução, desde que os devidos créditos sejam dados à Revista Geografia – Ensino & Pesquisa.
A revista Geografia Ensino & Pesquisa utiliza em suas publicações uma Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International License.