Monitoramento da Clorofila-a na água por sensoriamento remoto utilizando experimentos em Mesocosmos

dc.contributor.advisor-co1Ferreira, Manuel Eduardo
dc.contributor.advisor-co1Latteshttp://lattes.cnpq.br/4498594723433539por
dc.contributor.advisor1Nabout, João Carlos
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/3335844675689429por
dc.contributor.referee1Nabout, João Carlos
dc.contributor.referee2Machado, Karine Borges
dc.contributor.referee3Carvalho, Priscilla
dc.creatorFerreira, Igor Cobelo
dc.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/7374550441384555por
dc.date.accessioned2023-04-04T12:09:21Z
dc.date.issued2021-08-25
dc.description.abstractEutrophication is one of the main causes of compromising the quality of inland and marine waters. The increase in loads and concentrations of nutrients in the terrestrial environment and, consequently, in aquatic ecosystems, is mainly caused by anthropic actions, such as population growth and agricultural specializations, which are also affected by global climate change. The availability of nutrients, mainly nitrogen and phosphorus, is a limiting factor for the development of phytoplankton, and their excessive growth can result in increased water turbidity and production of harmful toxins to the aquatic ecosystem and human health. Its proliferation is directly related to the concentration of chlorophyll-a, due to its photosynthetic activity. Currently, advances in the area of remote sensing allow carrying out studies of remediation and monitoring of water quality, overcoming some limitations of in situ sampling methods, such as the impossibility of investigating spatial and temporal variations in large bodies of water; high laboratory and logistics costs; and inaccessibility of some locations. In this sense, this work aimed to evaluate remote sensing techniques, from unmanned aerial vehicles (UAV), onboard with RGB sensors, in the quantification of chlorophyll-a in aquatic environments. More specifically, we sought to identify the association of vegetation indices from visible optical spectrum bands with the concentration of chlorophyll-a in phytoplankton, applied in a controlled environment. The experiment consisted of 26 mesocosms, where phytoplankton samples were inserted, simulating small shallow lakes, with gradual additions of nitrogen and phosphorus, until a trophic gradient was obtained. Subsequently, in situ concentrations of chlorophyll-a and aerial images with the UAV were obtained. The images were processed to generate orthorectified mosaics, aiming to calculate eight vegetation indices, by which simple linear regressions were adjusted as a function of chlorophyll-a concentrations. The NGBDI, SI, NGRDI, SCI, VWRI, GLI, EXG and VARI indices obtained R2 = 0.88, 0.85, 0.81, 0.81, 0.78, 0.73 and 0.69, respectively. All resulted in satisfactory estimates, with RMSE < 0.1946 and p-value < 0.001. The assumptions of normality and heteroscedasticity of the model were also met, verified by the Shapiro-Wilk and Breush-Pagan tests, respectively. The results allow us to conclude that the monitoring of water quality, for the evaluated parameters, can be carried out by remotely piloted aircraft, onboard with standard RGB cameras, with faster, simpler and lower cost protocolseng
dc.description.resumoA eutrofização é uma das principais causas de comprometimento da qualidade das águas interiores e marinhas. O aumento de cargas e concentrações de nutrientes no ambiente terrestre e, consequentemente, nos ecossistemas aquáticos, é ocasionado principalmente por ações antrópicas, a exemplo do crescimento populacional e especializações da agricultura, afetado também pelas mudanças climáticas globais. A disponibilidade de nutrientes, principalmente nitrogênio e fósforo, é um fator limitante para o desenvolvimento de fitoplâncton, e seu crescimento excessivo pode resultar no aumento da turbidez da água e produção de toxinas nocivas ao ecossistema aquático e à saúde humana. Sua proliferação está diretamente relacionada à concentração de clorofila-a, devido à sua atividade fotossintetizante. Atualmente, avanços na área de sensoriamento remoto permitem realizar estudos de remediação e monitoramento da qualidade da água, superando algumas limitações dos métodos de amostragem in situ, tal como inviabilidade de se investigar variações espaciais e temporais em grandes corpos d’água; elevados custos laboratoriais e de logística; e inacessibilidade de alguns locais. Neste sentido, este trabalho teve por objetivo geral avaliar técnicas de sensoriamento remoto, a partir de veículos aéreos não tripulados (VANT), embarcados com sensores RGB, na quantificação de clorofila-a em ambientes aquáticos. Mais especificamente, buscou-se identificar a associação de índices de vegetação a partir de bandas do espectro óptico visível com a concentração de clorofila-a em fitoplâncton, aplicados em ambiente controlado. O experimento consistiu em 26 mesocosmos, onde foram inseridas amostras de fitoplâncton, simulando pequenos lagos rasos, com adições graduais de nitrogênio e fósforo, até se obter um gradiente de estado trófico, variando de ambiente oligotrófico até eutrófico em relação à concentração de clorofila-a. Na sequência, foram obtidas as concentrações de clorofila-a in situ e imagens aéreas com o VANT. As imagens foram processadas para geração de mosaicos ortorretificados, visando o cálculo de oito índices de vegetação, pelos quais ajustaram-se regressões lineares simples em função das concentrações de clorofila-a. Os índices NGBDI, SI, NGRDI, SCI, VWRI, GLI, EXG e VARI obtiveram R2 = 0,88, 0,85, 0,81, 0,81, 0,78, 0,73 e 0,69, respectivamente. Todos resultaram em estimativas satisfatórias, com RMSE < 0,1946 e pvalor < 0,001. Os pressupostos de normalidade e heterocedasticidade do modelo também foram atendidos, verificados pelos testes de Shapiro-Wilk e Breush-Pagan, respectivamente. Os resultados permitem concluir que o monitoramento da qualidade da água, para os parâmetros avaliados, pode ser realizado por aeronaves remotamente pilotadas, embarcadas com câmeras padrão RGB, com protocolos mais rápidos, simples e de baixo custo.por
dc.description.sponsorshipConselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPqpor
dc.formatapplication/pdf*
dc.identifier.citationCOBELO. Monitoramento da Clorofila-a na água por sensoriamento remoto utilizando experimentos em Mesocosmos. 2021. 38 f. Dissertação (Mestrado em Recursos Naturais do Cerrado) - Câmpus Central - Sede: Anápolis - CET - Ciências Exatas e Tecnológicas Henrique Santillo, Universidade Estadual de Goiás, Anápolis, GO.por
dc.identifier.urihttp://www.bdtd.ueg.br/handle/tede/1155
dc.languageporpor
dc.publisherUniversidade Estadual de Goiáspor
dc.publisher.countryBrasilpor
dc.publisher.departmentUEG ::Coordenação de Mestrado em Recursos Naturaispor
dc.publisher.initialsUEGpor
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação Stricto sensu em Recursos Naturais do Cerrado RENACpor
dc.rightsAcesso Abertopor
dc.subjectClorofila-apor
dc.subjectFitoplânctonpor
dc.subjectMesocosmospor
dc.subjectÍndices de vegetaçãopor
dc.subjectSensoriamento remoto aéreopor
dc.subjectVeículos aéreos não tripulados (VANT)por
dc.subjectChlorophyll-aeng
dc.subjectPhytoplanktoneng
dc.subjectMesocosmeng
dc.subjectVegetation indiceseng
dc.subjectAerial remote sensingeng
dc.subjectUnmanned aerial vehicles (UAV)eng
dc.subject.cnpqCIENCIAS BIOLOGICASpor
dc.subject.cnpqOUTROSpor
dc.titleMonitoramento da Clorofila-a na água por sensoriamento remoto utilizando experimentos em Mesocosmospor
dc.title.alternativeMonitoring of Chlorophyll-a in water by remote sensing using experiments in Mesocosmoseng
dc.typeDissertaçãopor

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