Explorando o potencial de dados provenientes do sensoriamento remoto orbital na predição de indicadores de biomassa de pastagem
| Ano de defesa: | 2025 |
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Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
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| Link de acesso: | https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/11/11152/tde-07072025-144808/ |
Resumo: | As pastagens desempenham um papel fundamental na pecuária brasileira, sendo a principal fonte de alimentação para bovinos de corte e leite devido ao seu formato extensivo de criação. A disponibilidade e a qualidade da forragem impactam diretamente no desempenho animal, bem como na sustentabilidade da produção. Desta forma, a predição de biomassa e índices de qualidade da pastagem é essencial para otimizar o manejo, reduzir custos e minimizar impactos ambientais. O sensoriamento remoto orbital surge como ferramenta promissora para monitoramento dessas variáveis, permitindo análises em larga escala e ao longo do tempo, auxiliando na tomada de decisões estratégicas no setor agropecuário. Neste estudo, são abordadas a predição da biomassa através das variáveis Massa Seca (MS) e Massa Fresca (MF) e a predição de índices de qualidade Proteína Bruta (PB) e Fibra de Detergente Neutro (FDN), utilizando imagens dos satélites CBERS, Planet e Sentinel2A, associadas a modelos estatísticos de aprendizado de máquina, mais especificamente o Random Forest. As coletas foram realizadas em uma fazenda comercial no estado do Mato Grosso do Sul, em três períodos distintos do ano, permitindo a avaliação da influência da sazonalidade sobre os resultados. Os índices espectrais derivados das imagens foram correlacionados com dados laboratoriais obtidos a partir de amostras da pastagem, possibilitando a construção dos modelos preditivos. Os resultados apontam que a acurácia dos modelos varia conforme o satélite e a variável analisada. Para a predição de biomassa, apesar dos satélites Planet apresentarem melhor desempenho, o Sentinel apresentou resultados semelhantes mesmo sendo considerado de média resolução. De maneira geral, os dados mostraram que as imagens multiespectrais foram compatíveis com os dados de laboratório para este tipo de predição, sendo viável o desenvolvimento de metodologia ágil para facilitar a vida do pecuarista. Para a predição de qualidade de pastagem, o Planet apresentou o melhor desempenho para dados de PB enquanto o CBERS se destacou na predição de FDN. Apesar dos dados de qualidade terem desempenho bem menor do que os dados de biomassa, ambos não apresentaram o mesmo desempenho na validação cruzada, indicando que a sazonalidade pode impactar no modelo. Enquanto a variável relevante para as predições de biomassa foi a altura da pastagem, para os dados de qualidade o tempo de descanso demonstrou maior impacto, principalmente na composição química da forragem. Diante dos resultados, o sensoriamento remoto orbital é uma ferramenta promissora para a análise de produtividade e qualidade de pastagem, oferendo suporte ao manejo sustentável da pecuária. No entanto, desafios como a influência da sazonalidade e a necessidade de ampliação da base de dados ainda devem ser superados para garantir a maior confiabilidade e aplicabilidade dos modelos desenvolvidos. O estudo contribuiu para o avanço das técnicas de monitoramento remoto da forragem, auxiliando pesquisadores na gestão eficiente da gramínea em questão. |
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Explorando o potencial de dados provenientes do sensoriamento remoto orbital na predição de indicadores de biomassa de pastagemExploring the potential of orbital remote sensing data in predicting pasture biomass indicatorsBandas espectraisImagens de satéliteParâmetros de qualidadePastagemPastureQuality parametersSatelitte imagesSpectral bandsAs pastagens desempenham um papel fundamental na pecuária brasileira, sendo a principal fonte de alimentação para bovinos de corte e leite devido ao seu formato extensivo de criação. A disponibilidade e a qualidade da forragem impactam diretamente no desempenho animal, bem como na sustentabilidade da produção. Desta forma, a predição de biomassa e índices de qualidade da pastagem é essencial para otimizar o manejo, reduzir custos e minimizar impactos ambientais. O sensoriamento remoto orbital surge como ferramenta promissora para monitoramento dessas variáveis, permitindo análises em larga escala e ao longo do tempo, auxiliando na tomada de decisões estratégicas no setor agropecuário. Neste estudo, são abordadas a predição da biomassa através das variáveis Massa Seca (MS) e Massa Fresca (MF) e a predição de índices de qualidade Proteína Bruta (PB) e Fibra de Detergente Neutro (FDN), utilizando imagens dos satélites CBERS, Planet e Sentinel2A, associadas a modelos estatísticos de aprendizado de máquina, mais especificamente o Random Forest. As coletas foram realizadas em uma fazenda comercial no estado do Mato Grosso do Sul, em três períodos distintos do ano, permitindo a avaliação da influência da sazonalidade sobre os resultados. Os índices espectrais derivados das imagens foram correlacionados com dados laboratoriais obtidos a partir de amostras da pastagem, possibilitando a construção dos modelos preditivos. Os resultados apontam que a acurácia dos modelos varia conforme o satélite e a variável analisada. Para a predição de biomassa, apesar dos satélites Planet apresentarem melhor desempenho, o Sentinel apresentou resultados semelhantes mesmo sendo considerado de média resolução. De maneira geral, os dados mostraram que as imagens multiespectrais foram compatíveis com os dados de laboratório para este tipo de predição, sendo viável o desenvolvimento de metodologia ágil para facilitar a vida do pecuarista. Para a predição de qualidade de pastagem, o Planet apresentou o melhor desempenho para dados de PB enquanto o CBERS se destacou na predição de FDN. Apesar dos dados de qualidade terem desempenho bem menor do que os dados de biomassa, ambos não apresentaram o mesmo desempenho na validação cruzada, indicando que a sazonalidade pode impactar no modelo. Enquanto a variável relevante para as predições de biomassa foi a altura da pastagem, para os dados de qualidade o tempo de descanso demonstrou maior impacto, principalmente na composição química da forragem. Diante dos resultados, o sensoriamento remoto orbital é uma ferramenta promissora para a análise de produtividade e qualidade de pastagem, oferendo suporte ao manejo sustentável da pecuária. No entanto, desafios como a influência da sazonalidade e a necessidade de ampliação da base de dados ainda devem ser superados para garantir a maior confiabilidade e aplicabilidade dos modelos desenvolvidos. O estudo contribuiu para o avanço das técnicas de monitoramento remoto da forragem, auxiliando pesquisadores na gestão eficiente da gramínea em questão.Pastures play a fundamental role in Brazilian livestock production, serving as the primary feed source for beef and dairy cattle due to the extensive farming system. Forage availability and quality directly impact animal performance as well as the sustainability of production. Therefore, predicting biomass and pasture quality indices is essential to optimizing management, reducing costs, and minimizing environmental impacts. Orbital remote sensing emerges as a promising tool for monitoring these variables, enabling large-scale and temporal analyses to support strategic decision-making in the agricultural sector. This study addresses biomass prediction through the variables Dry Matter (DM) and Fresh Matter (FM), as well as the prediction of quality indices, namely Crude Protein (CP) and Neutral Detergent Fiber (NDF), using images from the CBERS, Planet, and Sentinel-2A satellites combined with machine learning statistical models, specifically Random Forest. Data collection was conducted on a commercial farm in the state of Mato Grosso do Sul during three distinct periods of the year, allowing for the assessment of seasonality influence on the results. Spectral indices derived from the images were correlated with laboratory data obtained from pasture samples, enabling the construction of predictive models. The results indicate that model accuracy varies according to the satellite and the analyzed variable. For biomass prediction, although the Planet satellites showed better performance, Sentinel yielded similar results despite being considered medium resolution. Overall, the data demonstrated that multispectral imagery was compatible with laboratory data for this type of prediction, making it feasible to develop a rapid methodology to facilitate cattle ranchers\' decision-making. Regarding pasture quality prediction, Planet performed best for CP data, while CBERS excelled in NDF prediction. Although quality data showed significantly lower performance than biomass data, both did not perform similarly in cross-validation, indicating that seasonality may impact the model. While pasture height was the most relevant variable for biomass predictions, the resting period had a greater impact on quality data, particularly on forage chemical composition. Based on the results, orbital remote sensing proves to be a promising tool for analyzing pasture productivity and quality, supporting sustainable livestock management. However, challenges such as the influence of seasonality and the need to expand the database must still be addressed to ensure greater reliability and applicability of the developed models. This study contributes to advancing remote forage monitoring techniques, assisting researchers in efficiently managing the studied grass species.Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USPFiorio, Peterson RicardoOliveira, Júlia Licínia Freire2025-06-25info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttps://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/11/11152/tde-07072025-144808/reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USPinstname:Universidade de São Paulo (USP)instacron:USPLiberar o conteúdo para acesso público.info:eu-repo/semantics/openAccesspor2025-07-14T14:01:02Zoai:teses.usp.br:tde-07072025-144808Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttp://www.teses.usp.br/PUBhttp://www.teses.usp.br/cgi-bin/mtd2br.plvirginia@if.usp.br|| atendimento@aguia.usp.br||virginia@if.usp.bropendoar:27212025-07-14T14:01:02Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP - Universidade de São Paulo (USP)false |
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As pastagens desempenham um papel fundamental na pecuária brasileira, sendo a principal fonte de alimentação para bovinos de corte e leite devido ao seu formato extensivo de criação. A disponibilidade e a qualidade da forragem impactam diretamente no desempenho animal, bem como na sustentabilidade da produção. Desta forma, a predição de biomassa e índices de qualidade da pastagem é essencial para otimizar o manejo, reduzir custos e minimizar impactos ambientais. O sensoriamento remoto orbital surge como ferramenta promissora para monitoramento dessas variáveis, permitindo análises em larga escala e ao longo do tempo, auxiliando na tomada de decisões estratégicas no setor agropecuário. Neste estudo, são abordadas a predição da biomassa através das variáveis Massa Seca (MS) e Massa Fresca (MF) e a predição de índices de qualidade Proteína Bruta (PB) e Fibra de Detergente Neutro (FDN), utilizando imagens dos satélites CBERS, Planet e Sentinel2A, associadas a modelos estatísticos de aprendizado de máquina, mais especificamente o Random Forest. As coletas foram realizadas em uma fazenda comercial no estado do Mato Grosso do Sul, em três períodos distintos do ano, permitindo a avaliação da influência da sazonalidade sobre os resultados. Os índices espectrais derivados das imagens foram correlacionados com dados laboratoriais obtidos a partir de amostras da pastagem, possibilitando a construção dos modelos preditivos. Os resultados apontam que a acurácia dos modelos varia conforme o satélite e a variável analisada. Para a predição de biomassa, apesar dos satélites Planet apresentarem melhor desempenho, o Sentinel apresentou resultados semelhantes mesmo sendo considerado de média resolução. De maneira geral, os dados mostraram que as imagens multiespectrais foram compatíveis com os dados de laboratório para este tipo de predição, sendo viável o desenvolvimento de metodologia ágil para facilitar a vida do pecuarista. Para a predição de qualidade de pastagem, o Planet apresentou o melhor desempenho para dados de PB enquanto o CBERS se destacou na predição de FDN. Apesar dos dados de qualidade terem desempenho bem menor do que os dados de biomassa, ambos não apresentaram o mesmo desempenho na validação cruzada, indicando que a sazonalidade pode impactar no modelo. Enquanto a variável relevante para as predições de biomassa foi a altura da pastagem, para os dados de qualidade o tempo de descanso demonstrou maior impacto, principalmente na composição química da forragem. Diante dos resultados, o sensoriamento remoto orbital é uma ferramenta promissora para a análise de produtividade e qualidade de pastagem, oferendo suporte ao manejo sustentável da pecuária. No entanto, desafios como a influência da sazonalidade e a necessidade de ampliação da base de dados ainda devem ser superados para garantir a maior confiabilidade e aplicabilidade dos modelos desenvolvidos. O estudo contribuiu para o avanço das técnicas de monitoramento remoto da forragem, auxiliando pesquisadores na gestão eficiente da gramínea em questão. |
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