Do classificador ao estimador: adaptando transformers para predição contínua de produtividade agrícola para soja a partir de séries temporais de imagens de satélites

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2025
Autor(a) principal: Silva, Luis Henrique Macedo da
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Cornelio Procopio
Brasil
Programa de Pós-Graduação em Informática
UTFPR
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Link de acesso: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/38818
Resumo: Agriculture is an important sector for the global economy and food security; however, it faces challenges related to environmental variability and the scarcity of accurate data for analysis and decision-making. Forecasting agricultural productivity, especially for crops such as soybeans, is crucial for resource optimization and agricultural planning. In recent years, remote sensing through satellite imagery has provided frequent and detailed data, helping to understand the dynamics of vegetation cover, plants and land use patterns. When combined with deep learning techniques, it has become a powerful tool for monitoring and analyzing agricultural areas. This work proposes the adaptation of a model originally designed for crop classification, the SITS-FORMER, to a regression task, validated through soybean productivity estimation in small agricultural plots. To this end, a specific dataset was developed, combining time series from the Sentinel-2 satellite with historical soybean productivity data from selected Brazilian municipalities. This was done in light of the limited availability of reliable agricultural data and the need to validate crop presence across multiple years. The construction of this dataset was relevant to ensure the quality and representativeness of the information used for training and validating the model. By transforming the SITSFORMER from a classification model into a regression model, it became possible to leverage its ability to learn temporal, spatial and spectral representations from image series, enabling continuous productivity prediction instead of simple categorization. This approach allows for yield estimation with practical applicability, meeting the demand for quick and accessible information in precision agriculture. The experiments conducted demonstrated that the adapted model is promising and performed better when using a complete temporal window aligned with the crop calendar, reaching a coefficient of determination (R²) of 0.067. The use of the MSE loss function further enhanced the results under this temporal configuration, yielding a value of 0.10. However, the model showed limitations in capturing extreme productivity values, both high and low, indicating low sensitivity to outliers.
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spelling Do classificador ao estimador: adaptando transformers para predição contínua de produtividade agrícola para soja a partir de séries temporais de imagens de satélitesFrom classifier to estimator: adapting transformers for continuous soybean yield prediction from satellite image time seriesSensoriamento remotoImagens de sensoriamento remotoProdutividade agrícolaRemote sensingRemote-sensing imagesAgricultural productivityCNPQ::ENGENHARIASCiência da ComputaçãoAgriculture is an important sector for the global economy and food security; however, it faces challenges related to environmental variability and the scarcity of accurate data for analysis and decision-making. Forecasting agricultural productivity, especially for crops such as soybeans, is crucial for resource optimization and agricultural planning. In recent years, remote sensing through satellite imagery has provided frequent and detailed data, helping to understand the dynamics of vegetation cover, plants and land use patterns. When combined with deep learning techniques, it has become a powerful tool for monitoring and analyzing agricultural areas. This work proposes the adaptation of a model originally designed for crop classification, the SITS-FORMER, to a regression task, validated through soybean productivity estimation in small agricultural plots. To this end, a specific dataset was developed, combining time series from the Sentinel-2 satellite with historical soybean productivity data from selected Brazilian municipalities. This was done in light of the limited availability of reliable agricultural data and the need to validate crop presence across multiple years. The construction of this dataset was relevant to ensure the quality and representativeness of the information used for training and validating the model. By transforming the SITSFORMER from a classification model into a regression model, it became possible to leverage its ability to learn temporal, spatial and spectral representations from image series, enabling continuous productivity prediction instead of simple categorization. This approach allows for yield estimation with practical applicability, meeting the demand for quick and accessible information in precision agriculture. The experiments conducted demonstrated that the adapted model is promising and performed better when using a complete temporal window aligned with the crop calendar, reaching a coefficient of determination (R²) of 0.067. The use of the MSE loss function further enhanced the results under this temporal configuration, yielding a value of 0.10. However, the model showed limitations in capturing extreme productivity values, both high and low, indicating low sensitivity to outliers.A agricultura e um setor importante para a economia global e a segurança alimentar, porém enfrenta desafios relacionados a variabilidade das condições ambientais e a escassez de dados precisos para análise e tomada de decisão. A previsão da produtividade agrícola, especialmente em culturas como a soja, e fundamental para otimizar recursos e apoiar o planejamento agrícola. Nos últimos anos, o sensoriamento remoto, por meio de imagens de satélite, proporciona dados frequentes e detalhados, ajudando a entender a dinâmica da cobertura vegetal, das plantas e padrões de uso da terra, e, aliado a técnicas de deep learning, tem se consolidado como uma ferramenta poderosa para monitorar e analisar areas agrícolas. Este trabalho propõe a adaptação de um modelo originalmente concebido para classificação de culturas, o SITS-FORMER, para a tarefa de regressão, com sua valição através da produtividade de soja em pequenas áreas agrícolas. Para isso, desenvolveu-se um dataset específico, que combina séries temporais do satélite Sentinel-2 com dados históricos de produtividade dos municípios brasileiros selecionados, levando em considerac¸ao a escassez de dados agrícolas confiáveis e a necessidade de validação da presença da cultura em diferentes anos. Essa construção do conjunto de dados foi relevante para garantir a qualidade e representatividade das informações usadas no treinamento e validação do modelo. Ao transformar o modelo SITS-FORMER de classificador para regressor, foi possível aproveitar seu potencial de aprendizado das representações temporais, espaciais e espectrais das séries de imagens, possibilitando uma predição contínua da produtividade em vez de uma simples categorização. Essa abordagem permite estimar rendimentos com aplicabilidade prática, atendendo a demanda por informações mais rápidas e acessíveis na agricultura de precisão. Os experimentos realizados mostraram que o modelo adaptado e promissor e se aproveitou melhor de uma janela temporal completa, alinhada ao calendário agrícola, alcançando um coeficiente de determinação de 0,067. A funçãode perda MSE alavancou os resultados obtidos com essa janela temporal, alcançamndo um coeficiente de 0,10. No entanto, observou-se uma limitação do modelo em capturar valores de produtividade mais extremos, tanto elevados como reduzidos, indicando uma baixa sensibilidade a outliers.Universidade Tecnológica Federal do ParanáCornelio ProcopioBrasilPrograma de Pós-Graduação em InformáticaUTFPRSilva, Natassya Barlate Floro dahttps://lattes.cnpq.br/3393376801047734Araujo, Alex Sandro Alves dehttp://lattes.cnpq.br/9391450129917031Oliveira, Claiton dehttps://lattes.cnpq.br/8851289265109891Correa, Cleber Gimenezhttps://lattes.cnpq.br/0521761025000380Silva, Natassya Barlate Floro dahttps://lattes.cnpq.br/3393376801047734Silva, Luis Henrique Macedo da2025-11-03T22:34:23Z2025-11-03T22:34:23Z2025-08-15info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfSILVA, Luis Henrique Macedo da. Do classificador ao estimador: adaptando transformers para predição contínua de produtividade agrícola para soja a partir de séries temporais de imagens de satélites. 2025. 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