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Tipo do documento: Dissertação
Título: Monitoramento da Clorofila-a na água por sensoriamento remoto utilizando experimentos em Mesocosmos
Título(s) alternativo(s): Monitoring of Chlorophyll-a in water by remote sensing using experiments in Mesocosmos
Autor: Ferreira, Igor Cobelo 
Primeiro orientador: Nabout, João Carlos
Primeiro coorientador: Ferreira, Manuel Eduardo
Primeiro membro da banca: Nabout, João Carlos
Segundo membro da banca: Machado, Karine Borges
Terceiro membro da banca: Carvalho, Priscilla
Resumo: A 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.
Abstract: Eutrophication 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 protocols
Palavras-chave: Clorofila-a
Fitoplâncton
Mesocosmos
Índices de vegetação
Sensoriamento remoto aéreo
Veículos aéreos não tripulados (VANT)
Chlorophyll-a
Phytoplankton
Mesocosm
Vegetation indices
Aerial remote sensing
Unmanned aerial vehicles (UAV)
Área(s) do CNPq: CIENCIAS BIOLOGICAS
OUTROS
Idioma: por
País: Brasil
Instituição: Universidade Estadual de Goiás
Sigla da instituição: UEG
Departamento: UEG ::Coordenação de Mestrado em Recursos Naturais
Programa: Programa de Pós-Graduação Stricto sensu em Recursos Naturais do Cerrado RENAC
Citação: COBELO. 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.
Tipo de acesso: Acesso Aberto
URI: http://www.bdtd.ueg.br/handle/tede/1155
Data de defesa: 25-Ago-2021
Aparece nas coleções:Mestrado em Recursos Naturais do Cerrado (RENAC)

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