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Reconhecimento de padrões de crescimento urbano em imagens de satélite utilizando aprendizagem profunda e teoria dos valores extremos.

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dc.creator.ID ESTEVES, A. G. L. pt_BR
dc.creator.Lattes http://lattes.cnpq.br/7013943111832654 pt_BR
dc.contributor.advisor1 PEREIRA, Eanes Torres.
dc.contributor.advisor1ID PEREIRA, E. T. pt_BR
dc.contributor.advisor1Lattes http://lattes.cnpq.br/2030738304003254 pt_BR
dc.contributor.referee1 GOMES, Herman Martins.
dc.contributor.referee2 ARAÚJO, Joseana Macedo Fechine Régis de.
dc.contributor.referee3 VEGA, Marco Antonio Alvarez .
dc.description.resumo O reconhecimento de padrões de crescimento urbano em imagens de satélite apresenta aplicações que variam desde o entendimento da dinâmica da urbanização, até inferir a expansão urbana futura. Tanto a disponibilidade de inventários globais de uso da superfície terrestre, baseados em sensoriamento remoto, quanto os avanços nos métodos de aprendizado profundo, oferecem uma oportunidade para impulsionar o estado da arte dos modelos existentes para este fim. Essa tarefa tem amplas implicações para a preparação para desastres, meio ambiente, desenvolvimento de infraestrutura e prevenção de epidemias, além de desenvolver novos métodos de visão computacional para dados de séries temporais. Inspirados por modelos sequenciais, esse trabalho propõe um método para a detecção de anomalias, ou alterações, utilizando o algoritmo Peaks Over Threshold (POT), uma abordagem probabilística paramétrica com base na Teoria dos Valores Extremos que não requer limites definidos manualmente e não pressupõe a distribuição dos dados. O algoritmo foi aplicado às representações obtidas por uma rede neural convolucional (arquitetura U-Net) de modo a reconhecer e detectar possíveis alterações na geografia das regiões, tirando proveito de uma sequência temporal de imagens de sensoriamento remoto extraída do conjunto de dados SpaceNet. Os resultados mostram que, apesar da resolução moderada dos dados, foi possível rastrear identificadores de alterações na superfície terrestre temporalmente. Os resultados validam a eficácia do método proposto na detecção de novidades com resultados de 91,34% e 85% para F-score e revocação, respectivamente, bem como um F-beta de 87,42%, pontuação que representa a média harmônica ponderada de precisão e revocação. Em comparação com a literatura, os resultados reportados por três pesquisas correlatas são de 90%, 71,16% e 69% para o F-score, exclusivamente, sem registro de métricas adicionais. O uso do algoritmo POT em conjunto com uma rede convolucional de arquitetura U-Net, aplicados ao conjunto de dados SpaceNet trouxe evidências experimentais de que se trata de uma abordagem promissora para fornecer automaticamente detecções de mudanças ou alterações espaço-temporais na superfície terrestre em aplicações práticas. pt_BR
dc.publisher.country Brasil pt_BR
dc.publisher.department Centro de Engenharia Elétrica e Informática - CEEI pt_BR
dc.publisher.program PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA DA COMPUTAÇÃO pt_BR
dc.publisher.initials UFCG pt_BR
dc.subject.cnpq Ciência da Computação pt_BR
dc.title Reconhecimento de padrões de crescimento urbano em imagens de satélite utilizando aprendizagem profunda e teoria dos valores extremos. pt_BR
dc.date.issued 2022-02-21
dc.description.abstract The recognition of urban growth patterns in satellite images has applications that range from understanding the dynamics of urbanization to inferring future urban expansion. Both the availability of global inventories of land use, based on remote sensing, and advances in deep learning methods, offer an opportunity to boost the state of the art of existing models for this purpose. This task has broad implications for disaster preparedness, the environment, infrastructure development, and epidemic prevention, as well as developing new computer vision methods for time series data. Inspired by sequential models, this work proposes a method for detecting novelties, or anomalies, using the Peaks Over Threshold (POT) algorithm, a parametric probabilistic approach based on the Theory of Extreme Values that does not require manually defined thresholds. and does not presuppose data distribution. The algorithm was applied to representations obtained by a convolutional neural network (U-Net architecture) in order to recognize and detect possible changes in the geography of the regions, taking advantage of a temporal sequence of remote sensing images extracted from the SpaceNet dataset. The results show that, despite the moderate resolution of the data, it was possible to track identifiers of changes in the Earth’s surface temporally. The results validate the effectiveness of the proposed method in detecting anomalies with results of 91.34% and 85% for F-score and recall respectively, as well as an F-beta of 87.42%, a score that represents the average precision weighted harmonica and recall. In comparison with the literature, the reported results are 90%, 71.16% and 69% for the F-score, exclusively, without recording additional metrics. The use of the POT algorithm in conjunction with a convolutional network of U-Net architecture, applied to the SpaceNet dataset, has brought experimental evidence that it is a promising approach to automatically provide detections of spatio-temporal changes or alterations on the Earth’s surface in practical applications. pt_BR
dc.identifier.uri http://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/jspui/handle/riufcg/24922
dc.date.accessioned 2022-04-28T11:23:36Z
dc.date.available 2022-04-28
dc.date.available 2022-04-28T11:23:36Z
dc.type Dissertação pt_BR
dc.subject Sensoriamento remoto pt_BR
dc.subject Teoria dos valores extremos pt_BR
dc.subject Aprendizagem profunda pt_BR
dc.subject Detecção de anomalias pt_BR
dc.subject Peaks Over Threshold (POT) pt_BR
dc.subject Remote sensing pt_BR
dc.subject Theory of extreme values pt_BR
dc.subject Deep learning pt_BR
dc.subject Anomaly detection pt_BR
dc.subject Picos acima do limiar (POT) pt_BR
dc.subject Detección remota pt_BR
dc.subject Teoría de los valores extremos pt_BR
dc.subject Aprendizaje profundo pt_BR
dc.subject Detección de anomalías pt_BR
dc.subject Picos por encima del umbral (POT) pt_BR
dc.subject Télédétection pt_BR
dc.subject Théorie des valeurs extrêmes pt_BR
dc.subject L'apprentissage en profondeur pt_BR
dc.subject Détection d'une anomalie pt_BR
dc.subject Pics au-dessus du seuil (POT) pt_BR
dc.rights Acesso Aberto pt_BR
dc.creator ESTEVES, Antônio Germineo Lima.
dc.publisher Universidade Federal de Campina Grande pt_BR
dc.language por pt_BR
dc.title.alternative Recognition of urban growth patterns in images of satellite using deep learning and extreme value theory. pt_BR
dc.identifier.citation ESTEVES, A. G. L. Reconhecimento de padrões de crescimento urbano em imagens de satélite utilizando aprendizagem profunda e teoria dos valores extremos. 2022. 71 f. Dissertação (Mestrado em Ciência da Computação) - Programa de Pós-Graduação em Ciência da Computação, Centro de Engenharia Elétrica e Informática, Universidade Federal de Campina Grande, Paraíba, Brasil, 2022. pt_BR


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