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metadata.teses.dc.title: Remotely Piloted Aircraft System for monitoring coffee crops
metadata.teses.dc.title.alternative: Sistema de aeronave pilotada remotamente para monitoramento de culturas de café
metadata.teses.dc.creator: Bento, Nicole Lopes
metadata.teses.dc.creator.Lattes: http://lattes.cnpq.br/1998301319411536
metadata.teses.dc.contributor.advisor1: Ferraz, Gabriel Araújo e Silva
metadata.teses.dc.contributor.referee1: Ferraz, Gabriel Araújo e Silva
metadata.teses.dc.contributor.referee2: Rossi, Giuseppe
metadata.teses.dc.contributor.referee3: Torres, Iván Darío Aristizábal
metadata.teses.dc.contributor.referee4: Santana, Lucas Santos
metadata.teses.dc.contributor.referee5: Carvalho, Milene Alves de Figueiredo
metadata.teses.dc.subject: Agricultura Digital
Agricultura de Precisão
Aprendizado de Máquina
Cafeicultura
Índices de Vegetação
Sensoriamento Remoto
Digital Agriculture
Precision Agriculture
Machine Learning
Coffee Farming
Vegetation Indices
Remote Sensing
metadata.teses.dc.date.issued: 17-Jan-2024
metadata.teses.dc.description.sponsorship: Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior- Capes
metadata.teses.dc.identifier.citation: BENTO, Nicole Lopes. Remotely Piloted Aircraft System for monitoring coffee crops. 2024. 133 p. Tese (Doutorado em Engenharia Agrícola) - Universidade Federal de Lavras, 2024.
metadata.teses.dc.description.resumo: Remotely Piloted Aircraft System for monitoring coffee crops Sistema de aeronave pilotada remotamente para monitoramento de culturas de café.O café é uma commodity de grande importância para a balança econômica brasileira e o estado de Minas Gerais se destaca com maior produção e exportação mundial. Novas técnicas e tecnologias são aplicadas neste setor agrícola, buscando efetivos ganhos de produtividade e rentabilidade das lavouras, aliado a ganhos ambientais. Neste sentido, os Sistemas de Aeronaves Remotamente Pilotadas (Remotely Piloted Aircraft System - RPAS) são utilizados como plataformas para o Sensoriamento Remoto (SR) para o monitoramento das lavouras, aliadas a ferramentas de machine learning possibilitam a identificação de problemáticas que podem ser solucionadas por meio de manejo adequado e eficiente. Diante deste cenário, esta tese analisou as potencialidades da utilização de RPAS como tecnologia de imageamento aéreo em lavouras cafeeiras por meio de estudos científicos. (I) No primeiro estudo foi proposto o levantamento bibliométrico contextualizando o estado da arte sobre a temática de RPAS na cafeicultura, com base nos 20 anos de buscas nas bases de dados mais relevantes, destacando evolução temporal das publicações, análise de desempenho agrupando as principais publicações, principais periódicos, principais pesquisadores, principais instituições, principais países e mapeamento científico de cocitação, palavras-chave, tendências e possibilidades futuras sobre o tema da pesquisa. (II) O segundo estudo objetivou classificar e mapear, em áreas cafeeiras, a área ocupada por plantas daninhas, determinar o percentual de área ocupada e indicar estratégias de controle de tratamento a serem adotadas no campo. Para isto, testou-se dois algoritmos de machine learning (Random Forest - RF e Support Vector Machine - SVM) para a classificação das regiões de interesse devido às diferenças espectrais entre os alvos, destacando o RF com melhor desempenho de classificação. Além disso, a economia obtida tratando apenas áreas com presença de ervas daninhas em comparação com o tratamento de toda a área de estudo foi de aproximadamente 92,68%. (III) O terceiro estudo relacionou parâmetros derivados de imagens aéreas com base em diferentes índices de vegetação (IVs) e o modelo de altura do dossel (MAD) à compactação do solo em área de lavoura cafeeira. Procedeu a coleta de dados de altura de plantas, caracterização do solo, resistência a penetração do solo e produtividade in loco e IVs calculados por imagens aéreas. Os dados multiespectrais apresentaram correlação aos dados de resistência a penetração, sendo possível determinar os IVs NDRE e MTCI com melhor desempenho de estimativa. Deste modo, evidenciou-se a possibilidade de acompanhamento das variações de altura da cultura cafeeira usando RPAS para demarcar zonas compactadas. (IV) O quarto estudo objetivou classificar e diferenciar, por meio de algoritmo de machine learning (Random Forest – RF) plantas cafeeiras submetidas e não submetidas a aplicação foliar do bioestimulante quitosana, indicando uma abordagem válida para modelar a presença do bioestimulante nas plantas cafeeiras, confirmando que o modelo pode auxiliar nas práticas de agricultura de precisão de maneira eficiente. (V) O quinto estudo comparou dados de altura de plantas de café obtidos de nuvens de pontos RGB/SfM e LiDAR aerotransportados por RPAS e estimou a compactação do solo através da resistência à penetração em uma lavoura cafeeira, não sendo determinadas diferenças estatísticas significativas entre os sensores utilizados, sendo possível a estimativa precisa de maneira indireta da compactação do solo via sensoriamento remoto.
metadata.teses.dc.description.abstract: Coffee is a commodity of great importance for the Brazilian economic balance and the state of Minas Gerais stands out with the highest production and exports worldwide. New techniques and technologies are applied in this agricultural sector, seeking practical gains in productivity and profitability of crops, combined with environmental gains. In this sense, Remotely Piloted Aircraft Systems (RPAS) are used as platforms for Remote Sensing (SR) for monitoring crops, combined with machine learning tools, they make it possible to identify problems that can be solved through adequate and efficient management. Given this scenario, this thesis analyzed the potential of using RPAS as aerial imaging technology in coffee plantations through scientific studies. (I) In the first study, a bibliometric survey was proposed, contextualizing the state of the art on the topic of RPAS in coffee farming, based on 20 years of searches in the most relevant databases, highlighting the temporal evolution of publications, performance analysis grouping the main publications, main journals, main researchers, main institutions, main countries and scientific co-citation mapping, keywords, trends and future possibilities on the research topic. (II) The second study aimed to classify and map the area occupied by weeds in coffee growing areas, determine the percentage of area occupied, and indicate treatment control strategies to be adopted in the field. To this end, two machine learning algorithms (Random Forest - RF and Support Vector Machine - SVM) were tested to classify regions of interest due to spectral differences between targets, highlighting the RF with the best classification performance. Furthermore, the savings obtained by treating only areas with the presence of weeds compared to treating the entire study area was approximately 92.68%. (III) The third study related parameters derived from aerial images based on different vegetation indices (VIs) and the canopy height model (CHM) to soil compaction in a coffee plantation area. Data collection was carried out on plant height, soil characterization, resistance to soil penetration, in situ productivity, and VIs calculated by aerial images. The multispectral data correlated with the penetration resistance data, making it possible to determine the NDRE and MTCI VIs with better estimation performance. This way, the possibility of monitoring coffee crop height variations using RPAS to demarcate compacted areas was highlighted. (IV) The fourth study aimed to classify and differentiate, using a machine learning algorithm (Random Forest – RF) coffee plants subjected and not subjected to foliar application of the biostimulant chitosan, indicating a valid approach to model the presence of the biostimulant in coffee plants, confirming that the model can assist in precision agriculture practices efficiently. (V) The fifth study compared coffee plant height data obtained from RGB/SfM point clouds and LiDAR data collected by RPAS, and estimated soil compaction through penetration resistance in a coffee plantation. No statistically significant differences were identified between the sensors used, and accurate estimation indirectly of soil compaction via remote sensing was demonstrated.
metadata.teses.dc.description: Arquivo retido, a pedido da autora, até dezembro de 2025
metadata.teses.dc.identifier.uri: http://repositorio.ufla.br/jspui/handle/1/59776
metadata.teses.dc.publisher: Universidade Federal de Lavras
metadata.teses.dc.language: eng
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