Deteção e delimitação de corpos de água em imagens de satélite de alta resolução com aprendizagem profunda

Abstract

A delimitação de corpos de água com recurso a imagens de satélite desempenha umpapel crucial em diversas aplicações, como monitorização ambiental, planeamento derecursos hídricos, planeamento na defesa contra a incêndios e na análise dasalteraçõesclimáticas. Neste trabalho, pretendemos explorar a aplicação daaprendizagem profunda tendo por base oFramework Detectron2, nageraçãoautomática depolígonos que representamcorpos de águacomopequenasalbufeiras,lagos,charcos e reservatórios.A caracterização eficiente das disponibilidades hídricasdos reservatórios, albufeiras e barragenspermite uma melhor e maiseficientemonitorização dos Planos de Água (PA), bem como a boa gestão desses mesmosrecursos. A área geográfica de estudo e as metodologias desenvolvidas, encontra-seenquadrada nas áreas de jurisdição da Administração da Região Hidrográfica doAlentejo, Departamentos desconcentrados da Agência portuguesa do Ambiente, I.P..Foidesenvolvidoum conjunto de dados abrangente e personalizado composto porimagens de satélite de alta resolução e rótulos anotados manualmente, identificandoas áreas correspondentes aos corpos de água, para treinar o modelo.Foi utilizada aarquiteturaResNet-50 combinada com aMask R-CNN, presentesno Detectron2, pararealizar a tarefa de deteção de objetos em gerale segmentação respetivamente. Emseguida, treinamos o modelo de aprendizagem profunda utilizando o nosso conjuntode dados na plataforma Google Colab, aproveitando o poder computacional dasunidades de processamento gráfico (GPU).A vantagem de usara FrameworkDetectron2 é a sua capacidade rápida e eficiente dedelimitação de corpos de águaem grandes volumes de dados,comparativamente aométodo tradicional, oqual envolve um processo manual de análise e marcaçãodospolígonosnas imagens de satéliteatravés de pessoal especializado,apresentandoelevados custos em termos de recursos humanos, económicose com elevadamorosidade.Na(Figura-1)é possível observar dois corpos de água corretamente segmentadosutilizando o método proposto.Esta abordagem pode impulsionar o desenvolvimento detécnicas mais precisas e eficientes para a deteção e delimitação de característicashidrológicas em imagens de satéliteuma vez que conseguimos segmentar corpos deágua com dimensões de até 121 m2.A abordagem implementada neste trabalho podeser aplicada a outras áreas temáticas como por exemplo a deteção de incêndios,blooms de algas, identificação de estruturas urbanas, delimitação de florestas e cultivos agrícolas.