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Tipo do documento: Tese
Título: Mapeamento de sedimentos da margem equatorial brasileira usando algoritmos de aprendizado de máquina
Título(s) alternativo(s): Mapping Sediments Along the Brazilian Equatorial Coast Using Machine Learning Algorithms
Autor: DANTAS, Diego de Oliveira 
Primeiro orientador: BARROS FILHO, Allan Kardec Duailibe
Primeiro membro da banca: BARROS FILHO, Allan Kardec Duailibe
Segundo membro da banca: SANTANA, Ewaldo Éder
Terceiro membro da banca: JACOB JUNIOR, Antonio Fernando Lavareda
Quarto membro da banca: BARREIROS, Marta de Oliveira
Quinto membro da banca: QUEIROZ, Jonathan Araujo
Resumo: O mapeamento em larga escala de sedimentos do fundo marinho é fundamental para a gestão ambiental, a engenharia offshore e a exploração sustentável de recursos, especialmente em regiões costeiras opticamente complexas, como a Margem Equatorial Brasileira (MEB). Embora levantamentos acústicos tradicionais apresentem elevada precisão, sua aplicação é limitada pelo custo operacional e pela baixa frequência de aquisição. Esta tese apresenta um pipeline reprodutível de aprendizado de máquina para classificação regional de sedimentos a partir de imagens Sentinel-2, cobrindo sistematicamente a plataforma rasa entre 0 e 30 m de profundidade. A metodologia integra Análise de Componentes Principais (PCA), Perceptron de Múltiplas Camadas (MLP) e Synthetic Minority Over-sampling Technique (SMOTE), associados a um protocolo conservador de curadoria baseado em consistência granulométrica histórica, concordância espacial local e independência entre recortes. O escopo preditivo final foi definido no cenário binário Areia vs Lama, utilizando 2.199 amostras espacialmente independentes sob validação espacial por blocos de 25 km com cinco folds. Entre as famílias avaliadas, incluindo redes neurais convolucionais, MLPs, SVMs e modelos EfficientNet, o pipeline MLP+PCA+SMOTE foi selecionado como configuração recomendada por combinar desempenho competitivo, estabilidade e baixo custo computacional. A configuração otimizada atingiu acurácia de 92,64% ± 1,95, F1 macro de 89,04% ± 2,40 e custo computacional 6,6 vezes inferior ao da CNN- Base. Embora não tenham sido observadas diferenças estatisticamente significativas em relação às arquiteturas convolucionais avaliadas, a concordância cartográfica de 84,9% com mapeamento sedimentológico independente indica consistência cartográfica regional, sem constituir validação contemporânea in situ. Os resultados demonstram que modelos espectrais leves constituem alternativa viável e escalável para o mapeamento regional de sedimentos em ambientes costeiros complexos, desde que acompanhados por curadoria rigorosa, validação espacial adequada e interpretação cautelosa das limitações temporais dos dados.
Abstract: Large-scale mapping of seafloor sediments is essential for environmental management, offshore engineering, and the sustainable exploitation of resources, especially in optically complex coastal regions such as the Brazilian Equatorial Margin (BEM). Although tradi- tional acoustic surveys provide high accuracy, their application is limited by operational costs and low acquisition frequency. This thesis presents a reproducible machine learning pipeline for regional sediment classification using Sentinel-2 imagery, systematically cover- ing the shallow shelf between 0 and 30 m depth. The methodology integrates Principal Component Analysis (PCA), Multilayer Perceptron (MLP), and Synthetic Minority Over- sampling Technique (SMOTE), combined with a conservative curation protocol based on historical granulometric consistency, local spatial agreement, and independence between image patches. The final predictive scope was defined as the binary Sand vs Mud scenario, using 2,199 spatially independent samples under 25 km block-based spatial validation with five folds. Among the evaluated model families, including convolutional neural networks, MLPs, SVMs, and EfficientNet models, the MLP+PCA+SMOTE pipeline was selected as the recommended configuration because it combined competitive performance, stability, and low computational cost. The optimized configuration achieved an accuracy of 92.64% ± 1.95, macro F1 of 89.04% ± 2.40, and computational cost 6.6 times lower than that of CNN-Base. Although no statistically significant differences were observed in relation to the evaluated convolutional architectures, the cartographic agreement of 84.9% with an independent sedimentological map indicates regional cartographic consistency, without constituting contemporary in situ validation. The results demonstrate that lightweight spectral models represent a viable and scalable alternative for regional sediment mapping in complex coastal environments, provided that they are accompanied by rigorous curation, adequate spatial validation, and cautious interpretation of the temporal limitations of the data.
Palavras-chave: sedimentos marinhos;
margem equatorial brasileira;
sensoriamento remoto;
aprendizado de máquina.
marine sediments;
brazilian equatorial margin;
remote sensing;
machine learning.
Área(s) do CNPq: Sedimentologia Marinha
Ciência da Computação
Idioma: por
País: Brasil
Instituição: Universidade Federal do Maranhão
Sigla da instituição: UFMA
Departamento: DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DA ELETRICIDADE/CCET
Programa: PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DE ELETRICIDADE/CCET
Citação: DANTAS, Diego de Oliveira. Mapeamento de sedimentos da margem equatorial brasileira usando algoritmos de aprendizado de máquina. 2026. 94 f. Tese (Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Eletricidade/CCET) - Universidade Federal do Maranhão, São Luís, 2026.
Tipo de acesso: Acesso Aberto
URI: https://tedebc.ufma.br/jspui/handle/tede/7160
Data de defesa: 10-Jul-2026
Aparece nas coleções:DISSERTAÇÃO DE MESTRADO - PROGRAMA DE PÓS GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DE ELETRICIDADE

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