Uso de índices espectrais na estimativa da produtividade do cafeeiro por meio de técnicas de aprendizado de máquina

dc.contributor.advisorMiranda, Jonathan da Rocha
dc.contributor.authorAlmeida, Ilana de Castro
dc.date.accessioned2026-03-04T18:38:50Z
dc.date.created2026-02-10
dc.descriptionA cultura do café (Coffea arabica L.) apresenta alta variabilidade espacial e temporal, o que torna a estimativa de safra um desafio complexo frente ao fenômeno da bienalidade e das variações edafoclimáticas. O uso de sensoriamento remoto associado ao aprendizado de máquina surge como uma alternativa promissora para contornar a ineficiência das amostragens manuais. O objetivo deste trabalho foi estimar a variabilidade espacial da produtividade de uma lavoura cafeeira utilizando índices espectrais derivados de imagens orbitais de alta resolução integrados ao algoritmo Random Forest (RF). O estudo foi conduzido no município de São João Evangelista - MG, em uma lavoura da cultivar Arara (três anos de idade). A coleta de dados de produtividade ocorreu em 100 plantas georreferenciadas por meio de derriça manual. Imagens multiespectrais do satélite CBERS-4A (sensor WPM) foram adquiridas em setembro de 2024 (período de pré-florada) e submetidas à fusão de imagens (pansharpening) para obtenção de resolução espacial de 2 metros, contornando ruídos e a mistura espectral das entrelinhas. Foram calculados os índices NDVI, SAVI, NDWI e VARI. Para a modelagem preditiva, empregou-se o algoritmo RF validado pelo método Leave-One-Out Cross-Validation (LOOCV). Os resultados demonstraram alta variabilidade produtiva na área (CV de 51,77%), associada à altitude e à dinâmica de estabelecimento inicial do estande. Índices baseados no infravermelho próximo (NDVI e SAVI) mostraram forte coerência espacial com a produtividade, enquanto o VARI (restrito ao visível) não apresentou capacidade de discriminação entre as zonas de manejo. O modelo RF alcançou um coeficiente de determinação (R²) de 0,61 e um Erro Médio Absoluto (MAE) de 0,51 L planta−1 (~6,3 sc ha−1). O NDWI destacou-se como a variável preditora de maior importância. Conclui-se que o uso de imagens de alta resolução no período de pré-florada, aliado ao algoritmo Random Forest, é uma ferramenta robusta e eficaz para a previsão antecipada da safra cafeeira, fornecendo mapas detalhados que viabilizam a transição para a agricultura de precisão por meio de adubações em taxa variável e podas sítio-específicas.
dc.description.abstractCoffee cultivation (Coffea arabica L.) exhibits high spatial and temporal variability, making yield estimation a complex challenge due to the biennial bearing phenomenon and edaphoclimatic variations. The use of remote sensing associated with machine learning emerges as a promising alternative to overcome the inefficiency of manual sampling. The objective of this study was to estimate the spatial variability of coffee yield using spectral indices derived from high-resolution orbital imagery integrated with the Random Forest (RF) algorithm. The study was conducted in São João Evangelista - MG, in a three-year-old plantation of the Arara cultivar. Yield data were collected from 100 georeferenced plants through manual stripping. Multispectral images from the CBERS-4A satellite (WPM sensor) were acquired in September 2024 (pre-flowering period) and subjected to pansharpening to obtain a spatial resolution of 2 meters, mitigating noise and spectral mixing from the inter-rows. NDVI, SAVI, NDWI, and VARI indices were calculated. For predictive modeling, the RF algorithm was employed and validated using the Leave-One-Out Cross-Validation (LOOCV) method. The results demonstrated high yield variability in the area (CV of 51.77%), associated with altitude and initial stand establishment dynamics. Indices based on the near-infrared (NDVI and SAVI) showed strong spatial coherence with yield, while VARI (restricted to the visible spectrum) lacked the ability to discriminate between management zones. The RF model achieved a coefficient of determination (R²) of 0.61 and a Mean Absolute Error (MAE) of 0.51 L plant⁻¹ (~6.3 bags ha⁻¹). NDWI stood out as the most important predictor variable. It is concluded that the use of high-resolution imagery during the pre-flowering period, combined with the Random Forest algorithm, is a robust and effective tool for early coffee yield forecasting, providing detailed maps that enable the transition to precision agriculture through variable rate fertilization and site-specific pruning.
dc.identifier.advisorOrcid0000-0002-9236-1369
dc.identifier.authorOrcid0009-0009-0110-4980
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/20.500.14387/2986
dc.publisher.campiSão João Evangelista
dc.publisher.countryBrasil
dc.publisher.institutionInstituto Federal de Minas Gerais
dc.rightsAcesso aberto
dc.subject.cnpqCiências Agrárias
dc.subject.keywordsCoffea arábica
dc.subject.keywordsSensoriamento remoto
dc.subject.keywordsAgricultura de precisão
dc.subject.keywordsÍndices de vegetação
dc.subject.keywordsPrevisão de safra
dc.titleUso de índices espectrais na estimativa da produtividade do cafeeiro por meio de técnicas de aprendizado de máquina
dc.typeTrabalho de Conclusão de Curso

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