Comparação entre Algoritmos de Aprendizado de Máquina para a Identificação de Floresta Tropical Sazonalmente Seca

Abstract

O objetivo do estudo foi avaliar o potencial dos algoritmos de aprendizado de máquina k-Nearest Neighbor (kNN), Random Forest (RF), Support Vector Machine (SVM) e Artificial Neural Networks (ANN) na identificação das fitofisionomias da Caatinga a partir de imagens OLI/Landsat 8. Para tanto, foi elaborado um arquivo vetorial de treinamento com as amostras dos diferentes padrões dos usos e cobertura da terra, a fim de orientar os algoritmos no processo de classificação. A validação das classificações foi obtida por meio da validação cruzada, do tipo k-fold, com 30 repetições, sendo avaliada a qualidade da classificação a partir dos valores expressos pelo coeficiente Kappa. Para verificar a existência de diferenças significativas entre os algoritmos foi aplicado o teste estatístico de Friedman e Nemenyi. O algoritmo RF apresentou os maiores valores para o coeficiente Kappa, expressando um valor médio de 0,9841. Por outro lado, a ANN demonstrou desempenho inferior aos demais, englobando um valor médio de 0,7551, ocasionado pela confusão espectral na identificação da classe nuvem/sombra com a classe água. Apesar de todos os algoritmos testados apresentarem bons resultados, o algoritmo RF diferiu significativamente dos demais, expressando resultados superiores quando aplicado à identificação de padrões espaciais na Caatinga. Conclui-se que o uso de algoritmos de aprendizagem de máquina é eficiente na identificação de fitofisionomias da Caatinga, com destaque para o RF, o qual englobou melhor a variação dos padrões espectrais dos usos, podendo ser utilizado para estudos posteriores relacionados com a Caatinga.