Classification of forest types using artificial neural networks and remote sensing data

  • Wanderson Gonçalves e Gonçalves Universidade do Estado do Pará (UEPA). Programa de Pós Graduação em Ciências Ambientais, Belém, PA, Brasil.
  • Hebe Morganne Campos Ribeiro Universidade do Estado do Pará (UEPA). Programa de Pós Graduação em Ciências Ambientais. Centro de Ciências Naturais e Tecnologia (CCNT), Belém, PA, Brasil.
  • José Alberto Silva de Sá Universidade do Estado do Pará (UEPA), Centro de Ciências Naturais e Tecnologia (CCNT), Departamento de Ciências Sociais Aplicadas (DCSA), Belém, Pará, Brasil.
  • Gundisalvo Piratoba Morales Universidade do Estado do Pará (UEPA). Programa de Pós Graduação em Ciências Ambientais. Centro de Ciências Naturais e Tecnologia (CCNT), Belém, PA, Brasil.
  • Hélio Raymundo Ferreira Filho Universidade do Estado do Pará (UEPA). Programa de Pós Graduação em Ciências Ambientais. Centro de Ciências Naturais e Tecnologia (CCNT), Belém, PA, Brasil.
  • Arthur da Costa Almeida Universidade Federal do Pará (UFPA), Castanhal, PA, Brasil.
Keywords: artificial intelligence, forest inventory, neural probabilistic classifier.

Abstract

This study classified forest types using neural network data from a forest inventory provided by the “Florestal e da Biodiversidade do Estado do Pará” (IDEFLOR-BIO), and Bands 3, 4 and 5 of TM from the Landsat satellite. The information from the satellite images was extracted using QGIS software 2.8.1 Wien and was used as a database for training neural networks belonging to the software tools package MATLAB® R2011b. The neural networks were trained to classify two forest types: Rain Forest of Lowland Emerging Canopy (Dbe) and Rain Forest of Lowland Emerging Canopy plus Open with palm trees (Dbe + Abp) in the Mamuru Arapiuns glebes of Pará State, and were evaluated in terms of the indicators confusion matrix, overall accuracy, the Kappa coefficient, and the receiver operating characteristics chart (ROC). The best result of classification was obtained by the probabilistic neural network of radial basis function (RBF) newpnn, with an overall accuracy of 88%, and a Kappa coefficient of 76%, showing it to be a very good classifier, and demonstrating the potential of this methodology to provide ecosystem services, particularly in anthropogenic areas in the Amazon that adopt agricultural systems with low carbon emissions.


Author Biographies

Wanderson Gonçalves e Gonçalves, Universidade do Estado do Pará (UEPA). Programa de Pós Graduação em Ciências Ambientais, Belém, PA, Brasil.
Mestre em Ciências Ambientais pela Universidade do Estado do Pará, UEPA. Tem experiência na área de Inteligência Computacional, Redes Neurais Artificiais, Reconhecimento de Padrões, Sensoriamento Remoto aplicado a estimativa de biomassa e classificação de imagens. Também possui experiência na área de Citogenética com foco em mutagênese de peixes.
Hebe Morganne Campos Ribeiro, Universidade do Estado do Pará (UEPA). Programa de Pós Graduação em Ciências Ambientais. Centro de Ciências Naturais e Tecnologia (CCNT), Belém, PA, Brasil.
Doutora em Engenharia Elétrica Com Ênfase Em Hidrelétricas pela Universidade Federal do Pará (2008). É coordenadora do laboratório de hidrocarbonetos da Universidade do Estado do Pará e Professora Titular da UNIVERSIDADE DO ESTADO DO PARÁ. Tem experiência na área de Química, com ênfase em Análise de Traços e Química Ambiental, atuando principalmente nos seguintes temas: meio ambiente, água, contaminantes, monitoramento e qualidade.
José Alberto Silva de Sá, Universidade do Estado do Pará (UEPA), Centro de Ciências Naturais e Tecnologia (CCNT), Departamento de Ciências Sociais Aplicadas (DCSA), Belém, Pará, Brasil.

Doutor em Engenharia Elétrica pela Universidade Federal do Pará (UFPA). Professor Adjunto II da Universidade do Estado do Pará (UEPA). Professor Colaborador do Programa de Pós-Graduação em Ciências Ambientais da UEPA. Líder do GEMDA/UEPA (Grupo de Estudos em Mineração de Dados da Amazônia). Linhas de Pesquisa: Inteligência Artificial; Mineração de Dados (Data Mining); Energia; Meio Ambiente; Defesa Civil; Descargas Atmosféricas; Sustentabilidade e Desenvolvimento Regional.

Gundisalvo Piratoba Morales, Universidade do Estado do Pará (UEPA). Programa de Pós Graduação em Ciências Ambientais. Centro de Ciências Naturais e Tecnologia (CCNT), Belém, PA, Brasil.
Doutor em Ciências Geoquímicas e Petrologias com ênfases em Geoquímica Ambiental pela Universidade Federal do Pará (1995 a 2002). Atualmente é Professor Adjunto da Universidade do Estado do Pará (UEPA) e do Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Pará (IFPA), atuando como professor do Curso de Mestrado em Ciências Ambientais do Centro de Ciências e Tecnologia da Universidade do Estado do Para (CCNT/UEPA). Tem experiência na área de Geociências, com ênfase em Geoquímica Ambiental, atuando principalmente nas seguintes linhas: Avaliação de Impactos Ambientais, Passivos Ambientais Causados por Derivados de Hidrocarbonetos, Resíduos Industriais e Efluentes, Qualidade de Água, Avaliação da Qualidade, Elaboração de Estudos Hidrológicos e Hidrogeológicos e Geoprocessamento.
Hélio Raymundo Ferreira Filho, Universidade do Estado do Pará (UEPA). Programa de Pós Graduação em Ciências Ambientais. Centro de Ciências Naturais e Tecnologia (CCNT), Belém, PA, Brasil.
Doutor em Ciências de Gestão - Université Pierre Mendès-France (2004), convalidado pela Escola de Administração da Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Atualmente é Professor Adjunto da Universidade do Estado do Pará, Coordenador do Curso de Engenharia de Produção da Universidade do Estado do Pará, do Curso de Especialização em Logística com ênfase em sustentabilidade e do Programa de Doutorado Interinstitucional UEPA/UFSCAR. Atua no Programa de Mestrado em Ciências Ambientais e no Curso de Engenharia de Produção da UEPA. Tem experiência na área de Administração, com ênfase em Sistemas de Informação, atuando principalmente nos seguintes temas: Tecnologia da Informação, Gestão do Conhecimento, Sistema Integrados de Gestão, Supply Chain Management, Logística e Logística Reversa. Possui artigos publicados em eventos e periódicos nacionais e internacionais. É referee nos eventos ENEGEP, SIMPEP e ANPAD.
Arthur da Costa Almeida, Universidade Federal do Pará (UFPA), Castanhal, PA, Brasil.
Doutor em Engenharia Elétrica pela UFPA. Atualmente é professor adjunto da Universidade Federal do Pará, atuando no Campus de Castanhal. Tem experiência na área de Matemática Aplicada e Computacional, trabalhando com redes neurais e modelagem matemática.
Published
23/06/2016
Section
Papers