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Ciência Florestal
Centro de Pesquisas Florestais - CEPEF, Departamento de Ciências Florestais - DCFL, Programa de Pós Graduação em Engenharia Florestal - PPGEF
ISSN: 0103-9954 EISSN: 0103-9954
Vol. 27, No. 1, 2017, pp. 143-152
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Bioline Code: cf17012
Full paper language: English
Document type: Research Article
Document available free of charge
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Ciência Florestal, Vol. 27, No. 1, 2017, pp. 143-152
en |
FLORISTIC DIVERSITY AND EQUITABILITY IN FOREST FRAGMENTS USING ARTIFICIAL NEURAL NETWORKS
Cabacinha, Christain Dias & Lafetá, Bruno Oliveira
Abstract
This study aimed to evaluate the predictive efficiency of Shannon index (H’) and Pielou Equitability index
(J) in forest fragments from the Brazilian Cerrado biome, from the vegetation indices and landscape metrics
using artificial neural networks (ANN). Feedforward networks were used and they were trained through a
back propagation error algorithm. The variables used as ANN input for simultaneous estimation of indices
were: the categorical (H’ and J) and the numbers related to the mean and standard deviation of vegetation
indices (NDVI, SAVI, EVI, and MVI5, MVI7) and landscape metrics (AREA, GYRATE, SHAPE, CONTIG,
CORE and ENN). It was generated five models of ANN from the functional relationships between numerical
variables inherent to vegetation indices in two seasons, a dry season (June) and a rainy season (February).
The architecture of the networks was the Multilayer Perceptron (MLP), to estimate simultaneously the H’
and J: 500 using vegetation indices in the wet season (100 for each vegetation index) and 500 in dry (100
for each vegetation index). The precision, accuracy and realism of biological ANN were assessed. The nets
built during the rainy season and dry season that used vegetation indices MVI5 (Moisture Vegetation Index)
and SAVI (Soil Adjusted Vegetation Index), respectively, were more appropriate, accurate and biologically
realistic to estimate both indices H’ and J. The ANN modeling demonstrated to be adequate to estimate the
diversity index.
Keywords
biological diversity; Brazilian Cerrado; MLP
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DIVERSIDADE FLORÍSTICA E EQUABILIDADE EM FRAGMENTOS FLORESTAIS USANDO REDES NEURAIS ARTIFICIAIS
Cabacinha, Christain Dias & Lafetá, Bruno Oliveira
Resumo
Este estudo teve como objetivo avaliar a eficiência da predição dos índices de diversidade de Shannon (H’) e
de Equabilidade de Pielou (J) em fragmentos florestais do Cerrado brasileiro a partir de índices de vegetação
e métricas da paisagem empregando redes neurais artificiais (RNA). Utilizaram-se redes anteroalimentadas
(feedforward), treinadas por meio do algoritmo da retropropagação do erro (back propagation). As variáveis
utilizadas como entradas das RNA para a estimação simultânea dos índices foram: as categóricas (índices
H’ e J) e as numéricas relacionadas às médias e desvios padrão dos índices de vegetação (NDVI, SAVI,
EVI, MVI5 e MVI7) e métricas da paisagem (AREA, GYRATE, SHAPE, CONTIG, CORE e ENN). Foram
gerados cinco modelos de RNA a partir das relações funcionais entre as variáveis numéricas inerentes
aos índices de vegetação em duas épocas, uma seca (junho) e outra chuvosa (fevereiro). A arquitetura das
redes foi a Multilayer Perceptron (MLP) para estimar simultaneamente H’ e J: 500 utilizando os índices
de vegetação na época úmida (100 para cada índice de vegetação) e 500, na seca (100 para cada índice de
vegetação). Foi avaliada a precisão, acurácia e realismo biológico das RNA. As redes construídas na época
chuvosa e seca que utilizaram os índices de vegetação MVI5 (Moisture Vegetation Index) e SAVI (Soil
Adjusted Vegetation Index), respectivamente, foram mais adequadas, precisas e realistas biologicamente
para estimar, simultaneamente, os índices de H’ e de J. A modelagem por RNA demonstrou-se adequada
para estimar os índices de diversidade e equabilidade.
Palavras-chave
diversidade biológica; Cerrado; MLP
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