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Tipo: Tese
Título: SISTEMAS INTELIGENTES EMBARCADOS EM DISPOSITIVOS MOVEIS E BASEADOS EM DEEP LEARNING PARA DETECÇÃO E MONITORAMENTO ESPACIAL DE PRAGAS AGRÍCOLAS
Autor(es): Almeida, Guilherme
Primeiro Orientador: Santos, Leonardo
Primeiro Coorientador: Oliveira, Ruy
Primeiro Membro da Banca: Teixeira, Marconi
Segundo Membro da Banca: Oliveira, Mario
Terceiro Membro da Banca: Morais, Wilker
Quarto Membro da Banca: Araujo, Nelcileno
Resumo: A detecção precisa e o monitoramento oportuno de pragas agrícolas são desafios centrais para a agricultura moderna, especialmente em sistemas produtivos de soja e milho em larga escala. Práticas ineficientes de monitoramento frequentemente levam à aplicação tardia de medidas de controle e à consequente redução da produtividade. Os recentes avanços em deep learning e computação móvel criaram possibilidades para a identificação automática de insetos em campo por meio de modelos leves de visão computacional. Nesse contexto, esta tese apresenta um framework integrado para detecção inteligente e monitoramento espacial de pragas agrícolas, baseado em deep learning, métodos geoestatísticos e aplicações móveis. Inicialmente, foram construídos e avaliados dois conjuntos de dados: um dataset robusto de imagens de alta resolução, curado por meio de validação dupla por especialistas, e um dataset reduzido para fins comparativos. Arquiteturas de detecção de última geração (YOLO e Detectron2) foram treinadas em ambos os datasets e posteriormente convertidas para os formatos TensorFlow Lite (TFLite) e ONNX, possibilitando a execução em dispositivos com recursos computacionais limitados. Mesmo no cenário menos favorável e utilizando o dataset reduzido e o modelo ONNX mais leve — os resultados foram satisfatórios, com precisão de 87,3% e acurácia de 95,0%. Com base nestes resultados, foi desenvolvido o aplicativo móvel AgroInsect, capaz de realizar detecção em tempo real, diretamente no dispositivo, de quatro espécies-chave de pragas relevantes para a agricultura brasileira (Diabrotica speciosa, Dalbulus maidis, Diceraeus spp. e Spodoptera frugiperda). O sistema extrai automaticamente a geolocalização das imagens, valida a consistência espacial das detecções a partir dos limites da propriedade e sincroniza os dados com base em nuvem. A visualização espacial é realizada por meio de mapas de calor e interpolações via Krigagem Ordinária (PyKrige), permitindo mapear a incidência das pragas com alta resolução. Ensaios de campo confirmaram o alto desempenho do sistema, com acurácia global de 95,1%, F1-scores superiores a 0,94 para todas as espécies e apenas 1,1% de falsos positivos. O modelo geoestatístico apresentou elevado poder preditivo (R² > 0,94) sob amostragem densa, reproduzindo padrões espaciais consistentes com o comportamento ecológico das pragas. Além disso, esta tese apresenta o AgroLabIA, um ambiente digital criado para armazenamento, anotação e disponibilização de datasets agrícolas. A plataforma oferece imagens validadas, permite exportação em múltiplos formatos e está preparada para receber novas classes de insetos e plantas daninhas, contribuindo para o avanço da pesquisa em visão computacional aplicada ao manejo de pragas. O ecossistema integrado composto pela geração de datasets, detecção móvel, validação espacial e mapeamento geoestatístico demonstra solução escalável e operacionalmente robusta para o monitoramento de pragas em sistemas agrícolas. Os resultados evidenciam o AgroInsect como uma ferramenta prática e eficaz para apoiar a tomada de decisão no manejo integrado de pragas, especialmente em regiões com baixa conectividade, fortalecendo os pilares da Agricultura 4.0.
Abstract: Accurate and timely detection of insect pests remains one of the major challenges in modern agriculture, especially in large-scale soybean and maize production systems. Inefficient monitoring practices often result in delayed control interventions and significant yield losses. Recent advancements in deep learning and mobile computing have opened new opportunities for in-field pest identification using lightweight computer vision models. In this context, this thesis presents an integrated framework for intelligent pest detection and spatial monitoring based on deep learning, geostatistical analysis, and mobile applications. First, two datasets of insect pests were constructed and evaluated: a comprehensive high-resolution dataset curated through double-expert validation, and a smaller sample designed for comparative analysis. State-of-the-art detection architectures (YOLO and Detectron2) were trained on both datasets and subsequently converted into TensorFlow Lite (TFLite) and ONNX formats to enable deployment on resource-constrained devices. Even under the least favorable conditions using the reduced dataset and the lightest ONNX model the results reached a precision of 87.3% and accuracy 95.0%, demonstrating the robustness of the pipeline. Building upon these results, a mobile system named AgroInsect was developed. The application performs real-time, on-device detection of four key pest species relevant to Brazilian soybean and maize production (Diabrotica speciosa, Dalbulus maidis, Diceraeus spp., and Spodoptera frugiperda), automatically extracts geolocation metadata, validates spatial consistency based on field boundaries, and synchronizes detections with a cloud database. Spatial visualization is generated through heatmaps and Ordinary Kriging (PyKrige), enabling high-resolution incidence maps. Field evaluations confirmed strong model performance, with overall accuracy of 95.1%, F1-scores above 0.94 for all species, and only 1.1% false detections. The kriging model achieved R² > 0.94 under dense sampling, accurately reproducing ecological spatial patterns. Additionally, this thesis introduces AgroLabIA, a digital platform designed for the storage, annotation, and dissemination of agricultural pest datasets. It provides curated, multi-format datasets suitable for training machine learning models and supports the continuous expansion of new insect and weed classes. The integrated environment that encompasses dataset generation, mobile detection, spatial verification, and geostatistical mapping demonstrate a scalable and operationally robust solution for precision pest monitoring. The results position the AgroInsect database as an effective tool for accelerating decision-making in integrated pest management, particularly in regions with limited connectivity, thus contributing to the consolidation of Agriculture 4.0.
Palavras-chave: Visão Computacional
Deep Learning
Yolo
Detecção de Insetos
Agricultura de Precisão
Inteligencia Artificial
Área do CNPq: CNPQ::CIENCIAS AGRARIAS::AGRONOMIA
Idioma: por
Pais: Brasil
Editor: Instituto Federal Goiano
Sigla da Instituição: IF Goiano
Campus: Campus Rio Verde
Programa/Curso: Programa de Pós-Graduação em Ciências Agrárias – Agronomia
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: https://repositorio.ifgoiano.edu.br/handle/prefix/6137
Data do documento: 29-Nov-2025
Aparece nas coleções:Doutorado em Ciências Agrárias - Agronomia

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