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Inteligência artificial e sensoriamento remoto com o uso de VANTs: Uma aplicação na detecção automática de resíduos sólidos urbanos

De acordo com o Instituto de Pesquisa Econômica Aplicada (IPEA), aproximadamente 80 milhões de toneladas de resíduos sólidos urbanos foram geradas no Brasil em 2018, e uma parte significativa desses resíduos não recebeu o descarte adequado, sendo irregularmente descartada em áreas urbanas ou periféricas, encostas e locais de difícil acesso. Esse problema é ainda mais pronunciado em regiões onde o Estado falha devido à falta de presença e assistência, fazendo com que os moradores recorram ao descarte irregular de resíduos em regiões montanhosas e de difícil acesso. Na verdade, mesmo em áreas mais desenvolvidas, o acúmulo de tais resíduos pode levar a deslizamentos de terra e à proliferação de ratos, baratas, moscas e outros vetores urbanos. Dada a complexidade de identificar locais de descarte irregular de resíduos em áreas remotas, seja por omissão do governo ou pelo difícil acesso a esses locais, este estudo tem como objetivo apresentar os veículos aéreos não tripulados (VANTs) como uma alternativa para o monitoramento ambiental. Esses dispositivos possuem várias vantagens, como mobilidade e aquisição de imagens em tempo real de locais remotos e de difícil acesso, com custos mais baixos e sem riscos para o operador. No entanto, devido ao terreno acidentado e à vasta extensão territorial do Rio de Janeiro, o volume de dados coletados por esses dispositivos exigiria um esforço significativo para análise e interpretação manuais. Para resolver essa limitação, acreditamos que as imagens e vídeos coletados nesta pesquisa devem ser interpretados, georreferenciados e segmentados automaticamente utilizando Inteligência Artificial. Assim, com uma abordagem combinada que consiste no uso de um dispositivo eletrônico para sensoriamento remoto (VANT) equipado com câmeras de alta precisão, sensores e um sistema de posicionamento global (GPS), juntamente com recursos computacionais para o processamento e interpretação de imagens, este projeto teve como objetivo demonstrar a viabilidade dessa técnica na identificação precoce e eficaz de áreas remotas com descarte irregular de resíduos. Após um processo completo de sensoriamento remoto realizado com o auxílio de um VANT nas áreas de estudo deste projeto, as imagens capturadas foram processadas em lote utilizando técnicas de processamento digital de imagens e algoritmos de Deep Learning. Após um extenso treinamento, esses algoritmos foram capazes de segregar e rotular automaticamente as imagens que continham evidências de descarte de resíduos sólidos daquelas que não continham. Como resultado dessa segregação automática, a técnica demonstrou uma eficácia de 92% na identificação de tipos específicos de resíduos, ajudando assim a identificar automaticamente áreas carentes que dependem da ação governamental para combater e mitigar o descarte irregular de resíduos e seu impacto ambiental
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Inteligência artificial e sensoriamento remoto com o uso de VANTs: Uma aplicação na detecção automática de resíduos sólidos urbanos

  • DOI: https://doi.org/10.22533/at.ed.7182427126

  • Palavras-chave: Sensoriamento remoto, VANTs, Inteligência Artificial, Detecção automática de Resíduos sólidos

  • Keywords: Remote sensing, UAVs, Automatic Waste Detection, Artificial Intelligence

  • Abstract: According to the Institute of Applied Economic Research (IPEA), approximately 80 million tons of solid urban waste were generated in Brazil in 2018, a significant portion of which did not receive proper disposal and was irregularly discarded in urban or peripheral areas, slopes, and hard-to-reach areas. This problem is even more pronounced in regions where the state fails due to lack of presence and assistance, resulting in residents resorting to irregular waste disposal in hilly and hard-to-reach regions. In fact, even in more developed areas, the accumulation of such waste can lead to landslides and the proliferation of rats, cockroaches, flies, and other urban pests. Given the complexity of identifying irregular waste disposal sites in remote areas, either due to government omission or difficult access to these locations, this study aims to present unmanned aerial vehicles (UAVs) as an alternative for environmental monitoring. These devices have several advantages, such as mobility and real-time image acquisition from remote and hard-to-reach locations, with lower costs and no risks to the operator. However, due to the rugged terrain and vast territorial expanse of Rio de Janeiro, the volume of data collected by these devices would require significant effort for manual analysis and interpretation. To address this limitation, we believe that the images and videos collected in this survey should be automatically interpreted, georeferenced, and segmented using Artificial Intelligence. Thus, with a combined approach consisting of using an electronic device for remote sensing (UAV) equipped with high-precision cameras, sensors, and a global positioning system (GPS), along with computational resources for image processing and interpretation, this project aimed to demonstrate the feasibility of this technique in the early and effective identification of remote areas with irregular waste disposal. After a thorough remote sensing process carried out with the assistance of a UAV in the study areas of this project, the captured images were batch processed using digital image processing techniques and Deep Learning algorithms. After extensive training, these algorithms were able to automatically segregate and label images that contained evidence of solid waste disposal from those that did not. As a result of this automatic segregation, the technique demonstrated an 92% effectiveness in identifying specific types of waste, thus helping to automatically identify underserved areas that depend on government action to curb and mitigate irregular waste disposal and its environmental impact.

  • Marcelo Musci
  • Carlos Vitor de Alencar Carvalho
  • Gabriel de Mello Pereira Serrão
  • Marcos Vinícius Elias Neres Barreto Ferreira
  • Maycow Duarte Pinto Guerra
  • Flavio Lucas dos Santos Baptista
  • Giancarlo Cordeiro da Costa
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