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Tipo de Documento: Tese
Título: Redes neurais convolucionais e previsão climática no monitoramento e manejo da cercosporiose em culuturas de pimenta
Autor(es): Leite, Douglas Vieira
Data do documento: 23-Fev-2026
Orientador: Faccioli, Gregorio Guirado
Coorientador: Brito, Alisson Vasconcelos de
Resumo: A cercosporiose, causada pelo fungo Cercospora capsici, constitui um importante desafio fitossanitário para o cultivo da pimenta malagueta (Capsicum frutescens), resultando em perdas de produtividade e no aumento do uso de defensivos agrícolas. Esta tese teve como objetivo geral promover a utilização de redes neurais convolucionais (CNNs) integradas a dados de previsão climática para a detecção automática, a quantificação da severidade e o apoio ao manejo sustentável da cercosporiose. A pesquisa foi desenvolvida majoritariamente no município de Lagarto, Sergipe (coordenadas: 10,91°S, 37,66°W), e estruturou-se em quatro estudos complementares, contemplando dimensões técnicas, tecnológicas e sociais. O primeiro estudo consistiu em uma revisão sistemática da literatura, na qual foram analisados 64 trabalhos que abordaram o uso de CNNs na avaliação automática da severidade de doenças em plantas. O segundo estudo dedicou-se ao desenvolvimento, comparação e validação de oito modelos customizados baseados nas arquiteturas Mask R-CNN e YOLOv8, utilizando um conjunto de dados original composto por 1.645 imagens de folhas e 6.282 lesões anotadas, coletadas em condições reais de campo. Esse conjunto de dados foi disponibilizado publicamente para a comunidade científica. Os modelos baseados em Mask R-CNN apresentaram melhor desempenho em métricas em nível de pixel, destacando-se o modelo mask_rcnn_R101_FPN_3x, que alcançou MIoU de 86,0% e F1-score de 92,4%. Por sua vez, na classificação dos níveis de severidade, os modelos YOLOv8 demonstraram desempenho superior, com o YOLOv8n-Seg atingindo precisão de 95,2% e F1-score de 95,1%. O terceiro estudo integrou os modelos de segmentação a dados climáticos obtidos via API em um sistema móvel de apoio à decisão denominado FitoView, implementado como uma aplicação web progressiva (PWA) na Google Cloud Platform. A validação da API OpenMeteo indicou correlações elevadas com dados do INMET para as variáveis de temperatura (coeficiente de correlação de Pearson r entre 0,90 e 0,97), umidade relativa (r entre 0,81 e 0,95) e radiação solar (r > 0,90) em quatro municípios do estado de Sergipe. O sistema combina a análise de imagens por CNNs com previsões meteorológicas de 48 horas, gerando recomendações contextualizadas por meio de uma matriz de decisão que considera a severidade detectada, o risco climático e as condições adequadas para pulverização. O quarto estudo investigou os desafios e as oportunidades para a implementação de tecnologias da Agricultura 4.0 junto a agricultores familiares do município de Lagarto, utilizando abordagens participativas que incluíram a apresentação do sistema FitoView, entrevistas em rádio local e o desenvolvimento de material educativo. A metodologia adotada baseou-se em processos dialógicos de interlocução e divulgação, possibilitando a identificação de limitações estruturais, como restrições de conectividade e a necessidade de capacitação digital, bem como de oportunidades relevantes, com destaque para a ampla disseminação do uso de smartphones. Em síntese, os resultados dos quatro estudos demonstram que a integração entre inteligência artificial e dados climáticos pode atuar de forma efetiva como ferramenta de apoio ao controle de doenças, promovendo práticas de manejo mais sustentáveis e com potencial para reduzir o uso de defensivos agrícolas, especialmente quando desenvolvida em consonância com as realidades, necessidades e potencialidades da agricultura familiar local.
Abstract: Cercospora leaf spot, caused by the fungus Cercospora capsici, represents a major phytosanitary challenge for the cultivation of malagueta pepper (Capsicum frutescens), leading to yield losses and increased use of chemical pesticides. This thesis aimed to promote the use of convolutional neural networks (CNNs) integrated with climate forecast data for the automatic detection, severity quantification, and support of sustainable management of Cercospora leaf spot. The research was conducted in the municipality of Lagarto, state of Sergipe, Brazil (coordinates: 10.91°S, 37.66°W), and was structured into four complementary studies encompassing technical, technological, and social dimensions. The first study consisted of a systematic literature review, analyzing 64 studies addressing the use of CNNs for automatic assessment of plant disease severity. The second study focused on the development, comparison, and validation of eight customized models based on the Mask R-CNN and YOLOv8 architectures, using an original dataset composed of 1,645 leaf images containing 6,282 annotated lesions collected under real field conditions. This dataset was made publicly available to the scientific community. Mask R-CNN-based models achieved superior performance in pixel-level metrics, with the mask_rcnn_R101_FPN_3x model reaching an MIoU of 86.0% and an F1-score of 92.4%. In contrast, YOLOv8 models outperformed in disease severity level classification, with the YOLOv8n-Seg model achieving a precision of 95.2% and an F1-score of 95.1%. The third study integrated the segmentation models with climate data obtained via API into a mobile decision support system named FitoView, implemented as a Progressive Web Application (PWA) on the Google Cloud Platform. Validation of the OpenMeteo API revealed high correlations with INMET data for temperature (Pearson correlation coefficient r between 0.90 and 0.97), relative humidity (r between 0.81 and 0.95), and solar radiation (r > 0.90) across four municipalities in the state of Sergipe. The system combines CNN-based image analysis with 48-hour weather forecasts, generating contextualized recommendations through a decision matrix that considers detected disease severity, climatic risk, and suitable spraying conditions. The fourth study investigated challenges and opportunities for implementing Agriculture 4.0 technologies among family farmers in the municipality of Lagarto, using participatory approaches that included the presentation of the FitoView system, interviews on local radio, and the development of educational materials. The adopted methodology was based on dialogical processes of engagement and dissemination, enabling the identification of structural limitations—such as connectivity constraints and the need for digital skills training—as well as significant opportunities, particularly the widespread adoption of smartphones. In summary, the results of the four studies demonstrate that the integration of artificial intelligence and climate data can effectively support plant disease control and promote more sustainable management practices, with the potential to reduce pesticide use, especially when developed in alignment with the realities, needs, and capacities of local family farming systems.
Palavras-chave: Meio ambiente
Agricultura de precisão
Sigatoka, Mal de
Fungos fitopatogênicos
Redes neurais (Computação)
Aprendizado profundo
Visão computacional
Cercospora capsici
Capsicum frutescens
Deep learning
Computer vision
Precision agriculture
área CNPQ: OUTROS
Idioma: por
Sigla da Instituição: Universidade Federal de Sergipe (UFS)
Programa de Pós-graduação: Pós-Graduação em Desenvolvimento e Meio Ambiente
Citação: LEITE, Douglas Vieira. Redes neurais convolucionais e previsão climática no monitoramento e manejo da cercosporiose em culuturas de pimenta. 2026. 203 f. Tese (Doutorado em Desenvolvimento e Meio Ambiente) — Universidade Federal de Sergipe, São Cristóvão, 2026.
URI: https://ri.ufs.br/jspui/handle/riufs/26142
Aparece nas coleções:Doutorado em Desenvolvimento e Meio Ambiente

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