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https://hdl.handle.net/20.500.14867/848038| Título: | Detecção e classificação de sinais bioacústicos de cetáceos odontocetos de cetáceos odontocetos na Bacia de Santos |
| Autor(es): | Paro, Alexandre Douglas |
| Orientador(es): | Coutinho, Ricardo |
| Palavras-chave: | Bioacústica Cetáceos Classificador de espécies |
| Áreas de conhecimento da DGPM: | Biotecnologia marinha |
| Setor(es) da Marinha: | Diretoria-Geral do Desenvolvimento Nuclear e Tecnologia da Marinha (DGDNTM) |
| Data do documento: | 2025 |
| Editor: | Instituto de Estudos do Mar Almirante Paulo Moreira (IEAPM) |
| Descrição: | O Monitoramento Acústico Passivo (MAP) tem se mostrado uma ferramenta eficaz para o estudo da ecologia dos ambientes marinhos. Os sons biológicos têm papel importante em processos vitais de organismos marinhos, tal como a sobrevivência e a reprodução. Entre os vertebrados, os mamíferos marinhos se destacam por seus repertórios acústicos ricos e diversificados. Nas últimas décadas os avanços tecnológicos possibilitaram o uso de uma ampla variedade de equipamentos e plataformas capazes de coletar dados bioacústicos em grandes escalas espaciais e temporais, viabilizando a utilização do MAP como uma ferramenta de gestão ambiental. Essa abordagem oferece inúmeras vantagens; no entanto, ainda existem lacunas a serem superadas para sua plena aplicação, como o aprofundamento do conhecimento sobre o repertório acústico das espécies e o desenvolvimento de classificadores robustos. Neste estudo, foram desenvolvidos classificadores para diferentes vocalizações de cetáceos (odontocetos) na Bacia de Santos, utilizando um banco de dados de referência coletado pelo Projeto de Monitoramento de Cetáceos da Bacia de Santos/Petrobras. Um conjunto de classificadores baseados em aprendizado de máquina foi treinado e validado com dados de assovios de sete espécies de golfinhos (Odontoceti: Delphinidae), alcançando uma acurácia global balanceada de 80%. Apesar dos resultados promissores, a variação intraespecífica impediu um bom desempenho para algumas espécies. Utilizando a mesma abordagem, foi desenvolvido um classificador de cliques de ecolocalização, com desempenho inferior ao dos assovios, sugerindo que os assovios carregam mais informações espécie-específicas. Ainda assim, o classificador de cliques se mostrou relevante, pois permite a inclusão de espécies com poucos registros de assovios. No total, foram incluídas nove espécies de golfinhos, entre as quais duas não estavam representadas no conjunto de dados de assovios, mas ainda assim demonstraram bom desempenho. Modelos combinados, integrando os resultados dos assovios e dos cliques, também foram testados, alcançando uma acurácia global balanceada de 76%. Essa abordagem demonstrou ser uma alternativa robusta para a identificação de espécies, mesmo em situações em que apenas cliques ou assovios estejam disponíveis, ampliando, assim, a aplicabilidade prática da metodologia proposta. Foi proposto um sistema de classificação baseado em múltiplos modelos por meio da agregação ponderada das probabilidades de seis classificadores base (assovios, cliques e modelos combinados) para a predição de novos dados. Além disso, foram testados detectores e classificadores automáticos de cliques de outras espécies de odontocetos encontrados na Bacia de Santos, incluindo membros das famílias Physeteridae (cachalote), Kogiidae (cachalote-anão), Ziphiidae (baleias-bicudas) e Pontoporiidae (toninha). As características acústicas dos cliques foram analisadas e comparadas com as descrições da literatura, levando em conta a distribuição geográfica conhecida de espécies no Atlântico Sul Ocidental, a fim de classificar os cliques no menor nível taxonômico possível. A identificação de sons biológicos é uma contribuição importante para a pesquisa científica, com aplicações no monitoramento e na conservação da biodiversidade marinha. O classificador acústico desenvolvido neste estudo representa um avanço significativo nesse contexto, oferecendo aplicações práticas para o monitoramento acústico passivo de mamíferos marinhos. |
| Abstract: | Passive Acoustic Monitoring (PAM) has proven to be an effective tool for studying the ecology of marine environments. Biological sounds play a vital role in processes such as survival and reproduction of marine organisms. Among vertebrates, marine mammals are particularly notable for their rich and diverse acoustic repertoires. Advances in technology over recent decades have enabled the deployment of a wide array of equipment and platforms capable of collecting bioacoustic data on broad spatial and temporal scales, supporting the implementation of PAM as a tool for environmental management. This approach offers numerous advantages; however, certain challenges remain, particularly regarding the need for more comprehensive knowledge of species-specific acoustic repertoires and the development of robust classification models. In this study, classifiers were developed for different vocalizations of cetaceans (odontocetes) in the Santos Basin, using a reference dataset collected by the Santos Basin Cetacean Monitoring Project/Petrobras. A set of machine learning-based classifiers were trained and validated using whistle data from seven dolphin species (Odontoceti: Delphinidae), achieving an overall balanced accuracy of 80%. Despite these encouraging results, interspecific variability suggests that behavioral factors may influence acoustic patterns. Using the same methodological framework, a classifier was also developed for echolocation clicks. This classifier exhibited lower performance compared to whistle-based models, suggesting that whistles may encode more species-specific information. Nevertheless, the click classifier remains relevant, as it enables the inclusion of species with limited whistle recordings. It included nine dolphin species in total, among which two were not represented in the whistle dataset and still demonstrated good performance. Combined models integrating results from both whistles and clicks were also tested, achieving a balanced overall accuracy of 76%. This approach demonstrated to be a robust alternative for species identification, even in situations where only clicks or whistles are available, thus broadening the practical applicability of the proposed methodology. A multi-model classification system was also proposed, integrating the weighted probabilities from six base classifiers (whistles, clicks, and combined models) to support the classification of novel acoustic data. Furthermore, automatic click detectors and classifiers were tested for other odontocete species found in the Santos Basin, including members of Physeteridae (sperm whale), Kogiidae (pygmy sperm whale), Ziphiidae (beaked whales), and Pontoporiidae (franciscana). The acoustic features of their clicks were analyzed and compared with existing literature and known geographic distributions to support taxonomic identification at the finest possible resolution. The identification of biological sounds is an important contribution to scientific research, with valuable applications in the monitoring and conservation of marine biodiversity. The acoustic classifier developed in this study represents a significant advancement in this context, offering practical applications for the passive acoustic monitoring of marine mammals. |
| Tipo de Acesso: | Acesso aberto |
| URI: | https://hdl.handle.net/20.500.14867/848038 |
| Tipo: | Tese |
| Aparece nas coleções: | Ciência, Tecnologia e Inovação: Coleção de Teses |
Arquivos associados a este item:
| Arquivo | Descrição | Tamanho | Formato | |
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| Tese de Doutorado - Alexandre Douglas Paro.pdf | 4,73 MB | Adobe PDF | Visualizar/Abrir |
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