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Tipo: Dissertação
Título: Padrões Bioacústicos como identificadores precisos da presença de abelha rainha em colmeias de abelhas com e sem ferrão
Título em inglês: Bioacoustic patterns as accurate identifiers of queen bee presence in hives of stingless and honey bees
Autor(es): Rodrigues, Ícaro de Lima
Orientador: Gomes, Danielo Gonçalves
Palavras-chave em português: Processamento de áudio;Aprendizado de máquina;Abelhas com e sem ferrão;Ciência de dados
Palavras-chave em inglês: Audio processing;Machine learning;Stingless and honey bees;Data science
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA
Data do documento: 13-Fev-2023
Citação: RODRIGUES, I. L. Padrões Bioacústicos como identificadores precisos da presença de abelha rainha em colmeias de abelhas com e sem ferrão. 2023. 75 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Teleinformática) – Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2023.
Resumo: Estima-se que 35% das culturas agrícolas e quase 90% das plantas silvestres com flores dependem de agentes polinizadores. Dentre os insetos polinizadores, as abelhas são os principais e mais importantes. Ainda assim, cerca de 40% das espécies de abelhas no mundo todo estão em declínio. Para monitorar suas colônias e evitar riscos ao bem-estar delas, os apicultores fazem checagens periódicas, tradicionalmente feitas de forma manual e invasiva através da abertura da colmeia. Um dos riscos que pode levar ao colapso e até mesmo a morte da colônia é a perda da abelha rainha. Uma forma não-invasiva de monitoramento remoto e em tempo real é através de microfones e sensores de áudio que detectam os padrões bioacústicos da colônia (e.g. bater de asas, vibrações). Pensando nisso, neste trabalho realizamos experimentos com o áudio produzido por duas espécies diferentes de abelhas: abelhas melíferas africanizadas (com ferrão) e abelhas jataí (sem ferrão) para identificar a presença/ausência de rainha. Ambas as espécies são muito presentes no Brasil. O primeiro experimento possui abordagem de monitoramento em tempo real e fluxo de dados e por isso foram aplicados classificadores incrementais para avaliação de desempenho e validação desta abordagem. Os classificadores incrementais utilizados foram o Naive Bayes, o Hoeffding Tree e o Adaptive Random Forest. No segundo experimento, foram utilizados classificadores in batch para classificação entre múltiplas colmeias para determinar quais possuem presença de rainha e em quais a rainha está ausente. Os classificadores in batch utilizados foram o Multilayer Perceptron, a Extreme Learning Machine e o AdaBoost. Em ambos os experimentos, os classificadores passaram por análise de desempenho comparando as métricas de avaliação tempo de execução e acurácia. Como resultado, obtivemos que para o caso de classificadores incrementais e fluxo de dados, o classificador Naive Bayes obteve o melhor desempenho. Além disso, concluímos que utilizar 10 janelas de 1 segundo para amostragem diária do áudio é o suficiente para detectar a presença de rainha, sendo bem menos custoso computacionalmente. Já para o caso dos classificadores in batch, o MLP obteve um melhor desempenho. Finalmente, o monitoramento em tempo real de uma colônia se mostrou a técnica mais acurada e precisa do que uma abordagem entre colônias usando lotes de dados.
Abstract: It is estimated that 35% of agriculture crops and almost 90% of wild flower plants depend on pollinating agents. Among the pollinating insects bees are the main and most important. However about 40% of the world’s bee species are dying. To monitor their colonies and avoid risks to their well-being, beekeepers do periodic checks traditionally done manually and invasively by opening the hive. A risk that can lead to the collapse and even the death of the colony is the loss of the queen bee. A non-invasive way of remote, real-time monitoring is through microphones and audio sensors that detect the colony’s bioacoustic patterns (e.g. wing flapping, vibrations). With that in mind, in this work we performed experiments with the audio produced by two different bee species: africanized honey bees (sting) and jataí bees (stingless) to identify the presence/absence of a queen. Both species with widely presence in Brazil. The first experiment has a real-time monitoring approach and datastreams and therefore incremental classifiers were applied for performance evaluation and validation of this approach. The incremental classifiers used were Naive Bayes, Hoeffding Tree and Adaptive Random Forest. In the second experiment, in batch classifiers were used to classify among multiple hives to determine which ones have queen presence and which ones have queen absence. The classifiers in batch used were Multilayer Perceptron, Extreme Learning Machine and AdaBoost. in both experiments, the classifiers underwent performance evaluation comparing the metrics of execution time and accuracy. As result, the Naive Bayes classifier obtained the best performance for the case of incremental classifiers and datastreams. Furthermore we conclude that using 10 windows of 1 second for daily audio sampling is enough to detect the queen presence and is much less expensive computationally. For the case of in batch classifiers, MLP obtained a better performance. Finally, the colony real-time monitoring was also more accurate and precise than a multiple cross-colony approach using data batches.
Descrição: RODRIGUES, ÍCARO DE LIMA. Padrões Bioacústicos como identificadores precisos da presença de abelha rainha em colmeias de abelhas com e sem ferrão. 2023. 75 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Teleinformática) – Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2023.
URI: http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/76442
Currículo Lattes do(s) Autor(es): http://lattes.cnpq.br/6404986389293254
Currículo Lattes do Orientador: http://lattes.cnpq.br/6303297687237256
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
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