Backscatter multiespectral como ferramenta para classificação da geodiversidade do fundo marinho

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dc.contributor.advisor1Bastos, Alex Cardoso
dc.contributor.advisor1IDhttps://orcid.org/0000000212721134
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/2951081353357019
dc.contributor.authorMenandro, Pedro Smith
dc.contributor.authorIDhttps://orcid.org/0000000296676851
dc.contributor.authorLatteshttp://lattes.cnpq.br/3403331960491831
dc.contributor.referee1Souza, Luiz Antonio Pereira de
dc.contributor.referee2Ayres Neto, Arthur
dc.date.accessioned2024-05-29T20:55:53Z
dc.date.available2024-05-29T20:55:53Z
dc.date.issued2023-10-31
dc.description.abstractThe scientific field in which seabed mapping is inserted has been assuming increasingly greater importance in recent decades, following the demands associated with numerous uses and purposes in society, as well as the relevant evolution of technology. Currently, we are coming up to the halfway point of the Ocean Science Decade, but still a long way from achieving one of its priority targets, which encompasses an atlas of the oceans, not just with bathymetric information, but also with understandable thematic maps with multiple variables that can be used for several purposes. In this context, increasingly robust and complex analysis techniques used in this interdisciplinary field of seabed mapping have contributed to improving our knowledge about the ocean based on different variables, most notably those derived from depth and backscatter. Acoustic backscatter, although still somewhat underused on many occasions, is basically defined as the acoustic energy that returns to the equipment after a number of physical interactions and processes (with the water column and the seabed). It has yielded outstanding results as indicative of the seabed's physical properties and can be analysed using different approaches - image-based analysis (mosaics) and angular response-based analysis. The acoustic backscatter is collected synchronously with the bathymetric data, and has played a key role in various classification schemes, inputting predictive models and contributing to the interpretation of the marine landscape and its geodiversity. More recently (around 8 years ago), some studies involving multi-frequency backscatter have begun to be published in the scientific literature, based on the same thinking used in terrestrial remote sensing - that multiple bands allow for greater discrimination of the surface being analysed. This work, therefore, explores data collected with a multibeam multispectral backscatter echo sounder (frequencies of 170 kHz, 280 kHz, 400 kHz, and 700 kHz) on different seabed types, aiming to understand how the acoustic response behaves according to frequency and seabed, and to improve seabed classification by applying different analysis approaches and classification models. The structure of the thesis sets out to initially present the concept and potential of backscatter for seafloor classification (chapters 1 and 2), applications in different seabed types considering morphology and substrate (sand, mud, rhodolith beds) using different approaches and methods to classify the seabed and indicate possible advantages and disadvantages (chapters 3 and 4), in addition to providing an overview of the state of the art regarding the scientific development of backscatter as a tool for seabed classification. This work addresses one of the key themes - multispectral backscatter - conventionally defined for backscatter studies by diversified groups around the world, as well as other topics such as combining complementary approaches to analysing backscatter, machine-learning techniques applied to the study of the oceans, mapping and classifying habitats for multiple purposes, mapping rhodoliths and mapping geodiversity in the state of Espírito Santo.
dc.description.resumoO ramo da ciência no qual o mapeamento do fundo marinho está inserido vem ganhando importância nas últimas décadas, acompanhando demandas associadas a inúmeros usos e propósitos da sociedade, além da relevante evolução da tecnologia. Na atualidade, estamos próximos de atingir a metade da Década da Ciência Oceânica, mas ainda bem distantes de alcançar uma das propostas prioritárias que inclui um atlas dos oceanos, não apenas com informações batimétricas, mas que envolva mapas temáticos compreensíveis com diversas variáveis e aplicável para diversos fins. Nesse contexto, as técnicas de análise, cada vez mais robustas e complexas dentro desse campo interdisciplinar que é o mapeamento do fundo marinho, têm contribuído para aprimorar o conhecimento dos oceanos com base em diferentes variáveis, mas principalmente aquelas derivadas da profundidade e do backscatter. O backscatter, apesar de ainda subaproveitado em diversas ocasiões, é basicamente conceituado como a energia acústica que retorna para o equipamento após uma série de interações e processos físicos (com a coluna d’água e com o fundo marinho), e vem consolidando sua relevância como ferramenta para produção de indicadores de propriedades físicas do fundo marinho, podendo ser analisado sob diferentes abordagens – análise baseada na imagem (mosaicos) e análise baseada da resposta angular. Esse dado acústico é coletado de maneira simultânea com a batimetria, e vem ganhando protagonismo em diversos esquemas de classificação, alimentando modelos preditivos e contribuindo para interpretação da paisagem marinha e sua geodiversidade. Mais recentemente (de 8 anos para cá), alguns trabalhos envolvendo backscatter em múltiplas frequências começaram a ser desenvolvidos na literatura científica, apoiando-se na mesma lógica que utiliza o sensoriamento remoto terrestre de que múltiplas bandas permitem um maior poder de discriminação da superfície analisada. Assim, esse trabalho explora dados coletados com um ecobatímetro multifeixe de backscatter multiespectral (frequências de 170 kHz, 280 kHz, 400 kHz e 700 kHz) em diferentes tipos de fundo, buscando compreender como é a resposta acústica de acordo com a frequência e o fundo, e aprimorar a classificação do fundo marinho a partir da aplicação de diferentes abordagens de análise e modelos de classificação. A estrutura do trabalho busca apresentar inicialmente o conceito e o potencial que o backscatter possui para classificação do fundo marinho (capítulos 1 e 2), aplicações em diferentes tipos de fundo considerando morfologia e material (areia, lama, fundos de rodolitos) utilizando múltiplas abordagens e métodos para classificar o fundo marinho e indicar possíveis vantagens e desvantagens (capítulos 3 e 4), e mostrar um panorama do atual estado de desenvolvimento científico do backscatter como ferramenta para classificação do fundo marinho. Esse trabalho contribui com um dos temas-chave – backscatter multiespectral – convencionalmente definido para estudos de backscatter por diversos grupos ao redor do mundo, além de outras questões como combinação de abordagens complementares para análise do backscatter, técnicas de machine-learning aplicadas ao estudo dos oceanos, mapeamento e classificação de habitat para múltiplos propósitos, mapeamento de rodolitos e mapeamento da geodiversidade no Estado do Espírito Santo.
dc.description.sponsorshipFundação Renova
dc.formatText
dc.identifier.urihttp://repositorio.ufes.br/handle/10/12783
dc.languagepor
dc.publisherUniversidade Federal do Espírito Santo
dc.publisher.countryBR
dc.publisher.courseDoutorado em Oceanografia Ambiental
dc.publisher.departmentCentro de Ciências Humanas e Naturais
dc.publisher.initialsUFES
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Oceanografia Ambiental
dc.rightsopen access
dc.subjectBackscatter multiespectral
dc.subjectClassificação do fundo marinho
dc.subjectMapeamento do fundo marinho
dc.subjectMultifeixe
dc.subject.cnpqCiências Ambientais
dc.titleBackscatter multiespectral como ferramenta para classificação da geodiversidade do fundo marinho
dc.typedoctoralThesis
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