Tese de mestrado integrado. Engenharia Electrotécnica e de Computadores. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2012

CHOI-LIMA, K. F. Estimativa de abundância e impactos antrópicos sobre o peixeboi marinho (trichechus manatus) no estuário dos rios Timonha e Ubatuba, divisa dos estados do CE e PI. 2017. 125 f. Tese (Doutorado em Ciências Marinhas Tropicais) - Instituto de Ciências do Mar, Universidade Federal do Ceará. Fortaleza, 2017. / Submitted by Geovane Uchoa (geovane@ufc.br) on 2017-08-30T13:35:47Z No. of bitstreams: 1 2017_tese_kfchoilima.pdf: 9053027 bytes, checksum: fa7f1ca67cefcd145c480461104425b9 (MD5) / Approved for entry into archive by Nadsa Cid (nadsa@ufc.br) on 2017-08-31T12:39:07Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2017_tese_kfchoilima.pdf: 9053027 bytes, checksum: fa7f1ca67cefcd145c480461104425b9 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-08-31T12:39:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2017_tese_kfchoilima.pdf: 9053027 bytes, checksum: fa7f1ca67cefcd145c480461104425b9 (MD5) Previous issue date: 2017 / The West Indian manatee is one of the most threatened aquatic mammals of Brazil, and now has a patchy distribution from the State of Alagoas to the State of Amapá. The difficulty of observing the species, especially in estuarine waters, is a challenge for conservation. The goal of this study was to test active acoustic method of detection to estimate manatees density and abundance and to identify the areas and the frequency of occurrence of the species in the estuaries of Timonha and Ubatuba rivers, between the states of Ceará and Piauí (NE Brazil). Moreover, we tried to identify human activities that threatens the species in these estuaries. Data collection was conducted from a wooden boat with outboard motor using a side-scan sonar (SSS). Sonar images were collected along line transects in three regions within the study area. Between 2012 and 2014, a total of 21 field trips and 94 days of effort were conducted. For the estimation of density and abundance, the distance sampling method was used through Distance 6.0 software. The methodology used allowed to obtain accurate data with a low margin of error, showing that the SSS is a viable method in the detection of manatees. We recorded 77 sonar detections of manatee groups, totaling 139 individuals. The average speed of the boat during the detections was 3.8 km / h and the depth of detection varied from 2 to 10 m, with 87.1% of the depth detections of 2 to 6 meters. The manatee was distributed throughout the study area, with greater occurrence in Rio Carpina. The relative frequency of occurrence of manatees in the region was 60%, with an average of 1.85 manatees and 1.03 detections per survey. The relative abundance (maximum number of manatees detected on the same day) was 44 individuals (19 detections). The probability of occurrence of manatees per hour of effort and of recording a detection were 0.73 person / hour and 0.41 detection / hour, respectively. Of the 77 detections, in eight of them there were calves. The use of the estuary by the manatees seems to have a seasonality, having more use in the first semester of the year, with greater number of detections in the month of May. The social structure (group size) varied from solitary individuals (44.16%) to groups of up to seven animals (1.30%). There was no difference in frequency of detection related to the phases of the moon and for tides. For the estimation of density and abundance, we considered 1396 transection lines that totaled 863.6 km traveled in the study area. The observed general meeting rate was 0.089 groups detected per kilometer traveled. The probability of detection of groups of manatees during the study was estimated to be 33.7%. The best detection model resulted in an estimated density for the entire study area of 9.19 manatees per km2. The estimated density resulted in a total population of 37 manatees (CV% = 30.2, 95% CI = 21- 66). The best detection model was the Hazard-rate with no adjustments terms, resulting in a detection probability of 33.7%, and a estimated density for the entire study area of 9.19 animals per km2 , and a total population of 37 manatees (CV% = 30.2, 95% CI = 21 to 66). Among the threats we recorded vessels and fishing activities, shrimp farms and salt marshes, generating impacts such as solid waste pollution, accidental catches in catch nets, trawling and fishing corral, and destruction of feeding areas by trawl nets. It is recommended that the zoning and management of EPA Delta do Parnaíba take into account the intense use of the Carpina river by manatees, with specific restrictions to boat traffic to avoid strikes and harassment of this endangered marine animal. This study contributes with data on the distribution of manatees in the region, which are key to conservation, such as population status, and are expected to be used in the development of species conservation strategies. / O peixe-boi marinho é uma das espécies mais ameaçadas do Brasil, e atualmente ocorre de forma fragmentada de Alagoas ao Amapá. A dificuldade de observação da espécie, principalmente em águas estuarinas, é um desafio para a conservação. Este estudo visou testar a acústica ativa para detecção de peixe-boi marinho, estimar densidade e abundância e identificar as áreas de ocorrência da espécie no estuário dos rios Timonha e Ubatuba, entre os estados do Ceará e Piauí (NE Brasil), além de identificar atividades antrópicas locais que ameaçam a espécie. Os dados foram coletados utilizando um sonar de varredura lateral (SVL), a bordo de uma embarcação motorizada. Para a coleta de imagens de sonar foram realizados transectos em três trechos definidos. Entre 2012 e 2014 foram realizadas 21 expedições, totalizando 94 dias de embarque. Para a estimativa de densidade e abundância foi utilizado o método de amostragem de distâncias, com software Distance 6.0. A metodologia forneceu dados precisos com baixa margem de erro, mostrando que o SVL é viável na detecção de peixes-bois. Foram obtidas 77 detecções pelo sonar, totalizando 139 indivíduos. A velocidade média do barco durante as detecções foi de 3,8km/h e a profundidade de detecção variou de 2 a 10m. A espécie se distribuiu por toda área de estudo, com maior ocorrência no rio Carpina. A frequência relativa de peixes-bois na região foi de 60%, com média de 1,85 peixes-bois e 1,03 detecções por embarque. O número máximo de peixes-bois detectados em um mesmo dia foi de 44 indivíduos (19 detecções). As probabilidades de ocorrência de peixes-bois por hora de esforço e de registrar uma detecção foram de 0,73 indivíduo/hora e 0,41 detecção/hora, respectivamente. Das 77 detecções, em oito houve a presença de filhotes. A utilização do estuário pelos peixes-bois parece ser sazonal, havendo maior utilização no primeiro semestre, especialmente em maio. A estrutura social variou de indivíduos solitários (44,16%) a agrupamentos de até sete animais (1,30%). Não houve diferença na frequência de detecção relacionada às fases da lua e às marés. Para estimativa de densidade e abundância, foram consideradas 1396 linhas de transecção, totalizando 863.6km. A taxa de encontro geral foi de 0,089 grupos detectados por quilômetro. O melhor modelo de detecção foi “curva Taxa-derisco sem nenhum ajuste de série”, resultando numa probabilidade de detecção de 33,7%, uma densidade estimada para toda a área de estudo de 9,19 animais por km2 , e uma população total de 37 peixes-bois (CV%=30,2; IC95%=21 a 66). Entre as ameaças, houve presença de embarcações e atividades de pesca, fazendas de camarão e salinas, gerando impactos como poluição por resíduos sólidos, capturas acidentais em redes de espera, arrasto e curral de pesca, e destruição de áreas de alimentação pelas redes de arrasto. Sugere-se que o ordenamento de uso do rio Carpina seja previsto no Plano de Manejo da APA Delta, restringindo o uso por embarcações motorizadas. Este estudo contribui com dados sobre a distribuição de peixe-boi marinho na região, os quais são fundamentais para a conservação, como o status populacional, e espera-se que sejam usados no desenvolvimento de estratégias de conservação da espécie.

Submitted by Morgana Andrade (morgana.andrade@ufes.br) on 2016-07-07T18:09:39Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) DissertaçãoPedroMenandro.pdf: 1882477 bytes, checksum: 962b4730e75f97cab705d068183469c1 (MD5) / Approved for entry into archive by Patricia Barros (patricia.barros@ufes.br) on 2016-07-08T17:52:15Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) DissertaçãoPedroMenandro.pdf: 1882477 bytes, checksum: 962b4730e75f97cab705d068183469c1 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-07-08T17:52:15Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) DissertaçãoPedroMenandro.pdf: 1882477 bytes, checksum: 962b4730e75f97cab705d068183469c1 (MD5) / CAPES / A geoacústica submarina auxilia no entendimento do comportamento da propagação e atenuação do som no sedimento, dando uma base de informações que dá suporte às principais abordagens para interpretação de dados. A detecção de depósito lamoso em registros acústicos de alta resolução é, geralmente, de fácil distinção, aparecendo normalmente como pacotes sedimentares de baixa reflexão. No entanto, essa resposta acústica depende da frequência utilizada e de outras características do depósito, até mesmo da coluna d’água. A dinâmica desses pacotes lamosos pode ter desdobramentos em várias esferas, desde engenharia, como a questão de monitoramento de portos, até a biologia, com estudos de impacto na biota bentônica. A partir daí é necessário um desenvolvimento de um método rápido e eficiente para mapeamento desses pacotes e para o conhecimento dos processos envolvidos no transporte, deposição e ressuspensão. Assim, esse trabalho tem dois enfoques principais divididos em dois estudos independentes: investigar como a resposta do sinal acústico de diferentes fontes muda de acordo com a frequência e as características do sedimento superficial (granulometria e densidade), e associar variações observadas nos registros acústicos com a mobilidade sedimentar ao longo de um ciclo de maré. A base de dados analisada é composta por registros geofísicos de alta frequência (3.5, 33, 210 kHz), propriedades físicas do sedimento superficial, densimetria in situ, correntometria e distribuição de material particulado em suspensão, os quais foram coletados na Plataforma Interna do Canal Norte do Rio Amazonas. A primeira parte dos resultados apontou que metodologias distintas sondando a mesma área podem fornecer resultados completamente diferentes. Nas análises feitas, a frequência e a densidade foram importantes propriedades para entender as relações entre sedimento superficial e atributos acústicos. Já o segundo capítulo, com enfoque que avaliou dinâmica sedimentar através de sistemas acústicos, mostrou que as alterações nos processos de transporte de sedimento foram reconhecidas pelo ADCP e pelo OBS, permitindo distinguir os registros acústicos do ecobatímetro e interpretar processos de dinâmica sedimentar. / Submarine geoacoustics helps in understanding the behavior of propagation and attenuation of sound in sediment, providing an information set which assists the major data interpretation approaches. The detection of muddy deposit through high resolution acoustic records is generally easy, usually appearing as free reflection layers. However, this acoustic response depends on the frequency used and other characteristics of the deposit, even of the water column. The dynamics of these muddy layers may have influence in many areas, from engineering and harbor maintenance, to biology and studies of impact on benthic biota. The development of a rapid and efficient mapping method for these deposits seems to be a demand for knowledge advance of the processes involved in the transport, deposition and suspension. Thus, this study has two main approaches divided into two independent studies: i) investigate how the acoustic signal response from different sources changes with the frequency and sediment physical properties (grain size and density), and ii) associate variations observed in the acoustic records with sediment mobility over a tidal cycle. The dataset consists of high-frequency geophysical records ( 3.5, 33 and 210 kHz ) , sediment physical properties, in situ density , hydrodynamics and distribution of suspended particulate matter, which were collected at the North Channel of Amazon River . The first chapter showed that different survey methods at the same area can provide different results. Furthermore, the frequency and density were important properties to understand the relationship between surface sediment and acoustic features. The second chapter was an attempt to evaluate sediment dynamics through acoustic system, and showed that the changes in the processes of sediment transport were recognized by the ADCP and OBS allowing to distinguish the acoustic echo sounder records and to interpret sedimentary dynamic processes.

CAPES / Nesta Tese de Doutorado propõe-se um modelo de consumo de energia para redes acústicas subaquáticas que leva em consideração as especificidades do ambiente subaquático, como a comunicação utilizando ondas acústicas, a dependência da largura de banda do canal com a perda de percurso, que varia tanto com a distância quanto com a frequência, e o ruído. O desvanecimento, resultado do multipercurso, normalmente modelado pelas distribuições Rayleigh e Rice nas transmissões terrestres, é modelado pela distribuição K, que melhor representa a severidade do ambiente subaquático. O modelo considera uma rede subaquática linear de múltiplos saltos e a possibilidade de retransmissões para calcular a energia total consumida para cada bit de informação transmitido com sucesso entre a fonte e o destino. A fim de obter o menor consumo de energia, a SNR e a frequência de operação também são otimizadas, sendo considerado o uso de códigos convolucionais, cuja taxa ótima que leva ao menor consumo é determinada. Uma análise teórica é desenvolvida para cenários com e sem limitação de atraso. No primeiro caso avalia-se o consumo de energia quando retransmissões não são permitidas ou devem ser limitadas e, portanto, uma FER residual deve ser tolerada. No segundo caso infinitas retransmissões são permitidas até que um pacote seja recebido sem erros. Para ambos cenários o número ótimo de saltos que minimiza o consumo de energia é determinado, e na sequência o impacto do número de tentativas de transmissão é considerado. Resultados numéricos são apresentados, mostrando que o esquema de múltiplos saltos é mais eficiente em termos de consumo de energia que a transmissão direta. Além disso, os resultados mostram que um número pequeno de tentativas de transmissão é suficiente para alcançar uma redução considerável no consumo de energia em redes de múltiplos saltos, limitando o atraso médio por pacote transmitido, o que é muito interessante em aplicações reais. / In this Thesis, an energy consumption model for underwater acoustic networks is proposed. The model takes into account the specificities of the underwater environment, such as the use of acoustic waves for communication, dependence of the underwater acoustic channel bandwidth with the path loss, which varies with both the distance and frequency, and noise. The fading, usually modeled by Rayleigh and Rice distributions on terrestrial communications, in this work, is modeled by the K distribution, which best represents the severity of the underwater environment. The model considers a linear multi-hop underwater network and the possibility of retransmissions to calculate the total energy consumed for each bit of information successfully transmitted between the source and the destination. In order to obtain the minimum energy, the SNR and the operating frequency are also optimized. The use of convolutional codes is considered and the optimal code rate, which leads to the minimum energy consumption, is determined. A theoretical analysis was developed for two scenarios: delay constrained and delay unconstrained networks, indicating the optimal number of hops which minimizes energy consumption. Next, the impact of the number of transmission trials was considered. A numerical analysis was also performed for both the scenarios. The numerical results validate the theoretical analysis, showing that the multi-hop scheme is more efficient in terms of energy consumption when compared to direct transmission. Furthermore, the results show that a small number of transmission trials is sufficient to achieve a considerable reduction in energy consumption in multi-hop networks, limiting the average delay per packet transmitted, which is very interesting in real applications.

O presente trabalho aborda a aplicação de códigos fontanais em redes subaquáticas. Tais redes transmitem dados abaixo da água fazendo uso de sinais acústicos e possuem diversas aplicações. No entanto, é sabido que esse tipo de rede é caracterizado por uma baixa velocidade de propagação e largura de banda menor que as redes que operam em meios de transmissão mais conhecidos, tais como a transmissão sem fio via ondas de rádio frequência, resultando num maior atraso na entrega de pacotes. Para tentar minimizar estes atrasos e aumentar a eficiência energética das redes subaquáticas, o trabalho otimizou o sistema de transmissão inserindo um código corretor de erros fontanal no transmissor de mensagens. Dentro desse contexto, foi necessário modelar o consumo energético necessário para a transmissão correta de pacotes de dados em redes subaquáticas utilizando códigos fontanais. Dentre os resultados do trabalho, o mais relevante conclui que o uso dos códigos fontanais é capaz de reduzir em até 30% o consumo de energia quando a distância de transmissão é de 20 km para o caso com a taxa de erro de quadro alvo (FER) de Po = 10^−5, e em ate 25% para a FER alvo de Po = 10^−3. / The present work employs fountain codes in an underwater network, in which data is transmitted using acoustic signals and has many applications. However, underwater networks are usually characterized by low propagation speed and smaller bandwidth than networks that use radio frequency signals, resulting in larger transmission delays. Then, aiming at minimizing the delays and increasing the energy efficiency of underwater networks, the present work employs fountain error-correcting codes at the transmitter. To that end, it was first necessary to model the energy consumption of a success data packet transmission in an underwater network using fountain codes. Our results show that the use of fountain codes is able to reduce up to 30% of energy consumption when the transmission distance is of 20 km for the case with a target frame error rate (FER) of Po = 10^−5 , and 25% for the same distance with a target FER of Po = 10^−3.