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https://repositorio.ufpa.br/jspui/handle/2011/17704
Tipo: | Dissertação |
Data do documento: | 23-Abr-2025 |
Autor(es): | SOTÃO, Daniel da Silva |
Primeiro(a) Orientador(a): | ROSÁRIO, Renan Peixoto |
Título: | Aplicabilidade de um sistema de baixo custo para o monitoramento de dados meteoceanográficos na zona costeira Amazônica |
Agência de fomento: | FAPESPA - Fundação Amazônia de Amparo a Estudos e Pesquisas |
Citar como: | SOTÃO, Daniel da Silva. Aplicabilidade de um sistema de baixo custo para o monitoramento de dados meteoceanográficos na zona costeira Amazônica. Orientador: Renan Peixoto Rosário. 2025. ixv, 55 f. Dissertação (Mestrado em Oceanografia) - Programa de Pós-Graduação em Oceanografia, Instituto de Geociências, Universidade Federal do Pará, Belém, 2025. Disponível em:https://repositorio.ufpa.br/jspui/handle/2011/17704 . Acesso em:. |
Resumo: | Este trabalho teve como objetivo desenvolver, implementar e validar um Protótipo de Monitoramento Contínuo (PMC) de baixo custo, para coletar dados meteoceanográficos na Zona Costeira Amazônica (ZCA), região vulnerável às mudanças climáticas e com lacunas de dados ambientais. O sistema, desenvolvido com um microcontrolador ESP32, integra sensores de temperatura e umidade relativa do ar (HDC1080 e AM2302), pressão atmosférica (BMP280 e MS5611), temperatura da água (DS18B20), nível da maré (HC-SR04), precipitação, velocidade e direção do vento. Os sensores foram validados comparando seus dados com uma estação meteorológica CICLUS PRO (EMC) e um registrador Sonlist Levelogger 5 LTC (CTDlog), ambos utilizados como referência. O PMC realizou quatro campanhas de testes em conjunto com o EMC e CTDlog, totalizando 56.221 registros. Os dados foram submetidos à regressão linear para desenvolver equações de calibração para cada sensor. A qualidade dos modelos de calibração foi avaliada por meio do coeficiente de determinação (R²), raiz do erro quadrático médio (RMSE), correlação de Pearson e análise residual. Os sensores HDC1080 e AM2302 mostraram excelente desempenho na medição de temperatura, com R² > 0,9, RMSE < 0,2 °C e residual absoluto médio (RAM) < 0,12 °C, e correlação de Pearson muito forte (r ≥ 0,9). No entanto, demonstraram instabilidade na medição da umidade relativa do ar (R² ≈ 0,64; RMSE ≈ 3,46%; RAM ≈ 2,52%). O desempenho dos sensores de pressão BMP280 e MS5611 foi inicialmente comprometido pelo aquecimento interno do PMC, mas após compensação térmica, obtiveram R² entre 0,88 e 0,99, RMSE entre 0,17 e 0,45 hPa e RAM entre 0,11 e 0,34 hPa, com destaque para o BMP280. O sensor DS18B20 apresentou correlação muito forte, R² ≈ 0,94, RMSE ≈ 0,036 °C e RAM ≈ 0,021 °C, sendo altamente promissor. O HC-SR04 destacou-se como o melhor entre todos, com R² ≈ 0,99, RMSE ≈ 2,6 cm e RAM ≈ 1,9 cm. Sensores de precipitação e de vento apresentaram inconsistências, exigindo testes adicionais. O custo total de produção do PMC foi de R$ 952,75, refletindo economia de 86,19% em relação à EMC (R$ 6.897,00) e 96,14% frente ao CTDlog (R$24.677,29). Comparando o PMC a equipamentos equivalentes, obteve-se economia de no mínimo 66,33% em relação às estações básicas e 87,3% frente a registradores de temperatura e nível da água mais econômicos. O PMC demonstrou ser uma solução viável, econômica e replicável para o monitoramento ambiental contínuo na ZCA, com potencial de preencher lacunas existentes nas redes de observação, embora melhorias ainda sejam necessárias para aprimorar seu desempenho a longo prazo. |
Abstract: | This study aimed to develop, implement, and validate a low-cost Continuous Monitoring Prototype (CMP) to collect meteoceanographic data in the Amazon Coastal Zone (ACZ), a region vulnerable to climate change and lacking environmental data. The system, built with an ESP32 microcontroller, integrates sensors for air temperature and relative humidity (HDC1080 and AM2302), atmospheric pressure (BMP280 and MS5611), water temperature (DS18B20), tide level (HC-SR04), precipitation, and wind speed and direction. Sensor validation was performed by comparing the collected data with reference equipment: a CICLUS PRO weather station (CWS) and a Sonlist Levelogger 5 LTC recorder (CTDlog). The CMP conducted four joint test campaigns with the CWS and CTDlog, totaling 56,221 records. Linear regression was applied to develop calibration equations for each sensor. Calibration quality was assessed using the coefficient of determination (R²), root mean square error (RMSE), Pearson correlation coefficient, and residual analysis. The HDC1080 and AM2302 sensors showed excellent performance for temperature measurement, with R² > 0.9, RMSE < 0.2 °C, mean absolute residual (MAE) < 0.12 °C, and very strong Pearson correlation (r ≥ 0.9). However, they exhibited instability in relative humidity measurements (R² ≈ 0.64; RMSE ≈ 3.46%; MAE ≈ 2.52%). The performance of the BMP280 and MS5611 pressure sensors was initially affected by internal heating, but after thermal compensation, they achieved R² values between 0.88 and 0.99, RMSE from 0.17 to 0.45 hPa, and MAE from 0.11 to 0.34 hPa, with the BMP280 showing superior performance. The DS18B20 water temperature sensor showed very strong correlation, with R² ≈ 0.94, RMSE ≈ 0.036 °C, and MAE ≈ 0.021 °C, proving highly promising. The HCSR04 sensor stood out as the most accurate, with R² ≈ 0.99, RMSE ≈ 2.6 cm, and MAE ≈ 1.9 cm. Precipitation and wind sensors presented inconsistencies and require further testing. The total production cost of the CMP was BRL 952.75, representing savings of 86.19% compared to the CWS (BRL 6,897.00) and 96.14% compared to the CTDlog (BRL 24,677.29). When compared to equivalent equipment, the CMP achieved at least 66.33% cost reduction compared to basic stations and 87.3% compared to lower-cost temperature and water level recorders. The CMP proved to be a viable, economical, and replicable solution for continuous environmental monitoring in the ACZ, with the potential to fill existing gaps in observation networks, although improvements are still needed to enhance its long-term performance. |
Palavras-chave: | Processamento de dados Monitoramento ambiental Parâmetros físicos e oceanográficos Zona Costeira Amazônica Amazônia Data processing Environmental monitoring Physical and oceanographic parameters Amazon Coastal Zone Amazon |
Área de Concentração: | SISTEMAS COSTEIROS E OCEÂNICOS |
Linha de Pesquisa: | PROCESSOS EM SISTEMAS COSTEIROS E OCEÂNICOS |
CNPq: | CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::OCEANOGRAFIA |
País: | Brasil |
Instituição: | Universidade Federal do Pará |
Sigla da Instituição: | UFPA |
Instituto: | Instituto de Geociências |
Programa: | Programa de Pós-Graduação em Oceanografia |
Tipo de Acesso: | Acesso Aberto Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil |
Fonte URI: | Disponível na internet via correio eletrônico: bibgeociencias@ufpa.br |
Aparece nas coleções: | Dissertações em Oceanografia (Mestrado) - PPGOC/IG |
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