Monitoramento inteligente de peixes amazônicos: detecção e classificação com aprendizado profundo em passagens de peixes

dc.contributor.advisor-co1NOLETO, Eurico
dc.contributor.advisor-co1Latteshttp://lattes.cnpq.br/9671212401003657
dc.contributor.advisor1GIARRIZZO, Tommaso
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/5889416127858884
dc.contributor.memberSOUSA, Leandro Melo de
dc.contributor.memberKEPPELER, Friedrich Wolfgang
dc.contributor.memberDREWS JUNIOR, Paulo Lilles Jorge
dc.contributor.member1Latteshttp://lattes.cnpq.br/6529610233878356
dc.contributor.member1Latteshttp://lattes.cnpq.br/4743340542470876
dc.contributor.member1Latteshttp://lattes.cnpq.br/5551697165370587
dc.creatorNOGUEIRA, Felipe de Luca dos Santos
dc.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/8880463945048317
dc.date.accessioned2026-01-29T18:26:23Z
dc.date.available2026-01-29T18:26:23Z
dc.date.issued2025-03-31
dc.description.abstractThe Amazon Basin has one of the largest hydroelectric potentials in the world and is responsible for a significant portion of energy generation in Brazil. The construction of hydroelectric projects in the region, such as the Belo Monte Hydroelectric Complex, aims to meet the growing energy demand but may also impact migratory dynamics and the conservation of Amazonian fish fauna. Therefore, the development of automated monitoring systems to assess the effectiveness of mitigation structures, such as fish passages, becomes essential. This study presents the development of an automated monitoring system for the detection and classification of fish species in the fish passage at the Pimental dam, which is part of the Belo Monte Hydroelectric Complex. The research was conducted in the fish transposition system (FTS) of the Pimental dam, using computer vision techniques. To build the dataset, frames were extracted from underwater videos captured by the FTS and subsequently manually annotated on the V7 platform. The resulting database consisted of 1000 images, divided into training (700), validation (150), and test (150) sets. Species were selected based on their frequency of occurrence and migratory importance, with emphasis on Phractocephalus hemioliopterus and Cichla melaniae, among others. Modeling was performed using Convolutional Neural Networks (CNNs), implemented in the YOLO v8 model, known for its efficiency in image detection tasks. Data augmentation techniques were applied to expand the diversity of the training set, introducing transformations such as rotations, translations, scaling, and brightness adjustments. Training was conducted on the Google Colab PRO platform using an NVIDIA A100 GPU, ensuring high performance in image processing. During the process, parameters such as learning rate (0.01), momentum (0.937), and weight decay (0.0005) were adjusted to minimize overfitting and improve model generalization. The model was evaluated using metrics such as precision, recall, F1-score, and mean Average Precision (mAP). The results indicated superior performance for species more represented in the dataset, such as Phractocephalus hemioliopterus (F1-score of 91%) and Cichla melaniae (87%). Less frequent species showed lower classification accuracy, such as Leporinus friderici (52%) and Leporinus sp2 (55%).Learning curves showed a progressive reduction in training and validation losses, demonstrating the model’s ability to recognize visual patterns of the species. The model maintained consistent performance under different environmental conditions, including high turbidity and artificial lighting reflections, reinforcing its potential for continuous monitoring of aquatic biodiversity. However, some limitations were identified, such as seasonal variability in image quality and the low representativeness of certain species, which may compromise model generalization. Additionally, processing time and the need for robust computational infrastructure are factors to be considered. The implementation of this system at the Pimental dam, within the Belo Monte Hydroelectric Complex, represents an advancement in the evaluation of environmental impact mitigation structures, providing essential information for the sustainable management of aquatic fauna in large hydroelectric projects.
dc.description.resumoA Bacia Amazˆonica possui um dos maiores potenciais hidrel´etricos do mundo, sendo respons´avel por uma parcela significativa da gera¸c˜ao de energia no Brasil. A constru¸c˜ao de empreendimentos hidrel´etricos na regi˜ao, como o Complexo Hidrel´etrico Belo Monte, visa atender `a crescente demanda energ´etica, mas tamb´em pode impactar a dinˆamica migrat´oria e a conserva¸c˜ao da ictiofauna amazˆonica. Diante disso, torna-se essencial o desenvolvimento de sistemas de monitoramento automatizados para avaliar a efetividade das estruturas de mitiga¸c˜ao, como as passagens de peixes. Este estudo apresenta o desenvolvimento de um sistema de monitoramento automatizado para a detec¸c˜ao e classifica¸c˜ao de esp´ecies de peixes na passagem de peixes da barragem do sitio Pimental, que integra o Complexo Hidrel´etrico Belo Monte. A pesquisa foi conduzida no sistema de transposi¸c˜ao de peixes (STP) da barragem do sitio Pimental, utilizando t´ecnicas de vis˜ao computacional. Para a constru¸c˜ao do conjunto de dados, quadros foram extra´ıdos de v´ıdeos subaqu´aticos capturados pelo STP, sendo posteriormente anotados manualmente na plataforma Darwin V7. O banco de dados resultante foi composto por 1000 imagens, divididas em conjuntos de treinamento (700), valida¸c˜ao (150) e teste (150). As dezenove esp´ecies foram selecionadas com base na frequˆencia de ocorrˆencia e importˆancia migrat´oria, sendo destacadas Phractocephalus hemioliopterus e Cichla melaniae, entre outras. A modelagem foi realizada utilizando Redes Neurais Convolucionais (RNCs), implementadas no modelo YOLO v8, conhecido por sua eficiˆencia em tarefas de detec¸c˜ao de imagens. A t´ecnica de aumento de dados (data augmentation) foi aplicada para expandir a diversidade do conjunto de treinamento, introduzindo transforma¸c˜oes como rota¸c˜oes, transla¸c˜oes, escalonamento e ajustes de brilho. O treinamento foi conduzido na plataforma Google Colab PRO, utilizando uma GPU NVIDIA A100, garantindo alto desempenho no processamento das imagens. Durante o processo, foram ajustados parˆametros como learning rate (0,01), momentum (0,937) e weight decay (0,0005), visando minimizar o overfitting e melhorar a generaliza ¸c˜ao do modelo. A avalia¸c˜ao do modelo foi realizada por meio de m´etricas como precis˜ao, recall, F1-score e mean Average Precision (mAP). Os resultados indicaram um desempenho superior para esp´ecies mais representadas no conjunto de dados, como Phractocephalus hemioliopterus (F1-score de 91%) e Cichla melaniae (87%). Esp´ecies menos frequentes apresentaram menor precis˜ao na classifica¸c˜ao, como Leporinus friderici (52%) e Leporinus sp2 (55%).As curvas de aprendizado demonstraram redu¸c˜ao progressiva das perdas de treinamento e valida¸c˜ao, evidenciando a capacidade do modelo de reconhecer padr˜oes visuais das esp´ecies. O modelo manteve desempenho consistente em diferentes condi¸c˜oes ambientais, incluindo alta turbidez e reflexos de ilumina¸c˜ao artificial, refor¸cando seu potencial para o monitoramento cont´ınuo da biodiversidade aqu´atica. Entretanto, algumas limita¸c˜oes foram identificadas, como a variabilidade sazonal na qualidade das imagens e a baixa representatividade de certas esp´ecies, o que pode comprometer a generaliza¸c˜ao do modelo. Al´em disso, o tempo de processamento e a necessidade de infraestrutura computacional robusta s˜ao fatores a serem considerados. A implementa¸c˜ao deste sistema no STP, dentro do Complexo Hidrel´etrico Belo Monte, representa um avan¸co na avalia¸c˜ao de estruturas mitigadoras de impactos ambientais, fornecendo informa¸c˜oes fundamentais para o manejo sustent´avel da fauna aqu´atica em grandes empreendimentos hidrel´etricos.
dc.description.sponsorshipFAPESPA - Fundação Amazônia de Amparo a Estudos e Pesquisas
dc.identifier.citationNOGUEIRA, Felipe de Luca dos Santos. Monitoramento inteligente de peixes amazônicos: detecção e classificação com aprendizado profundo em passagens de peixes. Orientador: Tommaso Giarrizzo; Coorientador: Eurico Mesquita Noleto Filho. 2025. 33 f. Dissertação (Mestrado em Biodiversidade e Conservação) - Campus Universitário de Altamira, Universidade Federal do Pará, Altamira, 2025. Disponível em: https://repositorio.ufpa.br/handle/2011/17909. Acesso em:.
dc.identifier.urihttps://repositorio.ufpa.br/handle/2011/17909
dc.languageporpt_BR
dc.language.isopt
dc.publisherUniversidade Federal do Parápt_BR
dc.publisher.countryBrasilpt_BR
dc.publisher.departmentCampus Universitário de Altamirapt_BR
dc.publisher.initialsUFPApt_BR
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Biodiversidade e Conservaçãopt_BR
dc.rightsAcesso Abertopt_BR
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 Internationalen
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
dc.source.uriDisponível na internet via correio eletrônico: bibaltamira@ufpa.brpt_BR
dc.subjectRedes neurais convolucionais
dc.subjectMonitoramento automatizado
dc.subjectMigração de peixes
dc.subjectIctiofauna Amazônica
dc.subjectConvolutional neural networks
dc.subjectAutomated monitoring
dc.subjectFish migration
dc.subjectAmazonian ichthyofauna
dc.subject.areadeconcentracaoECOLOGIApt_BR
dc.subject.cnpqCNPQ::CIENCIAS BIOLOGICAS::ECOLOGIApt_BR
dc.subject.linhadepesquisaCONSERVAÇÃO E MANEJO DA BIODIVERSIDADE
dc.titleMonitoramento inteligente de peixes amazônicos: detecção e classificação com aprendizado profundo em passagens de peixes
dc.typeDissertaçãopt_BR

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