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http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/40636| Título: | Sistema de multilateração acústica para localização passiva de animais vocalizantes e outras fontes sonoras |
| Título(s) alternativo(s): | Acoustic multilateration system for passive localization of vocalizing animals and other sound sources |
| Autor(es): | Grande, Karin Cristine |
| Orientador(es): | Schneider Júnior, Bertoldo |
| Palavras-chave: | Bioengenharia Som produzido por animais Monitorização ambiental Localização acústica Modelos matemáticos Microcontroladores Processamento de sinais - Técnicas digitais Bioengineering Sound production by animals Environmental monitoring Acoustic localization Mathematical models Microcontrollers Signal processing - Digital technique |
| Data do documento: | 24-Abr-2026 |
| Editor: | Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
| Câmpus: | Curitiba |
| Citação: | GRANDE, Karin Cristine. Sistema de multilateração acústica para localização passiva de animais vocalizantes e outras fontes sonoras. 2026. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica e Informática Industrial) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2026. |
| Resumo: | O Brasil figura como o país que possui a maior biodiversidade no planeta. Estima-se que mais de 10% dos organismos que são conhecidos pela ciência habitem as florestas brasileiras. Na biologia e nas ciências ambientais é geralmente necessário localizar animais que não podem ser monitorados através de métodos tradicionais, seja por seu tamanho reduzido, dificuldade de acesso ou para evitar incomodá-lo em seu habitat. A Bioengenharia, subárea da Engenharia Biomédica, se preocupa em solucionar problemas associados a questões biológicas. Apresenta-se aqui um método capaz de localizar fontes sonoras tais como animais vocalizantes, sem necessidade de manuseio ou de interferência no hábitat. Métodos: Primeiramente foi feito um teste piloto usando a trilateração de geometria de triângulos, usando três microfones para a determinação da posição de uma fonte sonora num plano. Para o caso da localização espacial, foi usada uma nova abordagem para multilateração acústica passiva 3D, baseada no tempo de chegada do som (TOA, time of arrival) em quatro microfones dispostos em geometria xyz cartesiana com posições conhecidas. Ligados aos quatro microfones, quatro sistemas de microcontroladores sincronizados e de baixo custo são acoplados. Quando um som chega aos microfones, os tempos de chegada do som em cada um deles são registrados. Um algoritmo é proposto para o processamento dos conjuntos de TOAs, que determina a localização espacial das fontes sonoras através da comparação e congruência do valor volumétrico de dois tetraedros, cujos volumes são determinados por processos diferentes. Resultados: Os resultados práticos, demonstraram um erro relativo médio máximo de 3,03% e um erro relativo médio de 1,97%. O custo total do sistema foi de aproximadamente seiscentos dólares (R$ 3.500,00). Este artigo introduz um método passivo para localizar com precisão centimétrica objetos emissores de som em campos de tamanho decamétrico. O método e sistema foram testados em campo e conseguiram determinar tanto a posição de sons feitos num ambiente controlado quanto a posição de pássaros canoros. O método se baseia em princípios matemáticos simples e seu custo, limitações e trabalhos futuros são discutidos detalhadamente. Além de localizar fontes sonoras e animais vocalizantes, este método pode ser usado para localizar qualquer fonte sonora. Também são apresentados alguns resultados secundários da pesquisa, tais como o estudo dos sons da espécie de anuro Scinax tymbamirim. |
| Abstract: | Brazil is the country with the greatest biodiversity on the planet. It is estimated that more than 10% of the organisms known to science inhabit Brazilian forests. In biology and environmental sciences, it is often necessary to locate animals that cannot be monitored using traditional methods, either because of their small size, difficulty of access, or to avoid disturbing them in their habitat. Bioengineering, a subfield of Biomedical Engineering, focuses on solving problems related to biological systems. This paper presents a method capable of locating sound sources such as vocalizing animals without handling them and without interfering with their habitat. Methods: First, a pilot study was conducted using two-dimensional trilateration based on triangular geometry, employing three microphones to determine the position of a sound source on a plane. For spatial localization, a novel approach for three-dimensional passive acoustic multilateration was developed, based on the time of arrival (TOA) of sound at four microphones arranged in a Cartesian xyz geometry with known positions. Connected to the four microphones are four synchronized, low-cost microcontroller systems coupled to the acoustic sensors. When a sound reaches the microphones, its arrival time at each sensor is recorded. An algorithm is proposed to process the TOA datasets and determine the spatial location of sound sources by comparing the volumes of two tetrahedra calculated through different procedures. Results: The practical results demonstrated a maximum average relative error of 3.03% and an average relative error of 1.97%. The total cost of the system was approximately six hundred dollars (R$ 3,500.00). Conclusion: This article introduces a passive method for locating sound-emitting objects with centimeter-level precision in environments spanning tens of meters. The method and system were tested in the field and successfully determined both the position of sounds produced in a controlled environment and the position of vocalizing songbirds. The method is based on simple mathematical principles, and its cost, limitations, and future developments are discussed in detail. In addition to locating sound sources and vocalizing animals, this method can be used to locate any sound-emitting source. Secondary findings from the research are also presented, including the study of the vocalizations of the frog species *Scinax tymbamirim* in its natural environment. |
| URI: | http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/40636 |
| Aparece nas coleções: | CT - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e Informática Industrial |
Arquivos associados a este item:
| Arquivo | Descrição | Tamanho | Formato | |
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| multilateracaoacusticalocalizacaopassiva.pdf Disponível a partir de 2027-10-24 | 3,5 MB | Adobe PDF | Visualizar/Abrir |
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