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Type: Dissertação
Title: Integração de redes neurais convolucionais e modelos de distribuição de espécies via computação evolucionista para a classificação de animais no monitoramento da saúde da fauna silvestre
Author: Barroso, Antônio Arbex
First Advisor: Bernardino, Heder Soares
Co-Advisor: Augusto, Douglas Adriano
Co-Advisor: Vieira, Alex Borges
Referee Member: Fonseca, Leonardo Goliatt da
Referee Member: Gomes, Luiz Antonio Costa
Resumo: Projetos de ciência cidadã desempenham papel importante no monitoramento da biodiversidade e de zoonoses. Tais projetos permitem que cidadãos registrem ocorrências de animais silvestres, juntamente com imagens e informações contextuais, como local, data e hora. No Brasil, o Sistema de Informação em Saúde Silvestre (SISS-Geo) utiliza esses registros para suporte à vigilância epidemiológica, se baseando neles para a emissão de alertas sobre possíveis surtos zoonóticos. No entanto, o elevado volume de dados submetidos ao sistema torna a auditoria manual um processo lento e oneroso. Modelos de classificação baseados em imagens e Modelos de Distribuição de Espécies (SDMs) permitem explorar, respectivamente, as imagens e os metadados dos registros. Embora possam ser utilizados individualmente, sua integração permite explorar essas fontes de informação de forma complementar. Assim, o presente estudo propõe uma abordagem para a classificação de registros do SISS-Geo por meio da integração de modelos de classificação baseados em imagens e em metadados de localização dos registros. A metodologia do trabalho é dividida em duas frentes principais. A primeira consiste no avanço dos estudos preliminares, aproximando o desenho experimental das condições reais de utilização do sistema por meio da classificação em nível de registro, da aplicação de aumento em fase de teste (Test-Time Augmentation) nos modelos de classificação por imagens e da utilização de outros SDMs construídos a partir dos metadados, avaliando a combinação entre modelos via Algoritmos Genéticos (AGs). Já a segunda consiste em investigar o uso da Programação Genética (PG) como alternativa ao AG para a combinação das predições dos modelos individuais, buscando produzir modelos de comitê superiores e capazes de inferir regras de classificação interpretáveis. Foi treinada uma rede neural convolucional de arquitetura ResNet152 e modelos de distribuição de espécies BIOCLIM, MaxEnt e Modelo Linear Generalizado (GLM), além do modelo Média dos SDMs, obtido pela média das predições dos três modelos anteriores. Os experimentos foram conduzidos utilizando registros reais do SISSGeo, comparando o desempenho dos modelos individuais, das estratégias de combinação baseadas em AG e da abordagem proposta baseada em PG. A ResNet152 obteve acurácia média de 53,84% e F1-Score de 49,63%, elevados para 55,29% e 51,65%, respectivamente, com a aplicação de TTA. Já o treinamento dos SDMs tiveram um desempenho máximo de 22,00% de Acurácia e 13,42% de F1-Score. O melhor modelo de comitê via AG foi entre a ResNet152 com TTA e a Média dos SDMs, com acurácia de 60,97% e F1-Score de 55,93%, enquanto a PG atingiu 63,82% e 58,08%, respectivamente, para o mesmo par de modelos. Demonstra-se que a incorporação de metadados aos modelos de classificação baseados em imagens melhora o desempenho da classificação de registros do SISS-Geo e que a PG supera a abordagem baseada em AGs na combinação dos modelos individuais, produzindo modelos de comitê de melhor acurácia e regras de classificação interpretáveis.
Abstract: Citizen science projects play an important role in monitoring biodiversity and zoonoses. Such projects allow citizens to report sightings of wild animals, along with images and contextual information such as location, date, and time. In Brazil, the Wild Health Information System (SISS-Geo) uses these records to support epidemiological surveillance, relying on them to issue alerts regarding potential zoonotic outbreaks. However, the high volume of data submitted to the system makes manual auditing a slow and costly process. Image-based classification models and Species Distribution Models (SDMs) allow for the exploration of the records’ images and metadata, respectively. Although they can be used individually, their integration allows these information sources to be explored in a complementary manner. Thus, this study proposes an approach for classifying SISS-Geo records by integrating classification models based on images and location metadata of the records. The work’s methodology is divided into two main fronts. The first consists of advancing preliminary studies, bringing the experimental design closer to real-world usage conditions of the system through record-level classification, applying Test-Time Augmentation (TTA) to image classification models, and utilizing other SDMs built from metadata, evaluating model combinations via Genetic Algorithms (GAs). The second consists of investigating the use of Genetic Programming (GP) as an alternative to GAs for combining individual model predictions, aiming to produce superior ensemble models capable of inferring interpretable classification rules. A convolutional neural network with a ResNet152 architecture was trained, along with species distribution models BIOCLIM, MaxEnt and Generalized Linear Model (GLM), as well as a model referred to as SDM Mean, obtained by averaging the predictions of the three aforementioned models. Experiments were conducted using real SISS-Geo records, comparing the performance of individual models, GA-based combination strategies, and the proposed GP-based approach. ResNet152 achieved an average accuracy of 53.84% and an F1-Score of 49.63%, which increased to 55.29% and 51.65%, respectively, with the application of TTA. Meanwhile, the SDMs achieved a maximum performance of 22.00% accuracy and a 13.42% F1-Score. The best GA-based ensemble model was between ResNet152 with TTA and the SDM Average, achieving an accuracy of 60.97% and an F1-Score of 55.93%, while GP reached 63.82% and 58.08%, respectively, for the same model pair. It is demonstrated that incorporating metadata into image-based classification models improves the classification performance of SISS-Geo records, and that GP outperforms the GA-based approach in combining individual models, producing ensemble models with higher accuracy and interpretable classification rules.
Keywords: Ciência cidadã
Modelos de comitê
Visão computacional
Citizen science
Computer vision
Ensemble models
CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)
Institution Initials: UFJF
Department: ICE – Instituto de Ciências Exatas
Program: Programa de Pós-graduação em Modelagem Computacional
Access Type: Acesso Aberto
Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil
Creative Commons License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/
URI: https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/21595
Issue Date: 14-Sep-2026
Appears in Collections:Mestrado em Modelagem Computacional (Dissertações)



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