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Master's Dissertation
DOI
10.11606/D.3.2018.tde-21092018-134154
Document
Author
Full name
Larissa Sayuri Tsuda
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2018
Supervisor
Committee
Quintanilha, Jose Alberto (President)
Bezerra, Barbara Stolte
Teixeira, Fernanda Zimmermann
Title in Portuguese
Análise dos atropelamentos de mamíferos em uma rodovia no estado de São Paulo utilizando Self-Organizing Maps.
Keywords in Portuguese
Geoprocessamento
Mapas auto-organizáveis
Redes neurais
Segurança rodoviária
Sistema de informação geográfica
Abstract in Portuguese
A construção e ampliação de rodovias gera impactos significativos ao meio ambiente. Os principais impactos ao meio biótico são a supressão de vegetação, redução da riqueza e abundância de espécies de fauna como decorrência da fragmentação de habitats e aumento dos riscos de atropelamento de animais silvestres e domésticos. O objetivo geral do trabalho foi identificar padrões espaciais nos atropelamentos de fauna silvestre por espécie (nome popular) utilizando ferramentas de análise espacial e machine learning. Especificamente, buscou-se compreender a relação entre atropelamentos de animais silvestres e variáveis que representam características de uso e cobertura do solo e caracterização da rodovia, tais como formação florestal, corpos d'água, silvicultura, áreas edificadas, velocidade máxima permitida, volume de tráfego, entre outras. Os atropelamentos de fauna silvestre foram analisados por espécie atropelada, a fim de identificar os padrões espaciais dos atropelamentos específicos para cada espécie. As ferramentas de análise espacial empregadas foram a Função K - para determinar o padrão de distribuição dos registros de atropelamento de fauna, o Estimador de Densidade de Kernel - para gerar estimativas de densidade de pontos sobre a rodovia, a Análise de Hotspots - para identificar os trechos mais críticos de atropelamento de fauna e, por fim, o Self-Organizing Maps (SOM), um tipo de rede neural artificial, que reorganiza amostras de dados n-dimensionais de acordo com a similaridade entre elas. Os resultados das análises de padrões pontuais foram importantes para entender que os pontos de atropelamento possuem padrões de distribuição espacial que variam por espécie. Os eventos ocorrem espacialmente agrupados e não estão homogeneamente distribuídos ao longo da rodovia. De maneira geral, os animais apresentam trechos de maior intensidade de atropelamento em locais distintos. O SOM permitiu analisar as relações entre múltiplas variáveis, lineares e não-lineares, tais como são os dados ecológicos, e encontrar padrões espaciais distintos por espécie. A maior parte dos animais foi atropelada próxima de fragmentos florestais e de corpos d'água, e distante de cultivo de cana-de-açúcar, silvicultura e área edificada. Porém, uma parte considerável das mortes de animais dos tipos com maior número de atropelamentos ocorreu em áreas com paisagem diversificada, incluindo alta densidade de drenagem, fragmentos florestais, silvicultura e áreas edificadas.
Title in English
Using Self-Organizing Maps to analyse wildlife-vehicle collisions on a highway in São Paulo state.
Keywords in English
Geographic Information Systems
Geoprocessing
GIS
K Function
KDE
Kernel Density Estimator
Machine learning
Neural networks
Road ecology
Road safety
Self-Organizing Maps
SOM
Wildlife-vehicle collisions
Abstract in English
The construction and expansion of roads cause significant impacts on the environment. The main potential impacts to biotic environment are vegetation suppression, reduction of the abundance and richness of species due to forest fragmentation and increase of animal (domestic and wildlife) vehicle collisions. The general objective of this work was to identify spatial patterns in wildlife-vehicle collisions individually per species by using spatial analysis and machine learning. Specifically, the relationship between wildlife-vehicle collisions and variables that represent land use and road characterization features - such as forests, water bodies, silviculture, sugarcane fields, built environment, speed limit and traffic volume - was investigated. The wildlife-vehicle collisions were analyzed per species, in order to identify the spatial patterns for each species separately. The spatial analysis tools used in this study were K-Function - to determine the distribution pattern of roadkill, Kernel Density Estimator (KDE) - to identify the location and intensity of hotspots and hotzones. Self-Organizing Maps (SOM), an artificial neural network (ANN), was selected to reorganize the multi-dimensional data according to the similarity between them. The results of the spatial pattern analysis were important to perceive that the point data pattern varies between species. The events occur spatially clustered and are not uniformly distributed along the highway. In general, wildlife-vehicle collsions have their hotzones in different locations. SOM was able to analyze the relationship between multiple variables, linear and non-linear, such as ecological data, and established distinct spatial patterns per each species. Most of the wildlife was run over close to forest area and water bodies, and distant from sugarcane, silviculture and built environments. But a considerable part of the wildlife-vehicle collisions occurred in areas with diverse landscape, including high density of water bodies, silviculture and built environments.
 
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Publishing Date
2018-09-27
 
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