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Enregistrement W4401786794 · doi:10.3389/frsen.2024.1439995

Automatic detection of unidentified fish sounds: a comparison of traditional machine learning with deep learning

2024· article· en· W4401786794 sur OpenAlexafffundabout
Xavier Mouy, Stephanie K. Archer, Stan E. Dosso, Sarah E. Dudas, Philina A. English, Colin Foord, William D. Halliday, Francis Juanes, Darienne Lancaster, Sofie Van Parijs, Dana Haggarty

Notice bibliographique

RevueFrontiers in Remote Sensing · 2024
Typearticle
Langueen
DomaineEnvironmental Science
ThématiqueMarine animal studies overview
Établissements canadiensWildlife Conservation Society CanadaFisheries and Oceans CanadaUniversity of Victoria
Organismes subventionnairesNational Marine Fisheries ServiceNational Oceanic and Atmospheric AdministrationFisheries and Oceans CanadaMitacsAlliance de recherche numérique du CanadaInstitut Nordique De Recherche En Environnement Et En Santé Au TravailBritish Columbia Knowledge Development FundNatural Sciences and Engineering Research Council of CanadaLiber Ero Foundation
Mots-clésFish <Actinopterygii>Artificial intelligenceComputer scienceDeep learningMachine learningSpeech recognitionFisheryBiology

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Many species of fishes around the world are soniferous. The types of sounds fishes produce vary among species and regions but consist typically of low-frequency ( <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="m1"><mml:mo>&lt;</mml:mo></mml:math> 1.5 kHz) pulses and grunts. These sounds can potentially be used to monitor fishes non-intrusively and could complement traditional monitoring techniques. However, the significant time required for human analysts to manually label fish sounds in acoustic recordings does not yet allow passive acoustics to be used as a viable tool for monitoring fishes. In this paper, we compare two different approaches to automatically detect fish sounds. One is a more traditional machine learning technique based on the detection of acoustic transients in the spectrogram and the classification using Random Forest (RF). The other is using a deep learning approach and is based on the classification of overlapping segments (0.2 s) of spectrogram using a ResNet18 Convolutional Neural Network (CNN). Both algorithms were trained using 21,950 manually annotated fish and non-fish sounds collected from 2014 to 2019 at five different locations in the Strait of Georgia, British Columbia, Canada. The performance of the detectors was tested on part of the data from the Strait of Georgia that was withheld from the training phase, data from Barkley Sound, British Columbia, and data collected in the Port of Miami, Florida, United States. The CNN performed up to 1.9 times better than the RF ( <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="m2"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math> score: 0.82 vs. 0.43). In some cases, the CNN was able to find more faint fish sounds than the analyst and performed well in environments different from the one it was trained in (Miami <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="m3"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math> score: 0.88). Noise analysis in the 20–1,000 Hz frequency band shows that the CNN is still reliable in noise levels greater than 130 dB re 1 <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="m4"><mml:mi>μ</mml:mi></mml:math> Pa in the Port of Miami but becomes less reliable in Barkley Sound past 100 dB re 1 <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="m5"><mml:mi>μ</mml:mi></mml:math> Pa due to mooring noise. The proposed approach can efficiently monitor (unidentified) fish sounds in a variety of environments and can also facilitate the development of species-specific detectors. We provide the software FishSound Finder, an easy-to-use open-source implementation of the CNN detector with detailed documentation.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,004
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,005
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Simulation ou modélisation · Signal consensuel: aucune
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,010
Score d'incertitude au seuil0,020

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0040,005
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0020,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,001
Bibliométrie0,0030,001
Études des sciences et des technologies0,0000,001
Communication savante0,0010,003
Science ouverte0,0020,001
Intégrité de la recherche0,0020,001
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0010,001

Scores machine (provisoires)

Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.

Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.

Tête enseignante Opus0,018
Tête enseignante GPT0,232
Écart entre enseignants0,214 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeSimulation ou modélisation
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations22
Publié2024
Routes d'admission3
Résumé présentoui

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