Observatoires%20Sous-marins%20Bio-acoustiques%20Passifs%20:%20Etat%20de%20l

1
Observatoires Sous-marins Bio-acoustiques
Passifs Etat de lart et Challenges
H. Glotin, F. Bénard, S. Paris Equipe
DYNamiques de IInformation LSIS-USTV, UMR CNRS
Univ. Sud-Toulon Var http//www.lsis.org/dyni ave
c O. Adam LAM - UMR CNRS Univ Paris VI
glotin_at_univ-tln.fr
Séminaire DGA Mourillon GIS acoustique -21
septembre 2010
2

• Objectifs observer pour comprendre et protéger
• Collection de données biologiques (espèces
  méconnues)
• Estimation présence - Modèles migratoires
• Modèles bio-population
• Estimation de limpact des perturbations
  anthropiques
• Analyse des comportements de chasse, des
  groupes,
• Problématiques / Challenge scientifiques
• Détection robuste, filtrage adaptatif
• Détection multi-espèce
• Trajectographie fine simultanée multi-cible
  dénombrement,
• Système temps-réel
• Modèles joints de
• DETECTION
• CLASSIFICATION
• TRAJECTOGRAPHIE

3
Observations acoustiques instantanées
1. Observations occasionnelles
Hydrophones à partir d'un bateau disposés
en surface ou sur le fond marin
credits isns
Matériels
Hydrophones (BK, Reson, ColmarItalia, CRT,
Nauta) AURAL (Multi-Electronique) OBH OBS
Objectifs
Enregistrements limités dans le temps (lt 3-6
mois)
Détection Suivi de trajectoires Routes migratoires
Autonome, opportuniste
credits ipgp
Enregistrements de cachalots, baleines franches,
baleines bleues, baleines grises, baleines à
bosse
4
Observations acoustiques occasionnelles
Module électronique avec 1 capteur de
pression 1 capteur de température 1
accéléromètre 3D 1 gyroscope 3D 2
hydrophones 1 processeur et 1 carte mémoire
1 batterie
2. DTAG
creditsTyackJohnson
Objectifs
Analyses des sons Suivi de trajectoires Analyse
comportementale
Enregistrements de courte durée (lt 1 jour)
Système d'attache à l'animal
Enregistrements de cachalots, baleines franches,
baleines à bec, baleines à bosse
5
Observations acoustiques permanents
Des projets scientifiques pluridisciplinaires !
MBARI/MARS
(www.mbari.org/mars)
Monterey Bay Aquarium Research Institute Monterey
Accelerated Research System
credits Monterey Bay Aquarium
Monterey Bay, sud de San Francisco 52km de câble
sous-marin 900m de profondeur Système modulaire
NEPTUNE
(www.neptune.washington.edu)
Canada Nord-ouest de l'Amerique/Canada 200 000
km2 3000 km cable (fibre optique et câble
électrique)
VENUS
(www.venus.uvic.ca)
Victoria Experimental Network Under the
Sea Southern British Columbia, Canada Camera
vidéo, réseau d'hydrophones
credits Venus
6
Observations acoustiques permanents
ESONET
(www.esonet-emso.org/)
European Seafloor Observatories Network
Multidisciplinary European Network of Excellence
(NoE) De l'océan arctique à la mer noire 15000
km
ESMO
(www.esonet-emso.org/)
European Multidisciplinary Seas Observation
ANTARES
(antares.in2p3.fr/)
Détecteur de neutrinos
credits Antares

• ANTARES est inclus dans ESONET-ESMO. Il s'agit
  d'un
• noeud régional.
• Sismologie marine
• Caractéristiques de la colonne d'eau
• Changements climatiques
• Écologie marine

7
Suivi acoustique 2008-2010 des populations de
cétacés au nord du sanctuaire Pelagos
LSIS NOA - MARINELAND

• 2008 - 2010 hydrophone autonome installé à 60 km
  au large de Nice
• Cet équipement a détecté avec le système
  PIMC-DETECT du LSIS la présence de rorquals
  communs, de cachalots, de dauphins bleu et blanc,

PROGRAMME DE RECHERCHE 2007/2009 de PELAGOS
France
8
Déploiement dune station acoustique en Guadeloupe
objectifs
Recensement des cétacés de Guadeloupe Complémentai
re aux observations visuelles Avoir plus
dobservations sur des zones plus difficiles
daccès (côte au vent)
Possibilité de déplacer cette bouée sur
différentes zones détude
caractéristiques
Enregistrements continus 192kHz, 24 bits Fixé sur
un DCP Haute capacité mémoire Transmission
wifi Panneau solaire
9
Déploiement dune station acoustique en Guadeloupe
Partenaires
Dynecar (Université des Antilles et de la
Guyane) NAMC CNRS (Université Paris 11) DIREN
Guadeloupe Port Autonome de Guadeloupe Société
CeSigma Comité régional des pêches Société PLK
Marine Société Axians Société Balimar
PLK Marine
10
Observations acoustiques permanentes
Installation civile Par exemple satellite buoy
network for real-time acoustic localization of
whales in the St. Lawrence
credits Y. Simard
10
11
Observations acoustiques permanentes Premier
challenge de localisation proposé workshop
DLMMPAC MONACO 2005
Installation militaire du Atlantic undersea Test
Evaluation Center (AUTEC) / Tongue of The Ocean
(TOTO)
creditsAUTEC
creditsAUTEC
Challenge localiser sur deux jeux de 20 minutes
les n cachalots enregistrés à 448 Khz
11
12
Stratégie du LSIS Localiser pour ségréger et
intégrer projet PIMC Plateforme dIntégration
Multimodale pour la Cétologie
13
LSIS PIMC TRACK

• Publié dans 4 en 2006

14
Résultats sur data set à plusieurs
cachalotsPIMC-DYNI comparés au SOEST Hawaï
(abandon US Navy)
PIMC
Vitesses obtenues cohérentes V 10 km/h.
Publié dans 2
15
Nouveau modèle PIMC 2009 réf. 3 plus précis
PIMC-DYNI (rouge) versus SOEST Hawaï contenant
des fausses détections)
Vue 3D des localisations PIMC
16
Démonstrations en ligne

• DEMO du système PIMC-multi-TRACK
• (Trajectoires 3D en temps-réel)
• sur data AUTEC / Bahamas disponibles sur
• http//glotin.univ-tln.fr/PIMC/DEMO

17
Le challenge international 2010 localisation 4D
par base courte (2m de côté) Résolution de
Trajectographies simultanées de cétacéspar
filtrage particulaireSystème LSIS
PIMC-multitrack
18
Challenge sur NEutrino Mediterranean Observatory
(NEMO)

• Tétraèdre (4 hydrophones), profondeur 2000m
• 25km offshore de la Sicile
• clics de cachalot
• H3 au sommet du tetraèdre à 1.2 m
• Fe96 kHz, 24 bits
• 30 Hz50 kHz
• Passe-haut gt1 kHz, 6 dB par octave sur 2
  hydrophonesPériode de juin à Décembre sur
  2005/2006, 2To
• Crédit des data Challlenge PAVI 2010 NEMO 1
  au CIBRA - G. Pavan - Italie

19
Estimation de langle azimut a et de lélévation
f.
Y
Z
a
f
X
X
20
Détection et Modélisation des TDOA

• Détecteur énergétique sur les 4 hydrophones.
• Les TDOA sont calculés par inter-corrélation pour
  chaque paire dhydrophones.
• Les coordonnées des hydrophones sont connues.
• cTDOA(i,j)c(ti-tj) w.HiHj
• avec wcos(a)cos(f) sin(a)cos(f) sin(f) ,
  and w 1
• c1530m/s

21

• Algorithme en deux étapes
• Couplage RBMCDA (Rao-Blackwell Monte Carlo Data
  Association) et filtrage particulaire
  hiérarchique.
• Estimation des angles et positions par filtrage
  particulaire hiérarchique pour les problèmes
  dobservabilité.
• 2. Association de données par filtrage
  particulaire.

22
Observabilité de la distance
Précision environ 0.5 degré en azimut et
élévation.
23
Résultats LSIS sur NEMO(challenge workshop de
Pavi 2010 candidat final)
1. Fichier dati_fondo_20050817_160000_4CH_1X_3200
(probablement une baleine)
N1
Elevation lissé
Azimut lissé
24
Vue de dessus
25
Profil de plongée
26
2. Fichier dati_fondo_20050818_180000_4CH_1X_3200
(probablement
deux/trois baleines)
N3
Elevation lissée
Azimut lissée
27
Vue de dessus
V29km/h
V17km/h
V311km/h

• Direction Sud-Est

28
Profil de plongée
29
3. Fichier dati_fondo_20050818_220000_4CH_1X_3200

(probablement une baleine)
N1
Azimut lissée
Elevation lissée
30
Vue de dessus
31
Profil de plongée
32
Conclusion sur le système LSIS dobservation base
courte

• Clics étiquetés et associés à chaque individu
• Analyse comportementale possible chasse,
  migration,
• Possibilité danalyser la composition des groupes
  (grand, moyen, petit)
• via les Inter-Pulse-Interval (IPI)
• une porte dentrée vers une nouvelle biologie des
  populations de cétacés

33
Analyse du comportement de chasse et ntervalles
Inter Cliques (ICI)? du biosonar (Bénard,
Giraudet, Glotin 2007 - AUTEC Bahamas ) réf 2
Capture / ingestion
34
Autre exemple résultat éthologique (Monnin
Glotin 2010 data Boussole, en cours de
publication)
gt Démontration de linfluence de la lune sur
prédation (remontée biomasse)
35
Sortie du système PIMC Online Automatic
Database Structuration entraînement militaire,
cétologie... réf. 3Balisage type MPEG gt
recherche dinformation efficace
36
Les observatoires en projets

• Data biologiques enregistrées par le Levan ?
• Projet CEPPM
• Projet Antares - MEUST
• Projet VAPAC et DECAV avec le Parc National de
  Port-Cros et DYNI-LSIS
• Projet propre USTV DYNI-LSIS Valor PACA
  maturation de brevet trajectographie temps-réel
  multi-cible
• Une thèse (F. Bénard) financement PACA et
  Chrisar-Software

37
Déploiement dune station acoustique à Port-Cros

• Partenaires
• DYNI-LSIS
• Parc National de Port-Cros
• Valor-Paca
• Base courte, 4 hydro, transfert et analyse
  temps-réel sur serveur du laboratoire
• détection, trajectographie de plusieurs cétacés,
  données pour le PNPC / Pelagos

38
LUSTV aux portes dun sanctuaire de cachalots
projet LSIS dun mini-observatoire temps-réel
39
Autre projet ANR Brume Bruits de la
Mer 2010-2011
Porteur du projet JY Royer, DR, directeur du
Laboratoire Domaines Oceaniques (LDO, CNRS
Brest) Objectifs enregistrer, traiter et
classer tous les sons (biologiques et
anthropogéniques) de tous les océans que ce soit
au niveau côtier (mer diroise) quen plein océan
(océan austral, océan indien) Partenaires
Laboratoire de Physiques des Océans (Brest),
Ensieta (Brest), Shom (Service Hydrographique et
Océanographique de la Marine, Brest), Gipsa
(Grenoble), CNPS (Paris), LSIS (Toulon), Irenav
(Institut de recherche de lécole navale, Brest),
CEBC (Niort), Oceanopolis (Brest), Lemar
(Laboratoire des sciences de lenvironnement
marin, Brest) Budget demandé à lANR 730 k -
budget total 3 000 000 euros Soutien Pole
Mer Déposé en janvier 2010 Avis refus de
financer car trop méthodologique et pas assez
appliqué Décision redéposer lannée prochaine
39
40
Bibliographie citée

• 1 Frédéric Bénard Hervé Glotin - GIRAUDET P.
  "Whale 3D monitoring using astrophysic NEMO ONDE
  two meters wide platform with state optimal
  filtering by Rao-Blackwell Monte Carlo data
  association" , in Journal of Applied Acoustics,
  Vol. 71 (2010), pp. 994-999, nov 2010 
• 2 Frédéric Bénard Hervé Glotin, "Automatic
  indexing and content analysis of whale recordings
  and XML representation" , in EURASIP Special
  Issue, Advances in Signal Processing for Maritime
  Applications, Vol. 2010 (2010), pp. 8, 2010 
• 3 Frédéric Bénard Hervé Glotin, "WHALES
  LOCALIZATION USING a LARGE HYDROPHONE ARRAY
  PERFORMANCE RELATIVE to CRAMER-RAO BOUNDS and
  CONFIDENCE REGIONS" , in Springer-Verlag,
  e-Business and Telecommunications, sep 2009
• 4 Giraudet.Pascale - Hervé Glotin "Real-time 3D
  tracking of whales by precise and echo-robust
  TDOAs of clicks extracted from 5 bottom-mounted
  hydrophones records of the AUTEC" , in Applied
  Acoustics, Vol. 6711-12, pp. 1106-1117, 2006
• PS Nous remercions CHRISAR SOFTWARE et la
  région PACA, co-financeurs de la thèse de
  doctorat de F. Bénard

41
Annexe Présentation DYNI DYNamiques de
linformationDYNI LSIS - UMR CNRS Univ
Toulonhttp//www.lsis.org/dyni

• Axe scientifique de léquipe DYNI Interfacer /
  Coupler
• Traitement du signal
• Détection
• Classification automatique
• Trajectographie multi-cible robuste
• Applications en détection / indexation de
  cibles
• Sur signaux Bio-acoustique, Parole, Vidéo, Image,
  Texte,
• Modélisation et Validation
• Participation à des challenges internationaux,
• Dépôt de brevets (PCT USA, Canada, Japon, NVZ,)
• Publications internationales
• Boîtes à outils,