Artigo em revista científica Q2
Identifying optimal microwave frequencies to detect floating macroplastic litter using machine learning
Tomás Soares da Costa (Costa, T. S. da.); João Felício (Felício, J.); Mário Vala (Vala, M.); Rafael F. S. Caldeirinha (Caldeirinha, R.); Sérgio Matos (Matos, S.); Jorge Rodrigues da Costa (Costa, J.); Carlos António Cardoso Fernandes (Fernandes, C.); Nelson J. G. Fonseca (Fonseca, N.); Peter de Maagt (de Maagt, P.); et al.
Título Revista
International Journal of Microwave and Wireless Technologies
Ano (publicação definitiva)
2025
Língua
Inglês
País
Reino Unido
Mais Informação
Web of Science®

N.º de citações: 0

(Última verificação: 2025-12-04 14:25)

Ver o registo na Web of Science®

Scopus

N.º de citações: 0

(Última verificação: 2025-11-30 14:48)

Ver o registo na Scopus

Google Scholar

N.º de citações: 0

(Última verificação: 2025-12-04 20:22)

Ver o registo no Google Scholar

Esta publicação não está indexada no Overton

Abstract/Resumo
Microwaves (MWs) have emerged as a promising sensing technology to complement optical methods for monitoring floating plastic litter. This study uses machine learning (ML) to identify optimal MW frequencies for detecting floating macroplastics (>5 cm) across S, C, and X-bands. Data were obtained from dedicated wideband backscattering radio measurements conducted in a controlled indoor scenario that mimics deep-sea conditions. The paper presents new strategies to directly analyze the frequency domain signals using ML algorithms, instead of generating an image from those signals and analyzing the image. We propose two ML workflows, one unsupervised, to characterize the difference in feature importance across the measured MW spectrum, and the other supervised, based on multilayer perceptron, to study the detection accuracy in unseen data. For the tested conditions, the backscatter response of the plastic litter is optimal at X-band frequencies, achieving accuracies up to 90% and 80% for lower and higher water wave heights, respectively. Multiclass classification is also investigated to distinguish between different types of plastic targets. ML results are interpreted in terms of the physical phenomena obtained through numerical analysis, and quantified through an energy-based metric.
Agradecimentos/Acknowledgements
--
Palavras-chave
Artificial neural network,Backscatter,Floating macroplastic,Machine learning,Microwave measurements,Plastic litter,Principal component analysis
  • Engenharia Eletrotécnica, Eletrónica e Informática - Engenharia e Tecnologia
Registos de financiamentos
Referência de financiamento Entidade Financiadora
UIDB/50008/2020 Fundação para a Ciência e a Tecnologia
UI/BD/151090/2021 Fundação para a Ciência e a Tecnologia
2020.0855.BD Fundação para a Ciência e a Tecnologia
2-1806/21/NL/GLC/ov ESA

Com o objetivo de aumentar a investigação direcionada para o cumprimento dos Objetivos do Desenvolvimento Sustentável para 2030 das Nações Unidas, é disponibilizada no Ciência_Iscte a possibilidade de associação, quando aplicável, dos artigos científicos aos Objetivos do Desenvolvimento Sustentável. Estes são os Objetivos do Desenvolvimento Sustentável identificados pelo(s) autor(es) para esta publicação. Para uma informação detalhada dos Objetivos do Desenvolvimento Sustentável, clique aqui.