Dokładne pomiary zasobów ryb okazały się wysoce złożoną operacją w ramach projektu SYMBIOSIS, wykorzystując możliwości związane z nurkowaniem i inżynierią podmorską do granic możliwości. Na szczęście ich zaawansowane technologicznie rozwiązanie przyniosło obiecujące wyniki.

W ostatnich latach globalne zasoby ryb podlegały szeregowi presji, w tym nadmiernej eksploatacji przez przemysł rybny, utracie siedlisk i zanieczyszczeniu.

W niektórych obszarach morskich ważne gatunki uległy znaczącemu uszczupleniu, a w konsekwencji przestały odgrywać istotną rolę w tym złożonym ekosystemie. Niestety, organom rządowym brakuje dokładnych danych dotyczących biomasy, aktualnych zasobów oraz narzędzi technologicznych do ich monitorowania, co utrudnia odpowiednie reagowanie.

W ramach wspieranego przez UE projektu SYMBIOSIS opracowano system do długofalowego monitorowania bioróżnorodności ryb. Prototyp rozmieszczono w trzech lokalizacjach, morskich i przybrzeżnych.

Akustyczny wskaźnik bioróżnorodności

W ramach projektu wykryto i oceniono biomasę ponad 10 000 ryb, w tym sześć gatunków wytypowano jako gatunki wskaźnikowe różnorodności biologicznej.

– SYMBIOSIS dostarcza aktualnych informacji o kluczowych zasobach rybnych, umożliwiając organom rządowym podejmowanie decyzji opartych na dowodach, wdrażając przykładowo regulacje „O nałożeniu zakazów połowów" – zauważa koordynator projektu Roee Diamant z Uniwersytetu w Hajfie, gospodarza projektu.

– Nasza innowacja może również służyć jako ekologiczne narzędzie badawcze, na przykład do badania zachowań ryb – dodaje.

Wyniki uzyskane w ramach projektu zostały już opublikowane na łamach wielu czasopismach.

Podejście Track-Before-Detection

System SYMBIOSIS wykrywa, klasyfikuje i szacuje biomasę sześciu kluczowych gatunków ryb: tuńczyka białego, dorady, włócznika, makreli atlantyckiej, ostroboka śródziemnomorskiego i serioli olbrzymiej.

Zostały one wytypowane na podstawie kryteriów społecznych i ekologicznych, takich jak znaczenie handlowe czy dostępność w badanych obszarach. Dodatkowo uwzględniono cechy morfologiczne, m.in.: rozmiar i typ budowy ciała, prędkości uzyskiwane przy poruszaniu się, czy zachowania.

Autonomiczne rozwiązanie optyczno-akustyczne SYMBIOSIS, dzięki unikatowej konstrukcji oszczędza energię do 3 miesięcy.

System okresowo wysyła krótki, wąskopasmowy podwodny sygnał akustyczny. Przetwarzanie sygnału i współdziałająca sieć neuronowa wychwytują wszelkie pogłosy, wskazując na możliwe ruchome cele.

Jeśli cel zostanie wykryty, emitowanych jest 20 sygnałów szerokopasmowych, a ich pogłos jest analizowany za pomocą kombinacji technik programowania dynamicznego i uczenia maszynowego. W promieniu do 500 metrów narzędzia te sprawdzają, czy poruszający się obiekt jest rybą, obliczają jego rozmiar oraz szacują jego położenie i trajektorię.

Jeśli cele zbliżają się do miejsca zakotwiczenia urządzenia SYMBIOSIS, uruchamiane zostają kamery, aby zebrać obraz w celu wykrycia oraz ich klasyfikacji w sieci neuronowej. Informacje o liczbie, rozmiarze i gatunkach ryb są kompresowane i wysyłane za pośrednictwem połączenia sygnału akustycznego i radiowego.

Każdy element systemu został przetestowany osobno w ponad 50 eksperymentach morskich. Prototyp przeszedł 10 eksperymentów, zanim został rozmieszczony w 3 lokalizacjach testowych: 1 miesiąc pod boją powierzchniową w wodach przybrzeżnych na głębokości 125 m na Morzu Śródziemnym; 2 dni w przybrzeżnym rejonie Morza Śródziemnego na głębokości 1 400 m i 2 tygodnie w strefie płytkowodnej w rejonie rafowym Morza Czerwonego.

Chociaż twórcy SYMBIOSIS osiągnęli większość swoich celów, to urządzenie nie było w stanie sklasyfikować ryb na podstawie ich sygnatury akustycznej. Aby pokonać tę przeszkodę, zespół tworzy obecnie większą bazę danych sygnałów akustycznych pochodzących od różnych ryb, a także nowe algorytmy uwzględniające większą różnorodność.

– Niemniej jednak eksperymenty te, wykazały potencjał systemu w zakresie dokładności wykrywania i jego zdolności do autonomicznej pracy przez długi czas – wyjaśnia Diamant.

Modułowa konstrukcja

System SYMBIOSIS jest modułowy w swojej budowie, pod względem elastyczności i adaptacji. Komponenty hydroakustyczne opracowane przez Evologics, takie jak ultrakrótki bazowy system pozycjonowania akustycznego, są obecnie produkowane komercyjnie.

Demonstracje i sprzedaż już trwają, a komponenty optyczne są dalej rozwijane.

System będzie mniejszy, aby był bardziej zbywalny. Dalsze ulepszenia będą obejmować lepszą efektywność energetyczną i większą moc sieci neuronowych.