نظام التعرف على أنواع الأسماك وفرزها باستخدام التكنولوجيا لإنقاذ سمك السلمون الأطلسي
هذه قصة عن كيفية قيام شركة Huawei وجمعية محلية للصيادين والصيادين - Berlevåg Jeger- og fiskerforening (BJFF) - بتطوير مصيدة أسماك آلية مزودة بنظام كاميرا مدمج وبرنامج ذكاء اصطناعي لإزالة سمك السلمون الأحدب الغريب الغازي من نهر في بيرليفوغ، وهو مجتمع صغير في أقصى الطرف الشمالي من النرويج، مجاور لبحر بارنتس. من خلال منع سمك السلمون الأحدب من السباحة في الأنهار، فإننا نقضي على خطر التكاثر ونحد من خطر الأنواع الغازية في الأنهار. تتعرض مجموعات السلمون الأطلسي إلى مجموعة متنوعة من التهديدات ولكن التهديد من سمك السلمون الأحدب الغازي هو الأكثر أهمية. هذه هي القصة حول كيفية إنقاذ سمك السلمون الأطلسي باستخدام التكنولوجيا، حيث تتفاقم مشكلة السلمون الأحدب بشكل كبير، ونتيجة لذلك، تم إعداد تصميم بناء مصيدة الأسماك لتكرار تصميمها وتناسب الأنهار الأخرى
السياق
التحديات التي تمت مواجهتها
ويتمثل التحدي في إزالة سمك السلمون الأحدب من الأنهار النرويجية للحفاظ على التنوع البيولوجي الأصلي في القطب الشمالي بطريقة فعالة. يقع الموطن الطبيعي لسمك السلمون الأحدب في المحيط الهادئ ولكنه موجود في الأنهار النرويجية منذ الستينيات. في عام 2017، تصاعد وجود سمك السلمون الأحدب بسرعة في الأنهار على طول الخط الساحلي النرويجي، واقترب من مستويات مقلقة. وقد صُنّف هذا النوع من السلمون الأجنبي الغازي على أنه "خطر كبير" في تهديده للتنوع البيولوجي المحلي، خاصة بالنسبة لأنواع السلمون المحلية. ويعتبر سمك الشار البحري في ستورلفا مجموعة صغيرة ومضغوطة بشدة. إذا تكاثر الكثير من سمك السلمون الأحدب في نفس المنطقة، فسيكون ذلك خطراً كبيراً جداً على أسماكنا المحلية، مما قد يؤدي إلى تدميرها. وقد كانت مهمة إزالة السلمون الأحدب من الأنهار صعبة بشكل خاص لأنها تصل إلى المجاري المائية في مجموعات، وغالباً ما تكون بين أسماك السلمون الأطلسي. تتم عملية إزالة السلمون الأحدب يدوياً في الوقت الحالي بواسطة متطوعين، وهو أمر غير فعال للغاية.
الموقع
العملية
ملخص العملية
سيقوم جهاز الحافة بسحب تدفقات الفيديو عالية الدقة من الكاميرات تحت الماء. يعالج الجهاز الطرفي تدفقات الفيديو ويستمر في تخزين مقاطع الفيديو الخام والبيانات الوصفية المنظمة على مساحة القرص المحلي.
على فترات منتظمة، سيتم تحميل جميع البيانات المحفوظة على الجهاز الطرفي إلى مركز بيانات بعيد. في مركز البيانات، سيتم استخدام البيانات الوصفية المنظمة لتدريب نموذج ذكاء اصطناعي جديد. سيتم تحميل نموذج الذكاء الاصطناعي إلى جهاز الحافة ويعمل كالمعتاد.
اللبنات الأساسية
وحدة التقاط الفيديو والتعرف على الأسماك
مع نشر كاميرات عالية الدقة تحت الماء في الأنهار، يتم تغذية تدفقات الفيديو إلى جهاز حافة. أجهزة الحافة قريبة فعلياً من الأنهار، مع ميزة تقليل زمن الاستجابة. يتم تنفيذ برنامج استدلال ذكاء اصطناعي مُحسَّن للغاية للتعرف على الأسماك في الوقت الفعلي.
عوامل التمكين
من خلال عرض وحدة الذكاء الاصطناعي على وحدة الذكاء الاصطناعي بعشرات الآلاف من الصور الموسومة، تصل الخوارزمية بسرعة إلى المستوى المطلوب من الدقة. ومع مرور المزيد والمزيد من أنواع الأسماك عبر النظام، تتعلم الخوارزمية أكثر فأكثر وتصبح أفضل وأفضل
الدرس المستفاد
ثبت أن وجود جهاز الحافة بالقرب من آلية الفرز فعال للغاية. حاليًا يتم التعرف على أنواع الأسماك بواسطة الخوارزمية في غضون 8 أجزاء من الثانية. تؤثر ألوان الإضاءة والخلفية المختلفة على قدرات التعرف على الأسماك. تثبت الخلفية ذات الألوان الفاتحة، ولكن ليست بيضاء بالكامل أنها الأفضل. شمس منتصف الليل لها تأثير إيجابي، مما يجعل التعرف قادرًا على العمل على مدار الساعة طوال أيام الأسبوع
جمع البيانات وإعادة تدريب النموذج
هناك أنواع من البيانات التي تم إنشاؤها بواسطة جهاز الحافة.
- مقاطع الفيديو الخام. مع وجود مساحة محدودة على القرص على جهاز الحافة، يتم تحميل مقاطع الفيديو بانتظام إلى مركز بيانات مع نسخ احتياطية متعددة الطبقات. هذا النوع من البيانات الأولية مفيد للدراسة المستقبلية والتتبع الخلفي.
- البيانات الوصفية من نماذج الذكاء الاصطناعي. كما تم وصفه مسبقًا، سيتعرف برنامج الذكاء الاصطناعي على الأسماك التي تظهر في تدفقات الفيديو. لذلك، ستتضمن البيانات الوصفية إطارات الصور التي تحتوي بالفعل على أسماك. سيتم تحديد مواقع الأسماك وفئاتها لكل إطار من إطارات الصور ذات المعنى. سيمكّن هذا النوع من البيانات الوصفية من إجراء المزيد من التحليلات العلمية مثل عدّ الأسماك والبحث عن عادات الأسماك وما إلى ذلك. والأهم من ذلك، سيتم استخدام البيانات الوصفية لإعادة تدريب نماذج الذكاء الاصطناعي المستخدمة في البرنامج. وبمرور الوقت، ستعطي نماذج الذكاء الاصطناعي تمييزاً أكثر دقة.
عوامل التمكين
لكي يعمل الحل على النحو الأمثل، فإنه يتطلب اتصالاً جيداً ومستقراً بالإنترنت. في هذا الحل كانت الألياف متوفرة، ولكن يجب أن يعمل الحل بنفس الجودة عبر شبكة 5G، بل ويمكن حتى عبر شبكة 4G حيث يمكن التحميل دون الحاجة إلى وقت حقيقي
الدرس المستفاد
يعد وجود حل تخزين سحابي مركزي أمرًا حيويًا من أجل تقليل الاستثمارات في الموقع. كما أنه يمكّن الحل من مشاركة جميع الدروس المستفادة السابقة مع المنشآت الجديدة، مما يمنحها نقطة انطلاق على مستوى جميع الحلول الحالية المنتشرة. ويساهم كل حل مع كل حل في تقديم دروس إضافية وزيادة الجودة بما يعود بالنفع على جميع الحلول الأخرى.
آلية الفرز الآلي
إن التحقيق المحلي الجيد للبيئة وتيار المياه وعمق المياه وزاوية قاع النهر والضوء المتوفر والطاقة والاتصال بالإنترنت كلها عوامل ستؤثر على الحل. من المفيد استخدام مواد متينة صديقة للبيئة والاستعانة بشركات ذات خبرة سابقة في التعامل مع الأسماك الحية في المنشآت تحت الماء.
عوامل التمكين
وباختصار، تقوم آلية الفتح/الإغلاق الميكانيكية بفرز الأسماك التي تمر عبر الحاجز والقفل. يمكن لسمك السلمون المحلي وسمك السلمون المرقط البحري المرور دون عوائق، بينما يتم إيقاف سمك السلمون الأحدب وسمك السلمون المستزرع وفرزه إلى الحاجز حيث يمكن إزالته وربما معالجته.
الدرس المستفاد
يتطلب تركيب مثل هذا الحل تخطيطاً جيداً ومهندسين مهرة. فالعمل في تيار مائي قوي يتطلب خبرة ومعدات. يعد تأمين التثبيت في القاع المتجعد أمرًا حيويًا، حيث لا يمكن أن يكون هناك حركة يمكن أن تدخل فتحات صغيرة غير مرغوب فيها يمكن للأسماك السباحة من خلالها. لقد تعلمنا أيضاً أنه من الأفضل إرسال جميع الأسماك غير المرغوب فيها إلى الخزان للفرز اليدوي، بدلاً من وجود أنواع غير مرغوب فيها تصعد إلى النهر لتفرخ.
التأثيرات
إن تأثير المشروع هائل لأسباب مختلفة. أولاً، يزيل الحل بشكل فعال سمك السلمون الأحدب من الأنهار، مما يساهم في الحفاظ على التنوع البيولوجي المحلي بشكل عام وإنقاذ سمك السلمون الأطلسي بشكل خاص. ثانيًا، الحل قابل للتطوير بطريقة يمكن تطبيقه في الأنهار الأخرى المعرضة في منطقة القطب الشمالي. ثالثاً، الحل فعال من حيث التكلفة مقارنة بحلول الالتقاط اليدوي الأخرى ويحرر المجتمعات المحلية من العمل اليدوي المتعب. بالإضافة إلى ذلك، يتيح النظام تحقيق مكاسب اقتصادية حيث أن السلمون الأحدب صالح للأكل بالفعل. ومن الحلول الممكنة أن تقوم الجهات الفاعلة المحلية باستخراج السلمون الأحدب من المصائد لبيعه في السوق.
المستفيدون
- السلمون الأطلسي
- الرابطة النرويجية للصيادين والصيادين,
- المنظمات الشريكة المحلية والمنظمات غير الحكومية والهيئات الحكومية الشريكة التي لديها تفويض بالحفاظ على التنوع البيولوجي والبيئة. الحكومات المحلية. الصيادون المحليون.
أهداف التنمية المستدامة
القصة
هناك كل الأسباب التي تدعو للقلق بشأن مستقبل سمك السلمون الأطلسي، وخاصة في شمال النرويج. في العام الماضي، تم تسجيل عدد من أسماك السلمون الأحدب أكثر من سمك السلمون الأطلسي في العديد من الأنهار في المنطقة التي تم رصدها. وهذا أمر إشكالي لأنه يتنافس مع الأسماك الأخرى على الغذاء والمساحة على حد سواء، وينقل الأمراض وينشرها، ومن المحتمل أن يلوث نوعية المياه المحلية. وبالتالي فإنه يهدد التنوع البيولوجي المحلي والنظم الإيكولوجية في الأنهار النرويجية.
سمك السلمون الأطلسي مستوطن في شمال المحيط الأطلسي، وجزء لا يتجزأ من هوية وقيم الناس في الجزء الشمالي من النرويج. لذلك فإن مكافحة سمك السلمون الأحدب الغازي والاحتفاظ بمخزونات الأنواع المحلية أمر مهم لثقافتنا وممارساتنا، فضلاً عن تقليل الأضرار البيولوجية والاقتصادية.
وبالنسبة للعديد من مجتمعاتنا الصغيرة والنائية فإن اليأس ملحوظ بالنسبة للعديد من مجتمعاتنا الصغيرة والنائية. فعلى مدى سنوات، يجتمع المتطوعون المحليون وحراس الأنهار كل صيف، في محاولة يائسة لوقف أسماك السلمون الأحدب الغازية التي تصعد إلى الأنهار لتبيض وتهدد بقاء الأنواع المحلية. وحتى الآن، يتم ذلك يدوياً في الأنهار الجليدية باستخدام الشباك وغيرها من الأدوات لوقف الغزو.
وتواجه المجتمعات المحلية والسلطات الوطنية والأوساط البحثية الرئيسية جميعًا ضائقة ناجمة عن هذا الوضع. وأصبح من الضروري أن تتضافر جهود جميع أصحاب المصلحة معاً لوضع حل يمكن من خلاله مراقبة وفرز جميع الحيوانات المفترسة في المجاري المائية وفي مصبات الأنهار وفي المناطق البحرية القريبة.
في صيف عام 2021، تم إطلاق الجزء الأول من مشروع تجريبي بالتعاون مع شركة هواوي، في نهر "ستورلفا" في بلدية بيرليفوغ.
هنا، كان الهدف هو تحديد جميع الأسماك الشاذة التي تصعد في المجرى المائي. من خلال تدفق فيديو مستمر من أواخر يونيو إلى سبتمبر، مع عشرات الآلاف من الصور، تمكنت الأجهزة والرمز المصدري المطور حديثًا من التعرف على أكثر من 90% من أسماك السلمون والسلمون الأحدب التي مرت. وهكذا، تمكّن النظام من التعرف على مخزون النهر من أسماك السلمون وشار البحر، وكذلك تسجيل السلمون الأحدب الغازي. وهو هدف حققناه بهامش جيد.
وقد بدأت الآن المرحلة الثانية لتطوير أحدث وحدة متصلة بالفرز. وباختصار، ستعمل آلية فتح/إغلاق ميكانيكية على فرز الأسماك التي تجتاز الحاجز والقفل. يمكن لأسماك السلمون المحلي وسمك السلمون المرقط البحري المرور دون عوائق، بينما يتم إيقاف السلمون الأحدب وسلمون المزارع وفرزها إلى حاجز حيث يمكن إزالتها وربما معالجتها.