Technologiegestütztes System zur Erkennung und Sortierung von Fischarten soll Atlantischen Lachs retten
Vollständige Lösung
Juni 2021, Phase 1 der Installation der Lösung in Storelva
Berlevåg Jeger- og fiskerforening (BJFF)
Dies ist die Geschichte, wie Huawei und ein lokaler Verband von Jägern und Anglern - Berlevåg Jeger- og fiskerforening (BJFF) - eine automatische Fischfalle mit eingebautem Kamerasystem und KI-Software entwickelt haben, um den eindringenden Buckellachs aus einem Fluss in Berlevåg zu entfernen, einer kleinen Gemeinde an der Nordspitze Norwegens, die an die Barentssee angrenzt. Indem wir die Buckellachse daran hindern, die Flüsse hinaufzuschwimmen, eliminieren wir das Risiko der Vermehrung und verringern die Bedrohung durch invasive Arten in Flüssen. Die atlantischen Lachspopulationen sind einer Vielzahl von Bedrohungen ausgesetzt, aber die Bedrohung durch den invasiven Buckellachs ist die größte. Dies ist die Geschichte, wie der Atlantische Lachs mit Hilfe von Technologie gerettet werden kann. Das Buckellachsproblem verschärft sich drastisch, und deshalb ist die Konstruktion der Fischreuse so ausgelegt, dass sie dupliziert und in anderen Flüssen eingesetzt werden kann.
Letzte Aktualisierung: 21 Jan 2025
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Kontext
Angesprochene Herausforderungen
Die Herausforderung besteht darin, den Buckellachs aus den norwegischen Flüssen zu entfernen, um die einheimische arktische Artenvielfalt auf effiziente Weise zu erhalten. Der natürliche Lebensraum des Buckellachses liegt im Pazifischen Ozean, aber er ist seit den 1960er Jahren in norwegischen Flüssen zu finden. Im Jahr 2017 stieg das Vorkommen des Buckellachses in den Flüssen entlang der norwegischen Küstenlinie rapide an und erreichte ein alarmierendes Ausmaß. Die eindringende fremde Lachsart wurde als "hohes Risiko" für die einheimische Artenvielfalt eingestuft, insbesondere für einheimische Lachsarten. Der Seesaibling in Storelva ist eine kleine und stark bedrängte Population. Wenn viele Buckellachse in demselben Gebiet laichen, stellt dies ein sehr hohes Risiko für unsere einheimischen Fische dar und könnte zu deren Ausrottung führen. Die Entfernung der Buckellachse aus den Flüssen ist besonders schwierig, da sie in Rudeln in die Flüsse kommen, oft zusammen mit dem Atlantischen Lachs. Die Entfernung der Buckellachse wird derzeit von Freiwilligen manuell durchgeführt, was äußerst ineffizient ist.
Standort
Berlevåg, Troms, Norwegen
Nordeuropa
Prozess
Zusammenfassung des Prozesses
Das Edge-Gerät ruft HD-Videoströme von Unterwasserkameras ab. Das Edge-Gerät verarbeitet die Videoströme und speichert rohe Videoclips und strukturierte Metadaten auf einem lokalen Speicherplatz.
In regelmäßigen Abständen werden alle Daten, die auf dem Edge-Gerät gespeichert sind, in ein entferntes Datenzentrum hochgeladen. Im Datenzentrum werden die strukturierten Metadaten verwendet, um ein neues KI-Modell zu trainieren. Das KI-Modell wird auf das Edge-Gerät hochgeladen und funktioniert wie gewohnt.
Bauklötze
Modul zur Videoerfassung und Fischerkennung
Mit Unterwasser-HD-Kameras, die in den Flüssen eingesetzt werden, werden die Videoströme an ein Edge-Gerät weitergeleitet. Die Edge-Geräte befinden sich in unmittelbarer Nähe der Flüsse, was den Vorteil einer geringeren Latenzzeit hat. Für die Fischerkennung in Echtzeit wird eine hochoptimierte KI-Inferenzsoftware implementiert.
Ermöglichende Faktoren
Indem dem KI-Modul Zehntausende von beschrifteten Bildern vorgelegt werden, erreicht der Algorithmus schnell die gewünschte Genauigkeit. Je mehr Fischarten das System durchläuft, desto mehr lernt der Algorithmus und wird besser und besser
Gelernte Lektion
Die Nähe des Randgeräts zum Sortiermechanismus erweist sich als äußerst effizient. Derzeit wird die Fischart vom Algorithmus innerhalb von 8 Millisekunden erkannt. Unterschiedliche Licht- und Hintergrundfarben wirken sich auf die Fähigkeiten der Fischerkennung aus. Ein heller, aber nicht ganz weißer Hintergrund erweist sich als am besten. Mitternachtssonne wirkt sich positiv aus, so dass die Erkennung rund um die Uhr laufen kann.
Datenerhebung und Neutraining des Modells
Es gibt verschiedene Arten von Daten, die von dem Edge-Gerät erzeugt werden.
- Rohe Videoclips. Da der Speicherplatz auf dem Edge-Gerät begrenzt ist, werden die Videoclips regelmäßig in ein Datenzentrum mit mehrschichtigen Backups hochgeladen. Diese Art von Rohdaten ist für zukünftige Studien und Rückverfolgungen von Bedeutung.
- Metadaten aus KI-Modellen. Wie bereits beschrieben, erkennt die KI-Software die in den Videostreams vorkommenden Fische. Daher enthalten die Metadaten Bilder, die tatsächlich Fische enthalten. Für jedes aussagekräftige Bild werden die Standorte und Kategorien der Fische markiert. Diese Art von Metadaten ermöglicht eine wissenschaftlichere Analyse, wie z. B. das Zählen von Fischen, die Erforschung von Fischgewohnheiten usw. Noch wichtiger ist, dass die Metadaten dazu dienen, die in der Software verwendeten KI-Modelle neu zu trainieren. Mit der Zeit werden die KI-Modelle eine genauere Erkennung ermöglichen.
Ermöglichende Faktoren
Damit die Lösung optimal funktioniert, benötigt sie eine gute, stabile Internetverbindung. In dieser Lösung war Glasfaser verfügbar, aber die Lösung sollte genauso gut über 5G und möglicherweise sogar über 4G funktionieren, da das Hochladen ohne Echtzeit erfolgen kann
Gelernte Lektion
Eine zentralisierte Cloud-Speicherlösung ist unerlässlich, um Investitionen vor Ort zu reduzieren. Sie ermöglicht es der Lösung auch, alle bisherigen Erkenntnisse an neue Installationen weiterzugeben und ihnen einen Ausgangspunkt auf der Ebene aller vorhandenen Lösungen zu geben. Jede Lösung trägt mit zusätzlichen Erkenntnissen und erhöhter Qualität bei, wovon alle anderen profitieren.
Automatischer Sortiermechanismus
Eine gute örtliche Untersuchung der Umgebung, der Wasserströmung, der Wassertiefe, des Neigungswinkels des Flussbodens, des verfügbaren Lichts, der Stromversorgung und der Internetverbindung sind alles Faktoren, die sich auf die Lösung auswirken werden. Die Verwendung von dauerhaftem, umweltfreundlichem Material und der Einsatz von Unternehmen mit Erfahrung im Umgang mit lebenden Fischen in Unterwasseranlagen sind hilfreich.
Ermöglichende Faktoren
Kurz gesagt, ein mechanischer Öffnungs-/Schließmechanismus sortiert die Fische, die die Barriere und die Schleuse passieren. Einheimische Lachse und Meerforellen können ungehindert passieren, während Buckellachse und Zuchtlachse aufgehalten und zu einer Sperre aussortiert werden, wo sie entfernt und möglicherweise verarbeitet werden können.
Gelernte Lektion
Die Installation einer solchen Lösung erfordert eine gute Planung und erfahrene Ingenieure. Die Arbeit in einer starken Wasserströmung ist anspruchsvoll und erfordert Fachwissen und Ausrüstung. Die Befestigung der Anlage auf dem geriffelten Boden ist von entscheidender Bedeutung, da man keine Bewegung zulassen darf, die zu kleinen unerwünschten Öffnungen führt, durch die die Fische schwimmen können. Wir haben auch gelernt, dass es besser ist, alle nicht erkannten Fische zur manuellen Sortierung in das Becken zu schicken, als unerwünschte Arten zum Laichen flussaufwärts zu schicken.
Auswirkungen
Die Auswirkungen des Projekts sind aus verschiedenen Gründen immens. Erstens werden durch die Lösung Buckellachse effektiv aus den Flüssen entfernt, was zur Erhaltung der lokalen biologischen Vielfalt im Allgemeinen und zur Rettung des Atlantischen Lachses im Besonderen beiträgt. Zweitens ist die Lösung so skalierbar, dass sie auch in anderen gefährdeten Flüssen in der arktischen Region angewendet werden kann. Drittens ist die Lösung im Vergleich zu anderen manuellen Fanglösungen kosteneffizient und befreit die lokalen Gemeinden von der ermüdenden Handarbeit. Darüber hinaus eröffnet das System wirtschaftliche Vorteile, da der Buckellachs tatsächlich essbar ist. Eine mögliche Lösung besteht darin, dass lokale Akteure den Buckellachs aus den Fallen entnehmen, um ihn auf dem Markt zu verkaufen.
Begünstigte
- Der Atlantische Lachs
- Der norwegische Verband der Jäger und Angler,
- Lokale Partnerorganisationen, Nichtregierungsorganisationen und Regierungsstellen mit dem Auftrag, die biologische Vielfalt und die Umwelt zu erhalten. Lokale Regierungen. Lokale Angler.
Ziele für nachhaltige Entwicklung
SDG 3 - Gute Gesundheit und Wohlbefinden
SDG 11 - Nachhaltige Städte und Gemeinden
SDG 14 - Leben unter Wasser
SDG 17 - Partnerschaften für die Ziele
Geschichte
Juni 2021, Phase 1 der Installation der Lösung in Storelva
Berlevåg Jeger- og fiskerforening (BJFF)
Es gibt allen Grund zur Sorge um die Zukunft des Atlantischen Lachses, insbesondere in Nordnorwegen. Im vergangenen Jahr wurden in vielen der überwachten Flüsse der Region mehr Buckellachse als Atlantische Lachse registriert. Dies ist problematisch, da der Buckellachs mit anderen Fischen um Nahrung und Platz konkurriert, Krankheiten überträgt und verbreitet und möglicherweise die lokale Wasserqualität verschmutzt. Damit bedroht er die lokale Artenvielfalt und die Ökosysteme in norwegischen Flüssen.
Der Atlantische Lachs ist im Nordatlantik beheimatet und ein wesentlicher Bestandteil der Identität und der Werte der Menschen im nördlichsten Teil Norwegens. Die Bekämpfung des invasiven Buckellachses und die Erhaltung der Bestände einheimischer Arten ist daher wichtig für unsere Kultur und ihre Praktiken sowie für die Minimierung der biologischen und wirtschaftlichen Schäden.
Für viele unserer kleinen und abgelegenen Gemeinden ist die Verzweiflung spürbar. Seit Jahren kommen jeden Sommer lokale Freiwillige und Flusswächter zusammen, um verzweifelt zu versuchen, die invasiven Buckellachse zu stoppen, die in die Flüsse aufsteigen, um zu laichen und das Überleben der einheimischen Arten zu bedrohen. Bisher geschah dies manuell in den vereisten Flüssen mit Netzen und anderen Hilfsmitteln, um die Invasion zu stoppen.
Lokale Gemeinden, nationale Behörden und wichtige Forschungseinrichtungen sind durch diese Situation in Bedrängnis geraten. Es wurde dringend notwendig, dass alle Beteiligten gemeinsam eine Lösung entwickeln, mit der alle Raubfische in den Wasserläufen, in den Mündungen und in den nahe gelegenen Meeresgebieten überwacht und aussortiert werden können.
Im Sommer 2021 wurde der erste Teil eines Pilotprojekts in Zusammenarbeit mit Huawei im Fluss "Storelva" in der Gemeinde Berlevåg gestartet.
Ziel war es, alle anadromen Fische zu identifizieren, die in dem Wasserlauf aufsteigen. Bei einem kontinuierlichen Videostream von Ende Juni bis September mit Zehntausenden von Bildern waren die Hardware und der neu entwickelte Quellcode in der Lage, weit über 90 % der passierenden Lachse und Buckellachse zu identifizieren. Damit ist das System in der Lage, den eigenen Lachs- und Seesaiblingsbestand des Flusses zu erkennen, aber auch den invasiven Buckellachs zu registrieren. Ein Ziel, das wir mit deutlichem Abstand erreicht haben.
Die zweite Phase wurde nun eingeleitet, um das letzte Modul zu entwickeln, das mit der Sortierung verbunden werden soll. Kurz gesagt, ein mechanischer Öffnungs-/Schließmechanismus wird die Fische sortieren, die die Barriere und die Schleuse passieren. Einheimische Lachse und Meerforellen können ungehindert passieren, während Buckellachse und Zuchtlachse aufgehalten und zu einer Barriere aussortiert werden, wo sie entfernt und möglicherweise verarbeitet werden können.
