アトランティックサーモンを救う、テクノロジーを駆使した魚種認識・選別システム
フル・ソリューション
2021年6月、ストレルバに第1段階のソリューション設置
Berlevåg Jeger- og fiskerforening (BJFF)
これは、ノルウェーの最北端、バレンツ海に隣接する小さなコミュニティ、ベルヴォーグの河川から外来種のザトウクジラを駆除するために、ファーウェイと地元の猟師と釣り人の団体であるベルヴォーグ・ジェーガー・オグ・フィスカーフォレニング（BJFF）が、カメラシステムとAIソフトウェアを組み込んだ自動魚捕獲器を開発した話である。ザトウクジマスが河川を遡上しないようにすることで、繁殖のリスクを排除し、河川における外来種の脅威を軽減している。アトランティックサーモンの個体群はさまざまな脅威にさらされているが、侵略的なザトウクジラの脅威は最も大きい。これは、技術を駆使してアトランティックサーモンを救う方法についての物語である。 ザトウクジラの問題は急激にエスカレートしており、その結果、フィッシュトラップの構造は他の河川でも複製して使用できるように準備されている。
最終更新日 21 Jan 2025
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コンテクスト
対処すべき課題
その課題とは、北極圏固有の生物多様性を保全するために、ノルウェーの河川からザトウクジラを効率的に除去することである。ザトウクジマスの自然生息地は太平洋だが、ノルウェーの河川には1960年代から生息している。2017年、ノルウェーの沿岸沿いの河川ではザトウクジラの生息が急速に拡大し、憂慮すべきレベルに近づいた。この外来種のサケの侵入は、在来の生物多様性、特に地元のサケ種に対する脅威として「高リスク」に分類されている。ストレルヴァのイワナは個体数が少なく、苦境に立たされている。もし同じ地域にたくさんのザトウクジマスが産卵すれば、地元の魚にとって非常に高いリスクとなり、壊滅する可能性がある。河川からザトウクジラを駆除する作業は特に困難である。というのも、ザトウクジラは群れをなして水路にやってくることが多く、アトランティックサーモンに混じってやってくるからである。現在、ザトウクジラの駆除はボランティアによって手作業で行われているが、これは非常に非効率的である。
所在地
ノルウェー、トロムス州ベルヴォーグ
北ヨーロッパ
プロセス
プロセスの概要
エッジデバイスは、水中カメラからHDビデオストリームを取り込む。エッジデバイスはビデオストリームを処理し、生のビデオクリップと構造化されたメタデータをローカルのディスクスペースに保存する。
一定期間ごとに、エッジ・デバイスに保存されたすべてのデータはリモート・データ・センターにアップロードされる。データセンターでは、構造化メタデータを使用して新しいAIモデルを訓練する。AIモデルはエッジデバイスにアップロードされ、通常通り機能する。
ビルディング・ブロック
ビデオキャプチャと魚認識モジュール
河川に設置された水中HDカメラにより、ビデオストリームはエッジデバイスに送られる。エッジデバイスは物理的に河川に近く、遅延が少ないという利点がある。高度に最適化されたAI推論ソフトウェアが、リアルタイムの魚認識用に実装されている。
実現可能な要因
AIモジュールに何万枚ものラベル付き写真を提示することで、アルゴリズムはすぐに望ましい精度のレベルに達する。より多くの魚種がシステムを通過するにつれて、アルゴリズムはさらに学習し、より良くなっていく。
教訓
エッジ・デバイスを選別機構の近くに置くことは、非常に効率的であることが証明された。現在、魚の種類はアルゴリズムによって8ミリ秒以内に認識されている。光や背景の色の違いは、魚の認識能力に影響を与える。真っ白ではなく明るい色の背景が最適である。真夜中の太陽はポジティブな効果をもたらし、認識を24時間365日稼働させることができる。
データ収集とモデルの再トレーニング
エッジデバイスによって生成されるデータには種類がある。
- 生のビデオクリップ。エッジデバイスのディスク容量が限られているため、ビデオクリップはマルチレイヤーバックアップでデータセンターに定期的にアップロードされる。この種の生データは、将来の研究やバックトレースにとって有意義である。
- AIモデルからのメタデータ。先に説明したように、AIソフトウェアはビデオストリームに現れた魚を認識する。したがって、メタデータには、実際に魚が写っている画像フレームが含まれる。意味のある画像フレームごとに、魚の位置とカテゴリーがマークされる。このようなメタデータは、魚の計数、魚の習性調査など、より科学的な分析を可能にする。さらに重要なのは、このメタデータが、ソフトウェアで使用されているAIモデルの再学習に使用されることだ。そのうちに、AIモデルはより正確な認識を行うようになるだろう。
実現可能な要因
このソリューションが最適に動作するためには、安定したインターネット接続が必要だ。このソリューションでは光ファイバーが利用できたが、5Gでも問題なく動作するはずだし、4Gでもアップロードをリアルタイムで行うことができるので可能だ。
教訓
一元化されたクラウド・ストレージ・ソリューションを持つことは、現場での投資を削減するために不可欠である。また、このソリューションによって、新規導入の際に過去のすべての学習結果を共有することができ、導入されたすべての既存ソリューションのレベルで状況を把握することができる。各ソリューションは、さらなる学習と品質の向上で貢献し、他のすべてのソリューションに利益をもたらす。
自動選別機構
環境、水流、水深、川底の角度、利用可能な光、電源、インターネット接続など、現地での十分な調査がソリューションに影響を与えるすべての要因です。耐久性のある環境に優しい素材を使用し、水中設置で生きた魚を扱った経験のある企業を利用することが有効です。
実現可能な要因
要するに、機械的な開閉機構がバリアとロックを通過する魚を選別するのだ。地元のサケやイワナは支障なく通過できるが、ザトウクジラと養殖サケは止められ、除去され加工される可能性のあるバリアに選別される。
教訓
このようなソリューションの設置には、優れた計画と熟練したエンジニアが必要だ。強い水流の中での作業は厳しく、専門知識と設備が必要だ。魚が泳ぐことのできる小さな不要な隙間ができるような動きがあってはならないからだ。私たちはまた、不要な魚が産卵のために川を遡上するよりも、見分けがつかない魚はすべて水槽に送って手作業で選別したほうがよいことも学んだ。
影響
様々な理由から、このプロジェクトのインパクトは計り知れない。第一に、この解決策は河川からザトウクジラを効果的に除去し、地域の生物多様性全般の維持とアトランティックサーモンの保護に貢献する。第二に、この解決策は拡張性があり、北極圏の他の汚染されやすい河川にも適用できる。第三に、このシステムは他の手作業による捕獲方法と比べて費用効率が高く、地域社会を疲弊する手作業から解放する。さらに、ザトウクジラは食用になるため、このシステムは経済的利益をもたらす。可能性のある解決策としては、地元の活動家がザトウクジラを罠から取り出し、市場で販売することである。
受益者
- アトランティック・サーモン
- ノルウェー猟師・釣り人協会
- 生物多様性と環境保護を使命とする地元のパートナー組織、NGO、政府機関地方自治体地元の釣り人
持続可能な開発目標
SDG3 - 良好な健康と福祉
SDG11「持続可能な都市とコミュニティ
SDG 14 - 水面下の生活
SDGs17「目標のためのパートナーシップ
ストーリー
2021年6月、ストレルバに第1段階のソリューション設置
Berlevåg Jeger- og fiskerforening (BJFF)
アトランティックサーモン、特にノルウェー北部のサケの将来を懸念する理由は十分にある。昨年、監視対象となった地域の多くの河川で、アトランティックサーモンよりもザトウクジラが多く登録された。これは、他の魚と餌と場所を奪い合い、病気を媒介・拡散させ、地域の水質を汚染する可能性があるという点で問題である。そのため、ノルウェーの河川の生物多様性と生態系が脅かされている。
アトランティックサーモンは北大西洋の固有種であり、ノルウェー最北部の人々のアイデンティティと価値観に不可欠な要素である。したがって、侵略的なハンプバックサーモンと闘い、在来種の資源を維持することは、生物学的・経済的被害を最小限に抑えるだけでなく、私たちの文化や慣習にとっても重要なことなのである。
私たちの小さな遠隔地のコミュニティの多くにとって、絶望は顕著である。何年もの間、毎年夏になると地元のボランティアや河川警備隊が集まり、産卵のために河川を遡上し、在来種の生存を脅かす侵略的なザトウクジラを必死に食い止めようとしている。これまでは、氷に閉ざされた川で網やその他の道具を使って手作業で侵入を食い止めてきた。
地元コミュニティ、国家当局、主要な研究コミュニティはみな、この状況による苦境に直面している。水路、河口域、近海のすべての捕食者を監視し、選別できる解決策を開発することが、すべての利害関係者にとって急務となった。
2021年夏、ファーウェイ社との協力のもと、パイロット・プロジェクトの第一弾がベルレヴォーグ市の「ストレルヴァ」川で開始された。
ここでは、水路を遡上するすべての遡河性魚を特定することが目的だった。6月下旬から9月にかけて、何万枚もの画像を連続ビデオストリームで撮影したところ、ハードウェアと新たに開発したソースコードによって、通過したサケとザトウマスの90％以上を識別することができた。こうして、このシステムは河川に生息するサケとイワナを認識できるようになっただけでなく、外来種のザトウマスも登録できるようになった。私たちはこの目標を余裕をもって達成した。
現在、選別と連動する最新モジュールを開発するための第2段階が開始されている。つまり、機械的な開閉機構によって、バリアとロックを通過する魚を選別するのだ。在来種のサケやイワナはそのまま通過できるが、ザトウクジマスや養殖サケは停止させられ、取り除かれ加工される可能性のあるバリアに選別される。
