Projekt

Základní informace:

Název: Systém pro monitorování migrací ryb
Řešitel: Jihočeská Univerzita v Českých Budějovicích – Fakulta Rybářství a Ochrany Vod
Cíl projektu: Vytvořit neinvazivní, dostupné a adaptovatelné zařízení, pro monitorování funkčnosti rybích přechodů.
Dílčí cíle:
  • Vytvoření monitorovacího systému, který umožňuje detekci ryb a klasifikace druhů v režimu 24/7
  • Vytvoření metody pro detekci ryb ze siluety a její klasifikace na základě tvaru, která bude pracovat v reálné čase a online (zpracování dat na místě)
  • Vytvoření webové stránky pro uživatele, kde budou moci spravovat monitorovací zařízení, sledovat počty a druhy detekovaných ryb a provádět export dat
Stav projektu: Projekt je ukončen a nyní běží jeho implementační fáze (instalace zařízení na rybí přechody)

Řešitelský tým:

  • Hlavní řešitel: Ing. Petr Císař, PhD
  • Vývoj model konvolučních sítí: MSc. Mohammad Mehdi Ziaei
  • Technické zajištění projektu + programátor: MSc. Ievgen Koliada
  • Zpracování a simulace dat: Ing. Jan Urban, PhD
  • Odlovy ryb a biologická interpretace výsledků: doc. Ing. Miloš Buřič, Ph.D.
  • Odlovy a technická asistence: Ing. Jan Kubec, PhD
Tento projekt je spolufinancován se státní podporou Technologické agentury ČR v rámci Programu Prostředí pro život - SS07020014 s názvem Systém pro analýzu migrace ryb a kontrolu invazivních druhů.

Popis systému

Systém se skládá z monitorovací jednotky, která je umístěná v těle přechodu z počítače, který zpracovává video signál z jednotky přímo na místě a z webového rozhraní, které slouží pro vizualizaci dat pro uživatele. Monitorovací jednotku je možné použít jako pro rybí přechod, tak ji umístit do řeky pro monitorování specifického úseku.
Monitorovací jednotka: skládá se z kamery citlivé v blízké infračervené oblasti a z osvětlovače, který vytváří zadní osvětlení scéna. Jednotka má tvar písmene U a ryby proplavávají mezi kamerou a osvětlovačem. Blízké infračervené spektrum je použit pro monitorování v režimu 24/7, tak aby nerušilo ryby (blízké infračervené spektrum není viditelné pro většinu druhů ryb).
Schéma monitorovací jednotky. Umístění jednotky pro monitorování Všímarského potoka.
Kamera tedy snímá siluetu ryby plavající monitorovací jednotkou. Jednotka má šířku pouze 5 cm, aby co nejméně ovlivňovala proudové poměry v monitorovacím místě. Z tohoto důvodu je obrázek pořízený kamerou omezen na úzký výřez.
Jednotlivé snímky z kamery pro okouna.
Takových snímků je 180 za sekundu, takže dokáží zachytit i rychle plavající ryby. Počítačový program, který běží na výpočetní jednotce Jetson ORIN nano, provede detekci objektů v každém snímku pomocí metody odečítání adaptivního modelu pozadí. Tak jsou detekovány všechny objekty, které se ve vodě vyskytnou. Z každého snímku je vybrán jen úzká prostření proužek a všechny proužky jsou poskládány za sebe, aby vytvořili tzv kompozitní obraz.
Kompozitní obraz vytvořený z jednotlivých proužků

Takto vznikne celkový obrázek objektu, kterým může být ryb, bubliny, větve, listy či jiné objekty.

Každý takový kompozitní obraz se zpracuje pomocí konvoluční neuronové sítě YOLOv11n, která je natrénovaná na detekci a klasifikaci 19 druhů ryb a ostatních objektů (vše co není ryba). Klasifikace dosahuje úspěšnosti 96% (mAP – metrika používaná pro hodnocení kvality detekce a klasifikace). Výsledný obrázek je uložen ve výpočetní jednotce a je proveden záznam o detekované rybě. Uloží se informace o času, směru, a druhu ryby. Tyto informace se odešlou jednou za den na server, který provádí vizualizaci dat pro uživatele.

Uživatel pak přistupuje k výsledkům detekce a klasifikace prostřednictvím webového rozhraní. To umožňuje živý náhled na výsledky monitorování pro danou jednotku, zobrazení počtů a druhů ryb pro dané období a jednotku a export informací do XLSX formátu pro další zpravování.

Ukázka webového rozhraní pro vizualizaci detekovaných ryb.

Použití systému:

  • Hlavní využití systému je pro monitorování funkčnosti rybích přechodů
  • Systém dokáže klasifikovat i nepůvodní druhy ryb, a proto je možné ho využít pro monitoring nepůvodních druhů
  • Využití pro analýzu migrací vybraných druhů ryb
  • Využití pro monitorování malých vodních toků a migrací ryb

Výhody systému:

  • Nízká cena (od 20 tis Kč na přechod) v porovnání s dostupnými systémy na trhu.
  • Minimální rozměry a adaptability systému. Systém je možné umístit do jakéhokoliv typu přechodu.
  • Systém je možné provozovat v ostrovním režimu s využitím fotovoltaických panelů a GMS přenosu dat na server. Spotřeba systému je od 45W.

Nevýhody:

  • Nutné pravidelné čištění systému (závisí na znečištění vody)
  • Maximální velikost monitorovaného průchodu je 40 cm.