Новая система будет применяться в условиях замкнутого водоснабжения и позволит сократить расходы предприятий на лечение рыбы, а также снизить риски развития болезней гидробионтов. В состав научного коллектива вошли сотрудники и студенты Донского государственного технического университета. Руководителем проекта выступил декан факультета «Агропромышленный» ДГТУ Дмитрий Рудой.
Задачей системы, по словам разработчиков, является выявление аномалий в поведении рыб ценных пород, выращиваемых в установках замкнутого водоснабжения, и предупреждение, с учетом этих аномалий, заболеваний на ранних этапах. Программный продукт, готовый к применению в промышленных условиях, позволит решить задачу повышения производительности предприятий отрасли за счет сокращения расходов на лечение рыбы и минимизации экономических потерь от ее гибели.
Архитектуру системы реализуют алгоритмы компьютерного зрения и нейросетевая модель глубокого обучения, позволяющая классифицировать поведенческие паттерны особей, а также алгоритмы для мониторинга качества воды, которые будут осуществлять обработку данных, передаваемых датчиками среды (кислород, температура, pH).
– Обрабатывая значения таких параметров, как скорость и траектория движения отдельной рыбы, пространственное распределение группы рыб в бассейне, нейронная сеть способна разделить поведение животного на разные типы и сделать вероятностное предположение о наличии отклонений, – отметила лидер проекта, студентка 4-го курса Института опережающих технологий «Школа Икс» ДГТУ Татьяна Макарова. – Оценка же качества воды осуществляется алгоритмом, определяющим несоответствия текущих значений заданным нормам. Разрабатываемая система предназначена для использования в условиях выращивания рыбы с применением установок замкнутого водоснабжения (УЗВ), но имеет потенциал использования в садковых фермах.
По словам научного наставника проекта, заместителя декана по НИР и инновационной деятельности факультета «Агропромышленный» ДГТУ, д.б.н., профессора кафедры «Технические средства аквакультуры» Ирины Ткачевой, нейросеть, определяя поведение на новых данных, может столкнуться с принципиально новым типом, что может привлечь внимание научного сообщества. Кроме того, системный анализ параметров среды и поведения может привести к выявлению ранее неизвестных корреляций. Собранный и размеченный набор данных по различным типам поведения рыб, включающий видео и значения параметров внешней среды, будет использован в качестве материала для научно-исследовательских работ и последующих этапов развития цифровой системы.
– Данные по поведенческим особенностям рыб и значениям параметров среды позволят делать выводы о начале развития заболеваний, что даст возможность своевременно проводить комплекс мероприятий по предотвращению их развития на ранних стадиях, – прокомментировала Ирина Ткачева.
По мнению Ирины Ткачевой, вычисляя скорости и пространственное распределение с помощью алгоритмов компьютерного зрения, система способна оценить состояние объекта со степенью точности, недоступной для человеческого восприятия. Например, есть возможность заменить абстрактное понятие «апатичность», являющееся клиническим признаком вирусной инфекции, на числовое значение, определить пороговые значения нормального поведения и сигнализировать о выходе за пределы этих значений.
– На мировом рынке есть компании, функционал разработок которых имеет сходство с нашей системой. Например, продукты канадской компании ReelData – ReelAppetite, корректирующий систему кормления рыбы с учетом количества несъеденного корма; ReelBiomass, определяющий массогабаритные характеристики рыбы; разработка iFarm норвежской компании Cermaq, направленная на развитие индустриального рыбоводства в условиях садкового фермерства. Камера на устройстве, расположенная внутри садка, оснащена датчиками с компьютерным зрением, которые по внешнему виду рыбы определяют ее состояние и массу, – рассказал декан факультета «Агропромышленный» ДГТУ Дмитрий Рудой. – Но сегодня в связи с уходом иностранных компаний с российского рынка одна из важнейших задач, которая стоит перед отечественными учеными, – импортозамещение.
____________________________________________________________________________________
Справка: гидробионты – организмы, приспособленные к жизни в водной среде, населяющие морские и материковые водоемы.