Цель проекта

В нашем проекте разрабатывается ряд технических решений, предназначенных для поиска и идентификаций в океане крупных скоплений промысловой рыбы с применением данных съемок спутниками дистанционного зондирования Земли. Сегодня мониторинг состояния и динамики обитающих в океане крупных сообществ морской фауны производится в целях научных исследований, экологического мониторинга, природоохраны (пресечение незаконного лова) оценки объема и состава биоресурсов, а также и для рыбопромысловой разведки. Традиционно сбор необходимой информации производился с курсирующих по океану судов, а также дистанционно – путем авиаразведки. С появлением систем дистанционного зондирования Земли из космоса масштаб наблюдения стал более глобальным. В частности, в целях мониторинга океана специалистам доступны полученные со спутников данные измерений большого числа океанологических характеристик (например, температура поверхности, содержание хлорофилла и т.п.). В течении последнего десятилетия появились также спутники ДЗЗ, производящие съемку поверхности Земли с разрешением 1 метр и выше. Такое разрешение уже позволяет детектировать и впоследствии идентифицировать отдельные объекты.

Ключевые идеи проекта

Рыболовные суда, ведущие промысел, большинство времени проводят в поиске скоплений промысловой рыбы. Долгий период поиска – это большие расходы, поэтому специалисты ищут пути по совершенствованию рыбной разведки. Сейчас основным инструментом поиска у рыбаков являются гидролокаторы, имеющие ограниченный радиус действия. Для локализации районов поиска используются рыбопромысловые прогнозы, составляемые специалистами на основе данных многолетних наблюдений за поведением промысловых рыб и выявленных связей с текущими характеристиками океана и временем года. Большая часть рыб промысловых пород (называемых пелагическими) проводит время неглубоко под морской поверхностью; в этом случае рыбное скопление может наблюдаться визуально. Используя этот факт, в свое время специалисты связывали большие надежды с применением авиациационной рыборазведки, так, чтобы наблюдатели непосредственно с борта самолета могли бы обнаруживать скопления рыбы и передавать эту информацию на рыбопромысловые суда. К сожалению, оказывается, что авиационная рыборазведка эффективна только в случаях, когда на ее основе координируются действия большого числа судов (в идеале – нескольких десятков), поскольку средства авиации дорого в эксплуатации. Мы проанализировали накопленный в данной области опыт и обнаружили данные специалистов о том, что крупные пелагические скопления промысловой рыбы можно наблюдать в том числе и из космоса. Предварительные оценка показывают, что характеристики съемочной аппаратуры многих действующих спутников ДЗЗ (таких как Worldvew, Geoeye, Pleiades, SPOT) способны обеспечить необходимое качество съемки для детектирования и идентификации рыбных скоплений. В нашем проекте мы установим и обоснуем технологии получения необходимой съемки, ее обработки, детектирования и идентификации рыбных скоплений и получения информации об их координатах.

Решаемые задачи

В нашем проекте мы выдели основные задачи, алгоритм решения которых предстоит разработать:

  1. Определение районов поиска. Зоны океана, где производится лов рыбы, имеет площади в десятки и сотни тысяч квадратных километров, в то время как один снимок высокого разрешения захватит несколько квадратных километров. Понятно, что сплошную съемку всей акватории оперативно произвести невозможно. Необходимо установить ключевые признаки, которые позволят определить районы интереса.
  2. Локализация мест съемки. Чтобы убедиться в наличии в данном месте крупного скопления рыбы – необходимо зафиксировать рыбное скопление на снимке со спутника: скопление должно обязательно попасть в кадр. При этом необходимо учесть одновременно миграцию рыбы, наличие спутника над данным районом, погодные условия и т.п.
  3. Идентификация рыбного скопления. Даже опытный наблюдатель может перепутать с рыбным скоплением какой-то из объектов, похожих по цвету и размерам: скопление водорослей или мусора, тени от облаков и т.п. Требуется метод надежной идентификации рыбного скопления на базе одной из техник компьютерного распознавания объектов по объективным параметрам.

Ограничения и трудности

Существуют объективные ограничения разрабатываемой нами технологии для применения на практике, в частности:

  • Многие промысловые районы, особенно в северных морях, бывают часто закрыты облачностью, что делает спутниковую съемку невозможной. Устойчивое применение технологий возможно на ограниченном числе районов.
  • Существующие спутники высокого разрешения ориентированы в первую очередь на съемку суши. В случае необходимости съемки рыбного скопления, спутник может быть недоступен: занят другой задачей или его траектория не будет находится над требуемым районом.

Перспективы развития и применения

Несмотря на указанные ограничения, мы убеждены, что разработка данных технологий будет новым уровнем развития рыбной разведки и, в общем случае, систем мониторинга океанских аквакультур. В частности, специалисты считают весьма перспективным применение средств дистанционно управляемой авиации для мониторинга рыбопромысловых районов. В этом случае, комбинирование результатов мониторинга от БПЛА и от спутников, очевидно, на порядок улучшит качество поиска. Помимо этого, разработанные нами методы обработки результатов съемки морской поверхности могут быть адаптированы к применению на БПЛА.