КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

---

Номер 23-21-00010

НазваниеРазработка математических моделей, технологий дополненной реальности и машинного зрения для задач автоматизации сбора данных в рыбоводных хозяйствах

РуководительРажев Алексей Олегович, Кандидат технических наук

Организация финансирования, регион ОБЩЕСТВО С ОГРАНИЧЕННОЙ ОТВЕТСТВЕННОСТЬЮ "ЛАБОРАТОРИЯ ЦИФРОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ", Калининградская обл

Период выполнения при поддержке РНФ

2023 г. - 2024 г.

Конкурс№78 - Конкурс 2022 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами».

Область знания, основной код классификатора 01 - Математика, информатика и науки о системах, 01-202 - Интеллектуальный анализ данных и распознавание образов

Ключевые словаматематическая модель, машинное зрение, дополненная реальность, искусственный интеллект, автоматизация, механика, гидродинамика, аквакультура

Код ГРНТИ50.53.17

---

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

---

Аннотация
Отсутствие технологий машинного зрения с последующим интеллектуальным анализом полученных данных с применением математических моделей, описывающих механику и гидродинамику живых систем (гидробионтов) в водной среде, автоматизации сбора статистики с последующей визуализацией характеристик гидробионтов с применением технологий дополненной реальности является научной проблемой, на решение которой направлено настоящее исследование. Применение цифровых технологий для задач моделирования механики гидробионтов в сочетании с технологиями машинного зрения актуально, позволит оптимизировать технологические процессы, увеличить продуктивность бассейнов УЗВ и сократить расходы. В ходе проведенного анализа ранее выполненных исследований выявлено, что на сегодняшний день отсутствуют методы комплексного описания механики гидробионтов с применением математического аппарата, информационных технологий, технологий виртуальной и дополненной реальности и машинного зрения с учетом абиотических факторов окружающей среды, в том числе в рыбоводных хозяйствах. В результате предлагаемого исследования будут получены: математические и имитационные модели, описывающие механику гидробионтов в технических средствах аквакультуры с учетом их реакции на воздействие абиотических и биотических факторов, оптимизированные для применения в многоядерных и гетерогенных вычислительных системах; методы мультифизического подобия рыбоводных ферм для проведения экспериментов на предмет выявления связей между поведенческими характеристиками гидробионтов, их размерными характеристиками и параметрами рыбоводных ферм; технология машинного распознавания движущихся объектов (гидробионтов) в водной среде, определения их пространственно-временных характеристик (формы, положения и ориентации в пространстве в динамике) с применением технических средств трехмерной регистрации во времени (стереовидеосъемки, акустической съемки), семантической сегментации регистрирующих данных; имитационные модели, вычисляющие механические характеристики и видовые признаки гидробионта и их скоплений по траекториям движения; компьютерные программы сбора и анализа данных. Применение технологий дополненной реальности позволит наложить на наблюдаемые в натуре скопления гидробионтов их числовые характеристики (вид, размеры, массу) в режиме реального времени с детализацией до особи. Собранные данные, включая траектории движения (с временными маркерами) будут накапливаться в базе данных с возможностью их дальнейшего извлечения по заданным критериям отбора как с целью дальнейшего изучения их поведения, так и для целей сбора статистики по рыбоводной ферме, их анализа при автоматизации процесса выращивания, в том числе средствами искусственного интеллекта. Данные, накопленным в базе данных, в дальнейшем можно будет использовать при разработке систем имитации (тренажерных комплексах) поведения гидробионтов как в ограниченной (садки аквакультуры) и искусственной (установки замкнутого водоснабжения) среде обитания, так и в естественных водоемах. Результаты научного исследования будут внедрены в разрабатываемую ООО "ЛЦТ" систему автоматизированного проектирования орудий промышленного рыболовства и средств аквакультуры.

Ожидаемые результаты
1. Математические модели, описывающие механику гидробионтов в технических средствах аквакультуры с учетом их реакции на воздействие абиотических и биотических факторов, оптимизированные для применения в многоядерных и гетерогенных вычислительных системах. Значимость разработанных моделей заключается в описании механики гидробионтов как в рыбоводных хозяйствах, так и в естественных водоемах с целью их дальнейшего применения для средств автоматизации сбора данных и их анализа, в том числе средствами искусственного интеллекта. 2. Методы мультифизического подобия рыбоводных ферм для проведения экспериментов на предмет выявления связей между поведенческими характеристиками гидробионтов и их размерными характеристиками, а также параметрами рыбоводных ферм. Значимость заключается в связи механических, гидродинамических, термодинамических, акустических, оптических и параметров освещенности посредством критериальных уравнений. 3. Технология машинного распознавания движущихся объектов (гидробионтов) в водной среде, определения их пространственно-временных характеристик (формы, положения и ориентации в пространстве в динамике) с применением технических средств трехмерной регистрации во времени (стереовидеосъемки, акустической съемки), семантической сегментации регистрирующих данных. Значимость разработанной технологии заключается в создании средств определения механических характеристик движущихся в водной среде формоизменяемых объектов (гидробионтов), средств сбора и расшифровки данных эхозаписей для их последующего анализа, в создании задела для научного коллектива с целью его последующего использования в будущих научных и прикладных исследованиях поведенческих характеристик гидробионтов. 4. Имитационные модели (программные модули), основанные на разработанных в ходе исследования математических моделях, критериях и критериальных уравнениях мультифизического подобия рыбоводных ферм и технологии машинного распознавания движущихся объектов (гидробионтов) в водной среде, вычисляющие механические характеристики и видовые признаки гидробионта и их скоплений по траекториям движения. Имитационные модели будут оптимизированы для вычислений на многоядерных и гетерогенных вычислительных системах. Значимость разрабатываемых имитационных моделей заключается в возможности их дальнейшего применения как для численных экспериментов в будущих научных исследованиях, посвященных проблемам механики гидробионтов, так и в прикладных задачах в виде программных модулей, в том числе модулей расширения разрабатываемой системы автоматизированного проектирования орудий промышленного рыболовства и аквакультуры. 5. Компьютерные программы сбора и анализа данных, разработанные с использованием полученных в ходе научного исследования имитационных моделей. Применение технологий дополненной реальности позволит наложить на наблюдаемые в натуре скопления гидробионтов их числовые характеристики (вид, размеры, массу) в режиме реального времени с детализацией до особи. Собранные данные, включая траектории движения (с временными маркерами) будут накапливаться в базе данных с возможностью их дальнейшего извлечения по заданным критериям отбора как с целью дальнейшего изучения их поведения, так и для целей сбора статистики по рыбоводной ферме и автоматизации процесса выращивания, в том числе средствами искусственного интеллекта. Данные, накопленным в базе данных, в дальнейшем можно будет использовать при разработке систем имитации (тренажерных комплексах) поведения гидробионтов как в ограниченной (садки аквакультуры) и искусственной (установки замкнутого водоснабжения) среде обитания, так и в естественных водоемах. 6. Результаты сравнительного анализа характеристик (количественных, размерных, массовых), полученных в ходе проведения выборочных обловов гидробионтов в экспериментальной установке, с данными, полученными при помощи разработанных программ для ЭВМ и систем видео- и эхо- регистрации. В ходе исследований будут получены данные, которые позволят оценить поведение различных видов гидробионтов на разных этапах выращивания с целью получения максимально возможной рыбопродуктивности. Будут предложены методика визуализации характеристик гидробионтов и их скоплений для дальнейшего освоения в производственных условиях, определены входные и выходные данные нейронной сети для интеллектуального анализа полученных и накопленных данных. Используя результаты исследования рыбоводные хозяйства смогут автоматизировать процесс сбора статистики и оперативного определения требуемых режимов выращивания гидробионтов. Используя технологию дополненной реальности рыбоводные хозяйства смогут наблюдать за физическими характеристиками отдельных особей в режиме реального времени. В процессе выполнения проекта будут опубликовано 5 научных публикаций, 3 из которых в источниках, входящих в международные реферативные базы Web of Science. Будет принято участие в конференциях международного уровня. На разработанные в ходе выполнения проекта программы для ЭВМ будут получены свидетельства о государственной регистрации программ для ЭВМ. Результаты научного исследования будут внедрены в разрабатываемую ООО "ЛЦТ" систему автоматизированного проектирования орудий промышленного рыболовства и средств аквакультуры.

---

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

---