Midtfjordskomplekset vil trenge bærekraftig og forutsigbar matforsyning; EL*KYB autonom fiskefangst sparer ressurser og hindrer overfiske.

Transkript

1 Midtfjordskomplekset vil trenge bærekraftig og forutsigbar matforsyning; EL*KYB autonom fiskefangst sparer ressurser og hindrer overfiske. Lagsammensetning Laget er satt sammen av engasjerte ingeniørstudenter fra linjene Kybernetikk og robotikk og Elektronikk, med den hensikt å ha en lagsammensetning spesialisert for å lage autonome systemer.fra linjen elektronikk har Carl og Glenn kunnskaper og kompetanse innenfor henholdsvis design av integrerte systemer og data og objektorientert programmering for integrerte systemer. Fra linjen Kybernetikk har Per Johannes, Byung og Mathias kunnskap og kompetanse om konstruksjon av innebygde systemer og fartøystyring med personlig engasjement innenfor henholdsvis realiserbarheten av tekniske løsninger, sanntidsprogrammering, modularisering og produktsikkerhet. Dette gir en unik mulighet til å løse oppgaver basert på komplekse, autonome systemer. Problemstilling Gruppen jobbet med idéen om autonom fangst av fisk. Gruppemedlemmenes bakgrunn bidro sterkt til valget siden tre medlemmer studerer kybernetikk og to elektronikk og problemet virket sterkt knyttet til kunnskapsområdet.

2 Representasjonen av produktet Systemet har som mål å løse problemer knyttet til autonom fiskefangst. Fordeler med autonom fangst av fisk vs. konvensjonelle metoder Automatisert fangst sparer menneskelige ressurser og er tryggere. Den første åpenbare fordelen ved automasjon av fiske syntes å være tidsbesparelse. Selv om dette kan være en fordel isolert sett så vil dette kunne oppveies av at den norske fiskeflåten allerede har stor kapasitet, og har blitt bevisst redusert de siste tiårene. Derfor vil ikke dette være en stor motivasjon for automatisering. Derimot er fisket en farlig arbeidsplass, der yrkesrisikoen er beregnet til å være 4,6 ganger større enn jord og landbruket. Dette gjelder spesielt for de mindre fartøyene (<15 m), der risikoen er 10 ganger så stor som i landbruket [1]. En autonom løsning vil dermed kunne redusere personrisikoen i stor grad. Undervannsfartøyer utsettes for andre påkjenninger enn overflatefartøyer Under havoverflaten er det relativt stille, uavhengig av vær og vind på overflaten. En parallell til dette er surfere og hvordan surfingen fanges på film. Når bølgene bryter mot stranden vil surferen akselereres på grunn av det flytende fartøyet (surfebrettet). Fotografen vil imidlertid dykke rett under overflaten mens kameraet holdes over overflaten ved hjelp av et lite håndtak. Følgene er at dersom surferen gjør feil vil bølgene føre til store belastninger og potensielt skader på både person og utstyr. Fotografen vil på sin side være trygg under bølgen, slik at bølgen bare glir forbi ovenfor. Ved å benytte selvgående undervannsfartøyer vil systemet kunne utnytte denne fordelen. Fartøyene unngår belastningene som ellers ville kommet av å bevege seg i bølgene og kan operere garn eller andre innretninger for selve fangsten i roligere omgivelser. System i helhet: Ved å utnytte datakapasiteten og teknologi for kommunikasjon under vann kan systemet benytte samarbeidende selvgående fartøyer, droner, til å lokalisere, kartlegge, fange og transportere fisk. Speiderdrone: Ser etter mulige fiskestimer og følger dem, kontakter så kartleggingsdronene dersom den har funnet mulige mål. Til å utføre denne jobben, skal dronen bruke datasyn ved å benytte undervannskamera i tillegg til at den tolker reflekterte signaler som sendes ut. Dronen skal bli programmert slik at den følger etter spesiell art type. Utifra 3D modellen skal fiseartene

3 klassifisere som befinner seg i stimen ved hjelp av bildebehandling. Dersom det er en fiskeart som står i fare for overfiske vil dronene trekke seg tilbake sende ut varsling. Kartleggingsdrone: Disse dronene vil jobbe i lag på 4 eller mer. Dronene vil ta i bruk en eller flere av følgende: ekkolodd/sonar, laser, ultralyd, avhengig av hva som fungerer best sammen og har best rekkevidde. Det er her nødvendig å finne et system som tåler flere kilder uten at det oppstår støy mellom dem, i tillegg til at frekvens områdene til forskjellige pulser ikke ligger på frekvensområdet til kommunikasjonen, for eksempel hvis 4 droner sender ut lydbølger samtidig, kan det som blir reflektert tilbake muligens bare være støy. Vi må derfor undersøke om det er mulig å ha flere sendere slik at vi kan lage et 3D bilde av fiskestimen som blir kartlagt. Dronene vil ta i bruk sonar dersom de er langt i fra fiskestimen. På nært hold vil dronene bruke laser for å kartlegge stimens størrelse, samt gjøre beregninger på stimens totale masse. Ved bruk av laser fra fire forskjellige punkter (foran,bak,oppe og nede, evt. foran,bak,høyre og venstreside) vil det være mulig å lage en 3D modell av fiskestimen. Laserne vil utføre skannene ved å sveipe opp og ned med en vinkel på omtrent 120 grader. For å unngå at laserene interfererer med hverandre, burde det bli implementert en algoritme for sveipet. Kartleggerdronene vil fungere som jaktdronenes øyne. Når Fiskestimen er blitt klassifisert vil K dronene trekke seg tilbake og bruke sonar for å få bedre oversikt og rekkevide over stimen i forhold til området rundt. Jaktdronene vil så bruke informasjonen fra K dronene til å starte fangst av fisker. Jaktdrone: Når forkomst av fisk er kartlagt kan den fanges på ulike måter. Gruppen tok utgangspunkt i en metode inspirert av hvordan rovfisk og tannhvaler jakter. Hovedprinsippene er å benytte lydsignaler til å detektere fisk og om mulig gjete fisken sammen til kompakte formasjoner for enklere innsanking. Ulike lydsignaler kan påvirke forskjellige fiskearter på ulike måter, og kan muligens benyttes til å skille ut enkelte arter. Fisk har en sterk evne til å detektere lavfrekvent lineær akselerasjon, eller Infralyd. Infralyd oppstår når fisk svømmer. Små fisk som er byttedyr vil trekke seg unna infralyd for å unngå rovdyr. Rovfisk vil på den andre siden tiltrekkes av infralyd. Med under vannshøyttalere, kan vår drone lage en eller flere frekvenser i et fast mønster av pulser på et bestemt volum. Ved å kombinere forskjellige pulser, er det mulig å skremme fisk av bestemte arter til å bevege seg i retning bort fra dronene. På denne måten kan vi beregne omfanget av ulike impulser som kommer fra våre droner og få fiskene til å flytte til en bestemt posisjon og få dem til å bli der. Det er også mulig å kombinere ulike typer lys og lyder for å sortere ut de fiskeartene vi ønsker å fange.

4 Flere av denne type drone kan plasseres slik at en gruppe av fisker blir dyttet til et bestemt sted. Etter at de dronene har klart å samle fiskene et sted, blir fiskegarn eller andre metoder brukt av dronene til å fange fiskene. Når det gjelder ultralyd så har noen fiskeartene klart å utvikle seg evnen til å sense (høre, føle...) høyfrekvent lyd. Muligens som beskyttelse mot rovfisk som delfiner og spekkhogger som avgir slike frekvenser. Dette gjelder arter som hovedsakelig befinner seg andre steder enn i Norge, så vårt system bør benytte mer lavfrekvente signaler. Det er viktig at frekvensområdet til undervanns kommunikasjonen mellom dronene ikke overlapper med disse frekvensene. Slik at signalene med forskjellige formål kan skilles fra hverandre ved hjelp av filtere. Den naturlige resonansfrekvensen til luftveien til menneskene ligger i infralydområdet (<20 Hz) på rundt Hz, så vi må passe på at det ikke er dykkere nærheten der jaktdronene opereres. En annen ting som må passes på er at de dronene ikke blir laget av materialer som har resonansfrekvens på de frekvensområdene signalene ligger på. Mothership: Mothership har to hovedoppgaver som den skal utføre: 1. oppbevaring av fisk 2. ladestasjon. Induktivt ladning som ved hjelp av et elektromagnetisk felt som overfører energi vil bli benyttet til å lade opp de forskjellige dronene. Når en drone begynner å gå tomt for batteri så vil den sende varslinger til skipet. Da vil skipet sende ut en erstatter og dronen vil komme tilbake og begynne å lade ved hjelp av induktivt ladning. Jaktdronene skal frakte fiskene som er fanget i garnet. Når det skjer, vil sensoren (eks. ekkolodd) som er plassert ved inngangen av lagringsplassen av fisker begynne å telle hvor mange fisker som strømmer inn og begrense antall fisker som blir fanget. Sikkerhet: Antihai system: Bruk av spesifikke signaler som holder uønskede rovdyr unna, slik at utstyr/droner ikke blir angrepet og ødelagt. Dette vil samtidig beskytte disse dyrene mot skade fra dronene. For å kunne skremme vekk enkelte arter forutsettes det at man finner de riktige typer signaler til formålet. Infrapuls kan for eksempel tiltrekke rovdyrene. De kan misstolke dette som at det er fisker i små størrelser som befinner seg der pulsen kommer fra. Da kan ultrapuls (typisk høyfrekvent lyd spekkhoggere lager) benyttes til å skremme vekk rovdyrene. Med riktig bruk av pulser med forskjellige frekvenser og intensitet, kan vi forebygge at dronene blir angrepet av rovfiskene.

5 Andre bruksområder for systemet: 1. Droner a. Kartlegge og fiskebestander av ulike slag for å sikre bærekraftige mengder b. Kartlegging av området, for hver gang dronene er ute på oppdrag, vil det bli hentet informasjon om havområdet ved hjelp av sonar og GPS som kan bli brukt til å danne oversiktlige kart. c. Droner til bruk av havrensning d. K dronene vil være utrustet med sofistikerte lasere som kan gjøre viktige observasjoner på Midtfjordskompleksets utside. K dronene kan gjøre jevnlige analyser av kompleksets utside for å forebygge ulykker som følge av slitasje. 2. Signalkilder a. Både konvensjonelle og fremtidige teknologier for energiutvinning kan innebære trusler for dyrelivet under vann. Det har allerede vært utprøvd systemer som med suksess har holdt fisk unna inntakspunkter for kjølevann. Tilsvarende vil man kunne bruke et fyrtårn som sender ut spesifikke signaler for å skremme fisk unna Midtfjordskompleksets energiforsyningsanlegg. Kilder: 1.