Fish monitoring in river by deploying IoT-UWSNs

الأنهار هي مكتبات حية، تحمل تياراتها قصص عدد لا يحصى من الأنواع التي تعتمد عليها من أجل البقاء. لقرون، تطلب فهم هذه النظم البيئية المائية من الباحثين الخوض في الماء، والاعتماد على الشباك والأعين البشرية لعد الأسماك وتخمين حالتها الصحية. اليوم، يبرز نهج جديد يمزج بين العالم المادي والذكاء الرقمي. يعتمد هذا الأسلوب على "إنترنت الأشياء"، وهو مفهوم حيث ترتبط الأشياء اليومية بالإنترنت لمشاركة المعلومات، وعلى شبكات الاستشعار تحت الماء، التي تعمل مثل جهاز عصبي تحت السطح. ومن خلال وضع أجهزة ذكية في الأنهار، يمكن للعلماء الآن جمع البيانات باستمرار دون الحاجة إلى وجود بشري دائم. الهدف بسيط ولكنه عميق: مراقبة مجموعات الأسماك بنفس الرعاية التي يوليها البستاني لحديقته، باستخدام التكنولوجيا لرصد التغييرات في الوقت الفعلي وحماية التوازن الدقيق للحياة تحت الماء.

في دراسة حديثة، قام باحثون من مؤسسات في باكستان ببناء نظام يجسد هذه الرؤية، مصمم خصيصاً لمراقبة الأسماك في بيئات الأنهار. لقد أنشأوا إطاراً رقمياً يستخدم كاميرات مجهزة بالذكاء الاصطناعي لالتقاط صور للأسماك ثم تحديد الأنواع الموجودة فوراً. تخيل كاميرا لا ترى مجرد شكل في الماء، بل تفهمه، تميز سمكة التراوت عن السلمون دون الحاجة إلى إنسان ينظر إلى الصورة أولاً. طور الفريق منصة برمجية تعمل على جهاز كمبيوتر مكتبي قياسي، تعمل كدماغ للعملية. يتصل هذا البرنامج بالكاميرات، ويعالج الصور، ويعرض النتائج على شاشة حيث يمكن لأي شخص رؤية العدد الحالي للأسماك وأنواعها. تم تصميم النظام ليعمل تلقائياً، حيث يلتقط الصور في فترات زمنية محددة ويحدث الإحصائيات دون الحاجة إلى أن يضغط أي شخص على زر، مما يجعل من الممكن مراقبة حياة النهر وهي تتكشف من وراء مكتب يبعد أميالاً.

قلب هذا المشروع هو قطعة من البرمجيات تم تدريبها على التعرف على الأسماك، تماماً كما يتعلم الشخص تحديد الطيوت من خلال ريشها وشكلها. لقد علم الباحثون الكمبيوتر باستخدام مجموعة كبيرة من الصور التي تظهر أنواعاً مختلفة من الأسماك في ظروف إضاءة وزوايا متنوعة. وبمجرد أن تعلم الكمبيوتر هذه الأنماط، اختبروه باستخدام صور جديدة. كانت النتائج مشجعة؛ حيث حدد النظام الأسماك في صور الاختبار بدقة بلغت حوالي اثنين وتسعين بالمائة. لقد نجح في التمييز بين أنواع مثل الماكريل الحصان، والروبيان، والسمك الأحمر، والتراوت، وعرض الأعداد على لوحة تحكم تتحدث مع ورود بيانات جديدة. كما بنى الفريق نظام تسجيل دخول آمناً بحيث يمكن للأشخاص المصرح لهم فقط عرض أو إدارة البيانات، مما يضمن بقاء المعلومات آمنة مع بقائها متاحة في الوقت نفسه لمن يحتاجونها.

وللتأكد من أن النظام يعمل كما هو مخطط له، أجرى الباحثون سلسلة من الفحوصات. فقد تحققوا من قدرة الكاميرات على التقاط صور واضحة، ومن قدرة البرنامج على عد الأسماك بدقة، ومن ظهور الأرقام على الشاشة فوراً دون تأخير. كما اختبروا القدرة على إضافة أنواع جديدة من الأسماك إلى ذاكرة النظام، مما يسمح للأداة بالنمو والتكيف مع اكتشاف أنواع أكثر أو مع تغير سكان النهر. يعتمد الإعداد بأكمله على واجهة محلية حيث يمكن للمستخدمين اختيار ملفات الصور للمعالجة، والتي تعمل على جهاز كمبيوتر مكتبي لمحاكاة عملية المراقبة. وبينما تم اختبار النظام في بيئة محاكاة لإثبات نجاح المفهوم، أشار الباحثون إلى أنه يقتصر حالياً على محاكاة رقمية ولا يمكن تطبيقه بعد على توجيه معلومات المياه السطحية.

يمثل هذا العمل خطوة هامة للأمام في كيفية مراقبة مجارينا المائية، حيث يوفر وسيلة لجمع معلومات كان من الصعب أو المستحيل الحصول عليها سابقاً. ومن خلال أتمتة اكتشاف وعد أسماك، يحرر النظام الوقت للباحثين للتركيز على ما تعنيه البيانات بدلاً من مجرد جمعها. ويقر المؤلف بأن هناك المزيد من العمل الذي يتعين القيام به، مثل تحسين قدرة النظام على التعامل مع الظروف المختلفة تحت الماء وتوسيع مكتبة الأسماك التي يمكنه التعرف عليها. كما يخططون لاختبار هذه التكنولوجيا في بيئات واقعية، والانتقال إلى ما وراء محاكاة الكمبيوتر لمعرفة كيفية أدائها في نهر جارٍ. في الوقت الحالي، يقف هذا المشروع كإثبات للمفهوم، يظهر أنه مع المزيج الصحيح من الكاميرات، والبرامج الذكية، والاتصالات بالإنترنت، يمكننا أن نبدأ في الاستماع إلى القصص الهادئة التي ترويها الأنهار عن الحياة التي تحتضنها.