OceanVision
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OceanVision
Autonomous System for offshore fish farm monitoring
Project Description
The primary goal of this project is to prototype, partially develop (using already proven technologies) and demonstrate an autonomous system for offshore fish farm monitoring.
The technology readiness of the proposed approach, as well as the relevance and cost saving effects of having a remote system for environmental surveillance and monitorization that can provide surveillance of an offshore fish farm with significant gains in the operational results of such production units, will be demonstrated.
The system, equipped with the appropriate payload (for example, a high-definition daylight camera with zoom capability, IR camera or other sensors), will transmit relevant information (e.g., sea surface temperature and hyperspectral signatures for identification of algae blooms or oil spills) to the control centre, resulting in targeted site inspections and deployment of pre-emptive safety measurements. Taking further advantage of the system, measurements like
meteorological sensors or AIS receivers will be collected, providing essential information to have an integrated situational awareness and a more successful and sustainable offshore fish farming exploration.
Using the developed system for other applications, such as port surveillance and monitoring, is envisioned within the scope of this project. An effective monitoring of port activities can be integrated into port management by providing additional capabilities for anticipating workloads and ensuring that the right assets are at the right time at the right place. Thus, the system will aggregate information to allow real-time monitoring and surveillance of ports at a large scale facilitating the business, as well as state intervention in administrative matters.
OceanVision
Sistema autónomo para monitorização de viveiros de peixe em alto-mar
Descrição do projeto
O objetivo principal deste projeto é prototipar, desenvolver parcialmente (usando tecnologias já comprovadas) e demonstrar um sistema autónomo para monitorização de viveiros de peixe em alto-mar.
A prontidão tecnológica da abordagem proposta, bem como a relevância e os efeitos de poupança de custos de ter um sistema remoto para vigilância e monitorização ambiental que possa fornecer vigilância de um viveiro de peixe em alto-mar com ganhos significativos nos resultados operacionais dessas unidades de produção, serão demonstrados.
O sistema, equipado com uma ferramenta de monitorização adequada (por exemplo, uma câmara de alta definição com capacidade de zoom, câmara IR ou outros sensores), transmitirá informações relevantes (por exemplo, temperatura da superfície do mar e assinaturas hiperespectrais para identificação da floração de algas ou derrames de petróleo) para o centro de controlo, resultando em inspeções específicas no local e na implementação de medidas de segurança preventivas. Aproveitando ainda mais o sistema, medições como sensores meteorológicos ou recetores AIS serão recolhidas, fornecendo informações essenciais para uma maior consciência situacional integrada e uma exploração de viveiros de peixe em alto-mar mais bem-sucedida e sustentável.
A utilização do sistema desenvolvido para outras aplicações, como vigilância e monitorização de portos, é uma possibilidade dentro do âmbito deste projeto. Uma monitorização eficaz das atividades portuárias pode ser integrada na gestão portuária, proporcionando capacidades adicionais para antecipar cargas de trabalho e garantir que os ativos certos estejam no lugar certo, na hora certa. Assim, o sistema irá agregar informações para permitir a monitorização e vigilância em tempo real de portos em grande escala, facilitando o negócio, bem como a intervenção estatal em questões administrativas.
Results Summary
Aquaculture, a rapidly growing global food sector, supplies nearly half of the world's consumed fish. In Europe, it contributes less than 20% to total fish production, yet sustains 91,000 jobs. Particularly vital in the Atlantic Area and remote rural regions, there is potential for improvement, especially through offshore and ocean aquaculture. This project focuses on Precision Fish Farming (PFF) to enhance offshore aquaculture. Objectives include improving accuracy, enabling autonomous monitoring, providing reliable decision support, and reducing manual labor dependencies for staff safety. The shift offshore minimizes contamination of the benthic ecosystem. The project employs remote monitoring technology, utilizing autonomous aerial vehicles and remote sensing. It addresses key variables affecting fish farms, such as weather, water currents, and pollutants. Notably, wave monitoring, algal bloom monitoring, and meteorological monitoring are incorporated for better farm management. Wave monitoring aids fisheries, offshore aquaculture, and coastal studies, utilizing a cost-effective video-monitoring system. Algal bloom monitoring is crucial for timely intervention to prevent economic losses. Continuous meteorological monitoring informs farm management decisions. Introducing port monitoring as a novel concept, the project recognizes its relevance in the maritime sector. The integrated tool proposed for real-time monitoring and surveillance of ports enhances efficiency in managing port activities, offering a broader view of operations.
In essence, the project seeks to revolutionize aquaculture through technological advancements, promoting sustainability, economic resilience, and improved monitoring practices across offshore and port operations.
The main goal of this project is to create a prototype, partially develop, and showcase an autonomous system designed for monitoring offshore fish farms. Leveraging proven technologies, the project aims to demonstrate the technological readiness of this approach. The key focus is on establishing the relevance and cost-saving benefits of implementing a remote system for environmental surveillance and monitoring. This system, equipped with various sensors such as a high-definition daylight camera, will transmit pertinent information, including hyperspectral signatures for identifying issues like algae blooms, to a control center. This will facilitate targeted site inspections and the implementation of preemptive safety measures. Furthermore, the project envisions the collection of additional measurements, such as meteorological data, to enhance situational awareness and promote the success and sustainability of offshore fish farming operations. The developed system is versatile and can be applied to other scenarios, such as port surveillance and monitoring. Monitoring port activities in real-time can contribute to efficient port management by predicting workloads and ensuring optimal asset deployment.
This aggregated information not only benefits business operations but also aids state intervention in administrative matters. In the initial stages of development, a comprehensive evaluation of potential aerial platforms was conducted, comparing them against each other. Following this assessment, it was determined that a drone would be the most advantageous solution for achieving the project's objectives. Subsequently, the drone solution became the baseline for the aerial vehicle in the project. The central emphasis of this undertaking revolves around the meticulous design of two pivotal systems: the base station and aerial vehicle. These components play integral roles in the overall project and demand careful attention to detail. A key feature of the system design is the establishment of a link between the aerial vehicle and the Ocean Vision platform. This platform serves as a landing and recharging station for the air vehicle, providing protection from the harsh environment during non-flight operations. The base station underwent a comprehensive design process to ensure autonomous operation and accommodation of all requisite subsystems. Consideration was given to the station's stability in adverse weather and sea conditions, with a specific focus on meeting rolling stability requirements. Structural analysis confirmed the station's ability to withstand maximum forces identified during hydrodynamic analysis, revealing a safety factor exceeding the proposed one. The team took a holistic approach to the base station design, incorporating technical, safety, and reliability considerations to deliver a robust solution aligned with project requirements.
Regarding the aerial vehicle, the team opted for a Commercial Off-The-Shelf (COTS) solution from Beyond Vision, specifically the HEIFU hexacopter. The HEIFU, known for its autonomous capabilities, power, and stability, emerged as a suitable choice for the proposed missions. Utilizing a Commercial Off-The-Shelf solution for the aerial vehicle offers a cost-effective and efficient option, eliminating the need for custom design and development.
In the development of the OceanVision sensor payload, our primary focus was on capturing challenging environmental parameters, specifically wave characteristics and harmful algal blooms, which are traditionally difficult to obtain. Wave monitoring entails video analysis of wave patterns, while hyperspectral sensors are employed for monitoring harmful algal blooms. The versatility of the OceanVision system extends beyond its initial purpose to encompass port and site management, offering a high-altitude platform equipped with a payload package suitable surveillance applications.
The prototype Payload package is centered around the Raspberry Pi Compute Module 4 as the system's core, coupled with a Raspberry Pi High Quality camera chosen for its compatibility and superior image quality. Additionally, the project integrates a Hamamatsu hyperspectral sensor for precise measurement of algae concentration. The inclusion of a gimbal system ensures three-axis stabilization, facilitating accurate monitoring and the capability to observe the area of interest from a moving aerial platform.
Sumário dos resultados:
A aquacultura, um setor alimentar global em rápido crescimento, fornece quase metade do peixe consumido no mundo. Na Europa, contribui com menos de 20% da produção total de peixe, mas sustenta 91.000 empregos. Particularmente vital na Área Atlântica e em regiões rurais remotas, existe um potencial de melhoria, especialmente através da aquacultura em alto-mar e oceânica. Este projeto foca na Aquacultura de Precisão (PFF) para melhorar a aquacultura offshore. Os objetivos incluem melhorar a precisão, possibilitar a monitorização autónoma, fornecer apoio à decisão fiável e reduzir as dependências de trabalho manual para a segurança dos funcionários. A mudança para o alto-mar minimiza a contaminação do ecossistema bentónico. O projeto utiliza tecnologia de monitorização remota, com veículos aéreos autónomos e sensoriamento remoto. Ele aborda variáveis chave que afetam os viveiros de peixe, como o clima, as correntes de água e os poluentes. Destacando-se, o monitoramento de ondas, de floração de algas e meteorológico são incorporados para uma melhor gestão das explorações. O monitoramento de ondas auxilia a pesca, a aquacultura offshore e os estudos costeiros, utilizando um sistema de monitorização por vídeo de baixo custo. O monitoramento de floração de algas é crucial para uma intervenção atempada e prevenir perdas económicas. O monitoramento contínuo meteorológico informa as decisões de gestão das explorações. Introduzindo a monitorização de portos como um conceito inovador, o projeto reconhece a sua relevância no setor marítimo. A ferramenta integrada proposta para a monitorização e vigilância em tempo real de portos aumenta a eficiência na gestão das atividades portuárias, oferecendo uma visão mais ampla das operações.
Em essência, o projeto procura revolucionar a aquacultura através de avanços tecnológicos, promovendo a sustentabilidade, a resiliência económica e práticas de monitorização melhoradas nas operações offshore e portuárias.
O principal objetivo deste projeto é criar um protótipo, desenvolver parcialmente e demonstrar um sistema autónomo concebido para a monitorização de viveiros de peixe em alto-mar. Aproveitando tecnologias comprovadas, o projeto visa demonstrar a prontidão tecnológica desta abordagem. O foco principal está em estabelecer a relevância e os benefícios de poupança de custos da implementação de um sistema remoto para vigilância e monitorização ambiental. Este sistema, equipado com vários sensores, como uma câmara de alta definição diurna, transmitirá informações pertinentes, incluindo assinaturas hiperespectrais para identificar problemas como a floração de algas, para um centro de controlo. Isso facilitará inspeções específicas no local e a implementação de medidas de segurança preventivas. Além disso, o projeto prevê a recolha de medições adicionais, como dados meteorológicos, para aumentar a consciência situacional e promover o sucesso e a sustentabilidade das operações de aquacultura em alto-mar. O sistema desenvolvido é versátil e pode ser aplicado a outros cenários, como a vigilância e monitorização de portos. A monitorização das atividades portuárias em tempo real pode contribuir para uma gestão portuária eficiente, prevendo cargas de trabalho e garantindo o melhor posicionamento dos ativos.
Esta informação agregada beneficia não só as operações comerciais, mas também auxilia a intervenção estatal em questões administrativas. Nas fases iniciais de desenvolvimento, foi realizada uma avaliação abrangente das plataformas aéreas potenciais, comparando-as entre si. Após essa avaliação, foi determinado que um drone seria a solução mais vantajosa para alcançar os objetivos do projeto. Posteriormente, a solução de drone tornou-se a base para o veículo aéreo no projeto. O enfoque central deste empreendimento gira em torno do design meticuloso de dois sistemas chave: a estação base e o veículo aéreo. Estes componentes desempenham papéis integrados no projeto e exigem atenção cuidadosa aos detalhes. Uma característica chave do design do sistema é o estabelecimento de um link entre o veículo aéreo e a plataforma Ocean Vision. Esta plataforma serve como uma estação de aterragem e recarga para o veículo aéreo, proporcionando proteção contra o ambiente hostil durante as operações fora de voo. A estação base passou por um processo de design abrangente para garantir a operação autónoma e a acomodação de todos os subsistemas necessários. Foi dada atenção à estabilidade da estação em condições meteorológicas e marítimas adversas, com um foco específico em atender aos requisitos de estabilidade em rolamento. A análise estrutural confirmou a capacidade da estação em resistir às forças máximas identificadas durante a análise hidrodinâmica, revelando um fator de segurança superior ao proposto. A equipa adotou uma abordagem holística no design da estação base, incorporando considerações técnicas, de segurança e fiabilidade para fornecer uma solução robusta, alinhada aos requisitos do projeto.
Em relação ao veículo aéreo, a equipa optou por uma solução Comercial Off-The-Shelf (COTS) da Beyond Vision, especificamente o hexacóptero HEIFU. O HEIFU, conhecido pelas suas capacidades autónomas, potência e estabilidade, emergiu como uma escolha adequada para as missões propostas. Utilizar uma solução Comercial Off-The-Shelf para o veículo aéreo oferece uma opção custo-efetiva e eficiente, eliminando a necessidade de design e desenvolvimento personalizados.
No desenvolvimento da carga útil OceanVision, o foco principal foi capturar parâmetros ambientais desafiadores, especificamente as características das ondas e as floração de algas nocivas, que tradicionalmente são difíceis de obter. O monitoramento de ondas envolve análise de vídeo dos padrões das ondas, enquanto sensores hiperespectrais são empregados para monitorar floração de algas nocivas. A versatilidade do sistema OceanVision vai além do seu propósito inicial, abrangendo também a gestão de portos e locais, oferecendo uma plataforma de grande altitude equipada com um pacote de carga útil adequado para aplicações de vigilância.
O pacote de carga útil protótipo é centrado no módulo de computação Raspberry Pi Compute Module 4 como o núcleo do sistema, associado a uma câmara de alta qualidade Raspberry Pi escolhida pela sua compatibilidade e superior qualidade de imagem. Além disso, o projeto integra um sensor hiperespectral Hamamatsu para a medição precisa da concentração de algas. A inclusão de um sistema de gimbal assegura a estabilização em três eixos, facilitando a monitorização precisa e a capacidade de observar a área de interesse a partir de uma plataforma aérea em movimento.
Designação do Projecto
OceanVision
Código do Projecto
PT-INNOVATION-0021 - OceanVision
Promotor Líder
OMNIDEA LDA
Parceiros Nacionais
CEiiA
Parceiros Estados Doadores
Norce AS. , OMNIDEA AS.
Data de início
2020/10/26
Data de conclusão
2023/12/29
Investimento total elegível
€ 563.929,00
Programa Financiador
EEA Grants - Programa Crescimento Azul
Through the Agreement on the European Economic Area (EEA), Iceland, Liechtenstein and Norway are partners in the internal market with the Member States of the European Union.
As a way of promoting a continuous and balanced strengthening of economic and trade relations, the parties to the EEA Agreement have established a multi-annual Financial Mechanism, known as the EEA known as EEA Grants.
The EEA Grants aim to reduce social and economic disparities in Europe and strengthen bilateral relations between these three countries and the beneficiary countries.
For the 2014-2021 period, a total contribution of 2.8 billion euros was agreed for 15 beneficiary countries. Portugal will receive 102.7 million euros. Find out more at eeagrants.gov.pt
Através do Acordo sobre o Espaço Económico Europeu (EEE), a Islândia, o Liechtenstein e a Noruega são parceiros no mercado interno com os Estados-Membros da União Europeia.
Como forma de promover um contínuo e equilibrado reforço das relações económicas e comerciais, as partes do Acordo do EEE estabeleceram um Mecanismo Financeiro plurianual, conhecido como EEA Grants.
Os EEA Grants têm como objetivos reduzir as disparidades sociais e económicas na Europa e reforçar as relações bilaterais entre estes três países e os países beneficiários.
Para o período 2014-2021, foi acordada uma contribuição total de 2,8 mil milhões de euros para 15 países beneficiários. Portugal beneficiará de uma verba de 102,7 milhões de euros.” Saiba mais em eeagrants.gov.pt
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