Visión general


Red submarina heterogénea donde distintos dispositivos cooperan entre ellos para obtener una mayor resolución espacio/temporal.

ResBIO es un proyecto que propone nuevas metodologías de muestreo de la composición de comunidades y abundancia relativa de las especies en relación a la actividad rítmica y su control ambiental, mediante el desarrollo de nuevas tecnologías mutiparamétricas fijas y móviles. El empleo de observatorios cableados ubicados en el fondo del mar y equipados con videocámaras permitirán estudiar en tiempo real, con gran resolución temporal y durante largos periodos de tiempo, los ritmos de comportamiento, y consecuentemente sus efectos en las dinámicas de una comunidad. Las fluctuaciones en el conteo de individuos mediante video-imágenes pueden ser usadas como indicador de los ritmos de una población, y consecuentemente relacionarlos con las condiciones del hábitat que las rodea, en términos de los principios de causa-efecto, observando al mismo tiempo diferentes parámetros oceanográficos, químicos y geológicos. Para incrementar la cobertura espacial y permitir cambios estratégicos y adaptativos en la monitorización, se emplearán plataformas móviles pelágicas (Autonomous Underwater Vehicles AUVs) y bénticas como robots submarinos (crawlers), que trabajarán en cooperación tanto espacial (en áreas cercanas) como temporal (mediante comunicación coordinada).

OBJETIVO GENERAL

ResBIO tiene como objetivo: “Diseñar e implementar un entorno integral de monitorización de indicadores biológicos marinos mediante observatorios cableados y vehículos móviles submarinos autónomos consiguiendo un fortalecimiento del factor espacial junto a la alta frecuencia temporal de adquisición de datos”.

El objetivo general de este proyecto tiene incidencia en tres grandes áreas:

  • 1. Biológica: En el entorno de la ecología marina al llevar a cabo un seguimiento sistemático de un conjunto de especies de la costa mediterránea.
  • 2. Tecnológica: Al expandir el nodo OBSEA a una estructura de red de nodos submarinos con una arquitectura Underwater Acoustic Sensor Networks (UASN). Incidiendo en aspectos de infraestructura (Vehículos, observatorio cableado y boyas de superficie), acústica submarina (etiquetas acústicas y módems) y computacionales (Artificial Video Inteligencie, Automate multivariate data treatment procedures).
  • 3. Proyección social: Al desarrollar procedimientos de ciencia para la ciudadanía que permitan aumentar la capacidad de las plataformas tecnológicas en el procesado de grandes cantidades de imágenes de forma automatizada.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Para dar satisfacción al objetivo general se definen los siguientes objetivos específicos:

  • O1. Desarrollo y validación de un entorno de comunicaciones y sincronización inalámbricos submarinos.
  • O2. Optimización de las diferentes estrategias existentes de localización y seguimiento de especies marinas mediante vehículo autónomo, con el objetivo de aumentar las prestaciones del sistema disminuyendo al mismo tiempo los consumos energéticos.
  • O3. Medida de los indicadores biológicos mediante el uso de videocámaras fijas y móviles, etiquetas acústicas Vemco, e indicadores físicos mediante instrumentación comercial.
  • O4. Empleo de protocolos de integración sensor-red
  • O5. Creación de un entorno didáctico de difusión y participativo de la información biológica y de parámetros ambientales registrada por los equipos del observatorio OBSEA.

Tareas


Se incluyen a continuación el conjunto de actividades que componen el proyecto, tal como en estos momentos se ha planificado, siguiendo aproximadamente un orden cronológico, aunque evidentemente se ha de producir una superposición temporal entre las diferentes actividades. Se han definido 8 tareas. Las tareas 1 y 8 están relacionadas con la coordinación del desarrollo del proyecto, y la valoración y difusión de sus resultados. Las tareas 2 y 3 desarrollan los algoritmos necesarios para el posicionamiento y el seguimiento de especies. Las tareas 4, 5 y 6 desarrollan los equipos necesarios que permitirán la integración de los diferentes nodos en un una red UWSN (Underwater Wireless Sensors Networks). Finalmente, la tarea 7 realiza el procesado de las imágenes para su explotación.

Tarea 1 Coordinación General, Control de Desarrollo, Relaciones con Empresas
Se asume que la labor de coordinación, seguimiento, preparación de informes, reuniones, presentaciones, etc. consumen un tiempo importante del proyecto por lo que se incluye como actividad diferenciada

Tarea 2. Despliegue del sistema de posicionamiento: Reducción y caracterización del error en los sistemas y algoritmos de posicionamiento de los vehículos submarinos. (Objetivos: O1 y O2)
En las diferentes plataformas móviles de que ya dispone y/o tiene acceso el equipo investigador (Guanay2 AUV, Crawler, etc.…), se realizará un estudio con el fin de mejorar y actualizar los sistemas de navegación más comunes de los vehículo autónomos: INS, GPS o DVL, y por otro lado se desplegarán los dispositivos de localización (hidrófonos o USBL) necesarios para la monitorización de las especies marinas descritas en los objectivos específicos.

Tarea 3. Diseño de estrategias de seguimiento de especies. (Objetivo:O2)
A partir de los algoritmos descritos en [28], [50] se proponen nuevas estrategias de detección y seguimiento de objetivos mediante vehículos autónomos.
[28] M. F. Fallon, G. Papadopoulos, J. J. Leonard, and N. M. Patrikalakis, “Cooperative AUV Navigation using a Single Maneuvering Surface Craft,” Int. J. Rob. Res., vol. 29, no. 12, pp. 1461–1474, 2010.
[50] G. Antonelli, F. Arrichiello, S. Chiaverini, and G. S. Sukhatme, “Observability analysis of relative localization for AUVs based on ranging and depth measurements,” in Proceedings - IEEE International Conference on Robotics and Automation, 2010, pp. 4276–4281.

Tarea 4. Diseño del módem acústico de corto alcance (MACA): Adaptación de los algoritmos acústicos LBL para el posicionamiento de especies. (Objetivos: O1)
En esta tarea se ajustarán los algoritmos acústicos LBL actuales, descritos en la introducción a las necesidades de esta propuesta para permitir el posicionamiento y seguimiento de especies. Para ello se deberá caracterizar el canal para reducir los efectos de ruido y rebotes presentes en la ubicación, en aguas someras, del observatorio OBSEA.

Tarea 5: Adaptación de algoritmos de sincronización acústica. (Objetivos:O1 y O4)
Disponer de una base de tiempos sincronizada ente los diferentes nodos que componen la red inalámbrica (vehículos, observatorio) es imprescindible para una correcta estimación de la posición

Tarea 6. Integración de los diferentes nodos en el sistema ResBIO. (Objetivos: O1 y O4)
Los nodos principales que integran la red inalámbrica submarina (UWSN) son el observatorio submarino Obsea (UPC, plataforma fija), vehículos submarinos UAV_ Guanay II (UPC), Iver2 proporcionado por la UTM-CSIC ), el Crawler cedido por la Jacops University de Bremen (JUB), boyas de superficie (UPC y la colaboración de la EPO LMV), y las etiquetas acústicas Vemco integradas en las especies marinas bajo estudio. La integración de los diferentes nodos a la red pasa por la adecuación de los módems diseñados (MACA) a cada una de las plataformas.

Tarea 7. Desarrollo de algoritmos para la adquisición y procesado automático de imágenes. Estudio multiparamétrico. (Objetivos:O3)
Uso de algoritmos de procesado de imagen y métodos de aprendizaje supervisado (Supervised Machine Learning methodology) basados en programación genética (Genetic Programming) para facilitar el conteo y el seguimiento automático de individuos, en el marco de la monitorización de la biodiversidad de la MSFD (Marine Strategy Framework Directive)

Tarea 8. Programación de aplicaciones web y difusión de resultados. (Objetivos: O5)
Difusión de los resultados mediante dos tipos de actividades: publicaciones científico-técnicas y acceso a los datos registrados por el entorno ResBIO mediante actividades de ciencia para la ciudadania

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