Drony będą nie tylko wykrywać padłe dziki, ale i rozpoznawać chore zwierzęta na podstawie ich zachowania i temperatury
System, przeznaczony nie tylko do wykrywania dzików za pomocą dronów i kamer termowizyjnych, ale przede wszystkim do identyfikacji sztuk chorych na afrykański pomór świń, opracowali eksperci z Instytutu Technicznego Wojsk Lotniczych w Warszawie oraz z Politechniki Warszawskiej. System opiera się na bezzałogowych statkach powietrznych, czyli samolocie klasy mini oraz dronie (czterowirnikowy mikrowiropłat), które są wyposażone w specjalne sensory oraz systemy transmisji danych i analizy obrazów. Pierwszy z nich służy do oblotów większych obszarów i może być wykorzystany do wstępnego wykrywania stad dzików i monitorowania ich przemieszczeń. Drugi natomiast jest przeznaczony do precyzyjniejszych oblotów i umożliwia identyfikację konkretnych osobników podejrzanych o zakażenie wirusem. Metoda wykrywania dzików oraz identyfikacji chorych sztuk bazuje na analizie serii zdjęć wykonanych w podczerwieni przez kamery termowizyjne znajdujące się na pokładzie, które następnie są analizowane.
Jak twierdzą w opisie projektu Paweł Kalinowski, Paweł Szczepaniak i Leszek Ułanowicz z Instytutu Technicznego Wojsk Lotniczych w Warszawie oraz Krzysztof Sibilski z Politechniki Warszawskiej, ze względu na to, że głównym symptomem choroby jest znacznie podwyższona temperatura ciała, wykrycie zakażonych dzików za pomocą systemów naziemnych, w tym fotopułapek, jest mało efektywne. Urządzeniem pozwalającym na identyfikację zakażonego osobnika są kamery termowizyjne o dużej rozdzielczości i czułości, a najskuteczniejsze jest wykorzystanie wyposażonych w nie dronów. Dzięki kamerom i dronom łatwiejsze jest wykrycie skupisk zwierząt na dużych obszarach, a dane o temperaturze ciała konkretnego osobnika informują o jego zdrowiu. Na potencjalne zakażenie wirusem wskazywać może również widoczne na kamerze nietypowe zachowanie dzika.
W jaki sposób działa system ASF Ochrona?
Opisany przez naukowców z Warszawy system, nazwany ASF Ochrona, powstał w ramach projektu badawczo-rozwojowego „Zastosowanie innowacyjnych i efektywnych metod i technologii umożliwiających wykrycie watah dzików, identyfikacji osobników z objawami klinicznymi ASF w naturalnym terenie ich występowania”.
Projekt sfinansowało Narodowe Centrum Badań i Rozwoju. Do wielkoobszarowego śledzenia watah dzików służy bezzałogowy samolot klasy mini NeoxASF wyposażony w średniofalową kamerę termowizyjną. Dzięki automatycznemu sterowaniu, lecąc po zaplanowanej trasie na wysokości 100 m, wstępnie wykrywa dziki na patrolowanym obszarze. Dokładniej mówiąc, jego zadaniem jest przeprowadzenie skanowania wielkopowierzchniowego, a informacje w postaci zdjęć termowizyjnych stanowią podstawę do identyfikacji, z jakiego gatunku zwierzętami ma się do czynienia. Samolot jest wyposażony w system automatycznej analizy wykonywanych na jego pokładzie zdjęć poklatkowych. Podczas oblotu kamera na bieżąco przekazuje też obraz oraz współrzędne geograficzne watahy lub pojedynczego dzika do mobilnego stanowiska dowodzenia zlokalizowanego w samochodzie interwencyjnym. Na bazie danych zebranych z kamer termowizyjnych naukowcy opracowali algorytmy automatycznego wykrywania i wskazywania potencjalnych watah dzików w naturalnych warunkach, jak również modele klasyfikacji i identyfikacji osobników z objawami chorobowymi i ich zliczanie.
W przypadku rozpoznania zwierząt miejsce ich lokalizacji zostaje oznaczone na mapie, a następnie w ten rejon zostaje wysłany samochód interwencyjny z dronem w celu zebrania dokładnego materiału zdjęciowego do określenia, czy u wykrytych osobników występują objawy charakterystyczne dla afrykańskiego pomoru świń. Drony cechują się mniejszym zasięgiem i pułapem (do 50 m wysokości), lecz dzięki swojej konstrukcji umożliwiają pionowy start i lądowanie, powolny lot oraz zawis nad obiektem. Czterowirnikowy mikrowiropłat AtraxASF, czyli wykorzystany w systemie dron, służy do precyzyjnych oblotów, gdyż jest wyposażony w dokładniejszą kamerę, która wykonuje zdjęcia termowizyjne wgrywane po locie do komputera wykrywającego dziki z symptomami ASF. Generowany automatycznie raport może być przesyłany na adresy mailowe odpowiednich służb weterynaryjnych lub leśnych.
Metodyka wykrywania i klasyfikacji dzików bazuje na analizie zdjęć w oparciu o wyspecjalizowane oprogramowanie i wykorzystanie autorskiego algorytmu, co zwiększa skuteczność systemu. W przypadku gdy dzik zostanie dobrze sklasyfikowany, zostaje mu przypisany identyfikator i zaczyna się proces śledzenia. Pomimo że materiały obrazowe różnią się zależnie od otoczenia, warunków atmosferycznych czy pory roku, skuteczność klasyfikacji dzików i odróżnienia ich od innych zwierząt wyniosła prawie 97%. Na wiarygodny pomiar za pomocą kamery termowizyjnej wpływają: nasłonecznienie, elementy emitujące promieniowanie, warunki atmosferyczne (wiatr, deszcz, opady śniegu). Istotnym parametrem jest wilgotność powietrza, jak również odległość kamery od obiektu obserwacji.
Jak wysoka jest skuteczność systemu ASF Ochrona?
Loty odbywały się w różnych rejonach Polski, nad terenami leśnymi, polami oraz łąkami, czyli w rzeczywistych warunkach bytowania dzików. Przeprowadzane były też w odmiennych warunkach pogodowych oraz różnych porach roku. Średnio w ciągu godziny samolot NeoxASF skanował ponad 3 km2 terenu, bez względu na jego konfigurację i zalesienie. Dron AtraxASF umożliwia z kolei wykonanie przeszukań terenów trudno dostępnych dla ludzi lub w nocy z wydajnością ponad 10 km2/lot. Przeszukiwanie terenów z dobrymi efektami możliwe było nawet w warunkach wysokiej temperatury zewnętrznej oraz gęstej roślinności. Należy podkreślić, że w przypadku trudnego terenu oraz zwartej i gęstej roślinności tradycyjne poszukiwanie chorych na ASF dzików oraz ich liczenie jest niezwykle trudne i czasochłonne, a czasami wręcz niemożliwe (na przykład na niebezpiecznych bagnistych trenach).
Podczas lotów testowych w 2020 i 2021 roku system ASF Ochrona automatycznie wykrył 166 dzików oraz zidentyfikował 9 jako potencjalnie zakażone wirusem ASF. W 7 przypadkach podejrzane zwierzęta zostały odstrzelone i po zbadaniu w laboratoriach weterynaryjnych potwierdzono zakażenie wirusem oraz występowanie przeciwciał. Dwóch dzików zidentyfikowanych przez system jako chore nie udało się odstrzelić ze względu na bardzo trudne warunki terenowe. W ramach badań w systemie ASF Ochrona po ponad 150 godzinach w powietrzu przeszukano łącznie 442,5 km2 (44 250 ha).
We wnioskach stwierdzono, że kamera termowizyjna rejestruje pozorną temperaturę ciała, więc ze względu na większy kontrast między dzikiem i otoczeniem preferowaną porą dnia do pomiarów jest noc. Kamera nie powinna rejestrować obrazu dzika w rzucie poziomym, lecz pod kątem ostrym, tak aby możliwe było zarejestrowanie profilu bocznego dzika, który pozwoli odróżnić go od innych zwierząt.
Dominika Stancelewska
