Автоматизированная система жизнеобеспечения и контроля состояния здоровья балтийских кольчатых нерп, способствующая сохранению и росту их популяции

РОБОТОТЕХНИЧЕСКИЙ ЦЕНТР

ОТДЕЛЕНИЯ ДОПОЛНИТЕЛЬНОГООБРАЗОВАНИЯ ДЕТЕЙ

ПРЕЗИДЕНТСКОГО ФМЛ №239

«СПАСАТЕЛЬ НЕРП»

Автоматизированная система жизнеобеспечения и контроля состояния здоровья балтийских кольчатых нерп, способствующая сохранению и росту их популяции

 

Авторы:

Рапопорт Кирилл

Майоров Андрей

Филиппов Геннадий

Руководитель:

Танфильев Дмитрий Игоревич

Консультанты:

Филиппов Николай Николаевич,

Майоров Вадим Арсентьевич.

 

 

Санкт-Петербург

2017 г.

 

Содержание

 

Введение…………………………………………………………………….
Глава 1. Повестка ООН…….…………………...….....................................
Глава 2. История появления этой проблемы …………………………….
Глава 3. Нормативная база законов РФ о сохранении животных занесённых в красную книгу………………………………….………..….
Глава 4. Анализ аналогов……………………………………......................
Глава 5. Конструкция станции…………………………………….………
Приложение 1. 1 вариант системы для поездки на RRO 2017 ……........
Приложение 2. Фото станции сейчас…………………………………......
Приложение 3. Программы для EV3…………………………………..

 

Введение

Балтийская кольчатая нерпа (Phocahispidabotnica)– морское млекопитающее, которое относится к роду мелких тюленей. Другие названия – кольчатый тюлень или акиба. В целом кольчатая нерпа значительно меньше обыкновенного тюленя, но у нее под кожей толстый слой жира. Именно этот слой не дает нерпе замерзнуть, поэтому некоторые подвиды нерп отваживаются заплывать далеко в Северный Ледовитый океан. Окрас тела темно-серый со светлыми прожилками в виде колечек. Может поэтому её и называют кольчатой нерпой? Передние ласты короче задних. Голова с укороченной мордой. Средний вес животных 80 кг, как у высокого взрослого мужчины.

 

Балтийская кольчатая нерпа обитает в арктических и субарктических водах бассейнов Атлантического и Тихого океанов. Живет преимущественно в прибрежных мелководных зонах. В России распространена в северных морях, обитает также в Балтийском море, Ладожском озере, Финском и Рижском заливах.

 

Питается преимущественно килькой, салакой, бычками, разнообразными, реже – треской. За сутки нерпа поедает до 8 килограммов корма.

 

Самки балтийской кольчатой нерпы приносят потомство в период с февраля по апрель, преимущественно в начале марта. До этого они 11 месяцев вынашивают потомство. Самки рождают детенышей в снежных логовищах на льду, куда сами попадают через лунку. В «домиках» детеныши надежно защищены от хищников, холода и ветра, пока мама охотится. Одна самка может за зиму приготовить себе около десятка таких убежищ, чтобы потом в одном из них принести потомство.

Самка приносит одного, изредка двух детенышей, покрытых густой и мягкой шерстью. Малыш кремово-белого цвета, поэтому его и называют белек. Новорожденная нерпа может самостоятельно сходить в воду и плавать. Молочное кормление детенышей продолжается 3-4 недели, после чего они становятся самостоятельными. Через 6-7 лет взрослые животные смогут размножаться.

 

Изменение среды обитания балтийской кольчатой нерпы – акватории и берегов Финского залива – основная причина исчезновения этих замечательных животных. В 70-х годах XX века в акватории Финского залива насчитывалось, по разным сведениям, от 12 до 15 тысяч этих животных. Сегодня их осталось не более двухсот. И эволюция здесь ни при чем: виноват человек.

 

Цель проекта: создание робототехнической системы, создающей благоприятные условия для размножения балтийских кольчатых нерп, способствуя таким образом сохранению и росту их популяции.

 

Задачи:

1. Изучить доступные источники и литературу.

2. Проанализировать имеющиеся аналоги, их достоинства и недостатки.

3. Выбрать робототехническую платформу и сконструировать систему, создающую благоприятную жизненную среду для балтийских кольчатых нерп.

4. Разработать, отладить и протестировать программу для сконструированной системы, запрограммировать ее.

5. Продемонстрировать систему в действии.

 

Повестка ООН

Основная цель нашего проекта – не дать окончательно исчезнуть одному из самых интересных видов фауны Финского залива. Насколько важна и актуальна эта цель? Например, она напрямую перекликается сразу с несколькими целями «Повестки дня в области устойчивого развития на период до 2030 года», принятой 25 сентября 2015 года в составе Резолюции Генеральной Ассамблеи ООН. В частности, цель №15 этой Повестки дня звучит так: «Защита и восстановление экосистем суши и содействие их рациональному использованию, рациональное лесопользование, борьба с опустыниванием, прекращение и обращение вспять процесса деградации земель и прекращение процесса утраты биоразнообразия».

 

История проблемы

В 1970 году на основании аэроучетных данныхчисленность балтийской кольчатой нерпы в водах Финского и Рижского заливов приближенно определялось в 12,5 тысяч голов. В 1973 году в Финском заливе был проведен учет нерп (главным образом, размножающихся самок) с вертолета, на льдах залива было учтено 3,5 тысячи животных. Путем расчетов общая численность нерпы в Финском заливе была определена в 14 тысяч голов.В прошлом на популяции нерпы отрицательно сказался недостаточно регулируемый промысел животных. С 1980 года в водах бывшего СССР введен запрет на добычу балтийской кольчатой нерпы.В настоящее время основные лимитирующие факторы – загрязненность морских вод отходами промышленного и сельскохозяйственного производства, а также изменение климата прибрежной зоны вследствие активной хозяйственной деятельности человека.

 

Наш проект призван бороться со вторым из указанных лимитирующих факторов: из-за локального техногенного потепления в водах Финского залива становится меньше прибрежных льдов, пригодных для комфортного и безопасного размножения балтийской кольчатой нерпы. Одной из задач нашего проекта является создание таких комфортных и безопасных условий.

 

Описание проекта

Наша робототехническая система состоит из двух частей макета и трех составляющих систем.

Две части макета представляют собой фрагмент побережья (с ветеринарным блокоми системой транспортировки) и часть акватории (системой генерации льда, станцией прикормки рыб и установкой ранней диагностики). Снаружи находится система охраны периметра, состоящая из источника узконаправленного луча света и приёмника (датчика освещенности). При пересечении луча нарушителем срабатывает сигнал тревоги, зажигается предупреждающая надпись и включается видеокамера, передающая изображение на пульт оператора. Кроме того, для отпугивания животных используется водяная пушка.

Внутри находятся:

1) Система контроля состояния здоровья. Видеокамера определяет наличие красных (кровавых) пятен на теле животного, выявляя таким образом раненых особей. Планируется также использовать систему видеозрения для выявления проблем со здоровьем по другим симптомам и показателям. Обнаруженное таким образом больное или ослабленное животное при помощи подъемного устройствадоставляется в ветеринарный пункт. После оказания первой помощи, в зависимости от состояния здоровья, животное либо выпускается обратно в воду по водяному желобу, либо принимается решение о его транспортировке в стационар (например, в центр реабилитации морских животных в Репино).

2) Система генерации льда. Эта система состоит из трубок с хладагентом и насоса, прокачивающего охлаждённую в резервуаре до минусовой температуры жидкость. Для экономии электроэнергии при достижении водой в резервуаре температуры ниже пороговой мы будем отключать установку.

Генератор льда предназначен для создания комфортных условий для выведения потомства нерпами. В природе нерпы выводят потомство в заранее подготовленных снежных логовищах на льду, надежно укрытых снегом со всех сторон. В последнее же время мест, пригодных для выведения потомства, становится все меньше, и новорожденные бельки оказываются подвержены опасности как со стороны людей, так и со стороны животных.

 

История проекта

Впервые проект был продемонстрирован на Всероссийской Робототехнической Олимпиаде в г. Иннополисе в июне 2017 года. В первоначальную версию проекта были внесены следующие изменения и усовершенствования:

1. Парафиновая модель льдины заменена реальным льдом, т. к. удалось доработать систему охлаждения и сгенерировать настоящий лед.

2. Полностью переработана система транспортировки – качель с желобом и конвейер, показавшие недостаточную надежность, заменены транспортером с механизмами опрокидывания.

3. Датчик света заменен на видеокамеру. В дальнейшем это позволит развивать и совершенствовать систему ранней диагностики.

4. Добавлена система циркуляции воды.

5. Программирование системы переведено с EV3Gна RobotC.

Планы по дальнейшему развитию проекта

В дальнейшем планируется развивать и усовершенствовать проект в следующих направлениях:

1. В настоящее время система ранней диагностики определяет только раненых животных (по пятнам крови). Планируется доработать систему ранней диагностики для определения больных и ослабленных животных по другим симптомам и признакам: температуре тела (при помощи бесконтактных термометров), особенностям поведения (здесь пригодятся методы технического зрения и машинного обучения).

2. Несомненно, система генерации льда может быть доработана и усовершенствована. Например, следует внимательно изучить возможности элементов Пельтье, которые являются гораздо менее энергозатратными, не создают шумов и вибрации.

3. В модели осуществляется транспортировка неподвижных муляжей. В реальной жизни мы будем иметь дело с транспортировкой живых существ, которые будут напуганы и могут вести себя непредсказуемо. Наверняка система транспортировки животных потребует доработки.

 

Приложение 3. Исходные тексты программ на RobotC

Система охраны

#pragma config(Sensor, S1,, sensorEV3_Color)

#pragma config(Motor, motorA,, tmotorEV3_Large, openLoop, encoder)

#pragma config(Motor, motorB,, tmotorEV3_Large, openLoop, encoder)

#pragma config(Motor, motorC,, tmotorEV3_Large, openLoop, encoder)

//*!!Code automatically generated by 'ROBOTC' configuration wizard!!*//

task main()

{

while(true)

{

int a=0;

if(SensorValue[S1]>=90)

{

}

else

{

while(a==0)

{

setSoundVolume(50);

playSoundFile("Error alarm");

sleep(2000);

motor[motorA]=80;

motor[motorB]=-100;

motor[motorC]=-100;

sleep(2000);

a=1;

}

motor[motorA]=0;

motor[motorB]=0;

motor[motorC]=0;

}

}

}

Система охлаждения

#pragma config(Sensor, S1, temp, sensorI2CCustom)

 

#pragma config(Motor, motorA, a, tmotorEV3_Large, PIDControl, encoder)

 

#pragma config(Motor, motorB, b, tmotorEV3_Large, PIDControl, encoder)

 

#pragma config(Motor, motorC, c, tmotorEV3_Large, PIDControl, encoder)

 

#pragma config(Motor, motorD, d, tmotorEV3_Large, PIDControl, encoder)

 

//*!!Code automatically generated by 'ROBOTC' configuration wizard!!*//

 

#include "include/lego-temp.h"

 

task two()

 

{

 

while(true)

 

{

 

motor[a]=-100;

 

sleep(2000);

 

motor[a]=0;

 

motor[b]=-100;

 

sleep(2000);

 

motor[b]=0;

 

motor[c]=-100;

 

sleep(2000);

 

motor[c]=0;

 

}

 

}

 

task main()

 

{

 

while(true)

 

{

 

displayBigTextLine(4,"temp=%d",temp);

 

if(SensorValue[temp]>-5)

 

motor[d]=-100;

 

else

 

{

 

if(SensorValue[temp]<-5)

 

{

 

motor[d]=0;

 

}

 

}

 

}

 

}

 

Система ранней диагностики

#pragma config(Sensor, S1, camera1, sensorI2CCustomFast)

#pragma config(Sensor, S2,, sensorTouch)

#pragma config(Motor, motorA, A, tmotorNXT, PIDControl, encoder)

#pragma config(Motor, motorB, B, tmotorNXT, PIDControl, encoder)

#pragma config(Motor, motorC, C, tmotorNXT, PIDControl, encoder)

//*!!Code automatically generated by 'ROBOTC' configuration wizard!!*//

 

/*

Color Recognition - ROBOTC for the NXT

 

Description: The NXT displays the name of the color returned by the Mindsensors NXTCam v2

 

NXT Configuration:

- Mindsensors NXTCam v2 plugged into NXT Sensor Port 1

 

Camera Configuration:

- Color Index 0: Red

- Color Index 1: Orange

- Color Index 2: Yellow

- Color Index 3: Green

- Color Index 4: Blue

- Color Index 5: Purple

- Color Index 6: Black

- Color Index 7: Brown

 

Notes:

- As of October 2008, NXTCam color index must be configured through

NXTCamView, found at: http://nxtcamview.sourceforge.net/

- More information can be found at: http://mindsensors.com/index.php?module=pagemaster&amp;PAGE_user_op=view_page&amp;PAGE_id=78

*/

 

//Include NXTCam Library

#include "NXTCamRobotCSamplePrograms for RobotC/nxtcamlib.c"

 

//Define global variables

string colorName;

int numBlobs,a=0,b=0,c=0, iteration = 0;

bool foundRed = false;

int_array blobColor;

int_array blobX1;

int_array blobTop;

int_array blobX2;

int_array blobBottom;

 

void printColorName();

void carryUp();

void carryDown();

void dropToCure();

void dropToRelease();

 

task main()

{

//Initialize the NXTCam

init_camera(camera1);

//Recognize Colors Forever

while (true)

{

printColorName();

 

nxtDisplayTextLine(5, "iter =%d", iteration);

 

if (foundRed)

{

carryUp();

dropToCure();

carryDown();

dropToRelease();

}

 

iteration++;

 

wait1Msec(500);

}

 

}

 

void printColorName()

//void printColorName() - Writes the color returned from the camera to the NXT screen

{

//Retrieves Camera Data

init_camera(camera1);

get_blobs(camera1, numBlobs, blobColor, blobX1, blobTop, blobX2, blobBottom);

 

nxtDisplayTextLine(1, "color:");

nxtDisplayTextLine(7, "numBlobs=%d", numBlobs);

colorName = "NONE ";

foundRed = false;

 

if(numBlobs>0) //If at least 1 "blob" or color is seen...

{

if(blobColor == 0) //...check the blobColor index.

{

colorName = "RED ";

foundRed = true;

a = 1;

}

else

{

colorName = "OTHER ";

foundRed = false;

a = 0;

}

}

nxtDisplayTextLine(3, colorName);

}

 

void carryUp() // carry the seal up by the carriage

{

nMotorEncoder[A]=0;

while(nMotorEncoder[A]>=-790)

{

motor[A]=-10;

nxtDisplayTextLine(5,"A=%d",nMotorEncoder[A]);

wait1Msec(100);

}

motor[A]=0;

}

 

void carryDown() // bring carriage to initial position

{

while(nMotorEncoder[A]!=-10)

{

motor[A]=50;

nxtDisplayTextLine(5,"A=%d",nMotorEncoder[A]);

motor[A]=0;

}

}

 

void dropToCure() // drop the seas from the carriage

{

while(SensorValue[S2]==0)

{

motor[B]=20;

}

motor[B]=0;

sleep(100);

motor[B] = -11;

sleep(2000);

motor[B]=0;

}

 

void dropToRelease()

{

motor[C]=-15;

sleep(2000);

motor[C]=15;

sleep(2000);

motor[C]=0;

}

РОБОТОТЕХНИЧЕСКИЙ ЦЕНТР

ОТДЕЛЕНИЯ ДОПОЛНИТЕЛЬНОГООБРАЗОВАНИЯ ДЕТЕЙ

ПРЕЗИДЕНТСКОГО ФМЛ №239

«СПАСАТЕЛЬ НЕРП»

Автоматизированная система жизнеобеспечения и контроля состояния здоровья балтийских кольчатых нерп, способствующая сохранению и росту их популяции

 

Авторы:

Рапопорт Кирилл

Майоров Андрей

Филиппов Геннадий

Руководитель:

Танфильев Дмитрий Игоревич

Консультанты:

Филиппов Николай Николаевич,

Майоров Вадим Арсентьевич.

 

 

Санкт-Петербург

2017 г.

 

Содержание

 

Введение…………………………………………………………………….
Глава 1. Повестка ООН…….…………………...….....................................
Глава 2. История появления этой проблемы …………………………….
Глава 3. Нормативная база законов РФ о сохранении животных занесённых в красную книгу………………………………….………..….
Глава 4. Анализ аналогов……………………………………......................
Глава 5. Конструкция станции…………………………………….………
Приложение 1. 1 вариант системы для поездки на RRO 2017 ……........
Приложение 2. Фото станции сейчас…………………………………......
Приложение 3. Программы для EV3…………………………………..

 

Введение

Балтийская кольчатая нерпа (Phocahispidabotnica)– морское млекопитающее, которое относится к роду мелких тюленей. Другие названия – кольчатый тюлень или акиба. В целом кольчатая нерпа значительно меньше обыкновенного тюленя, но у нее под кожей толстый слой жира. Именно этот слой не дает нерпе замерзнуть, поэтому некоторые подвиды нерп отваживаются заплывать далеко в Северный Ледовитый океан. Окрас тела темно-серый со светлыми прожилками в виде колечек. Может поэтому её и называют кольчатой нерпой? Передние ласты короче задних. Голова с укороченной мордой. Средний вес животных 80 кг, как у высокого взрослого мужчины.

 

Балтийская кольчатая нерпа обитает в арктических и субарктических водах бассейнов Атлантического и Тихого океанов. Живет преимущественно в прибрежных мелководных зонах. В России распространена в северных морях, обитает также в Балтийском море, Ладожском озере, Финском и Рижском заливах.

 

Питается преимущественно килькой, салакой, бычками, разнообразными, реже – треской. За сутки нерпа поедает до 8 килограммов корма.

 

Самки балтийской кольчатой нерпы приносят потомство в период с февраля по апрель, преимущественно в начале марта. До этого они 11 месяцев вынашивают потомство. Самки рождают детенышей в снежных логовищах на льду, куда сами попадают через лунку. В «домиках» детеныши надежно защищены от хищников, холода и ветра, пока мама охотится. Одна самка может за зиму приготовить себе около десятка таких убежищ, чтобы потом в одном из них принести потомство.

Самка приносит одного, изредка двух детенышей, покрытых густой и мягкой шерстью. Малыш кремово-белого цвета, поэтому его и называют белек. Новорожденная нерпа может самостоятельно сходить в воду и плавать. Молочное кормление детенышей продолжается 3-4 недели, после чего они становятся самостоятельными. Через 6-7 лет взрослые животные смогут размножаться.

 

Изменение среды обитания балтийской кольчатой нерпы – акватории и берегов Финского залива – основная причина исчезновения этих замечательных животных. В 70-х годах XX века в акватории Финского залива насчитывалось, по разным сведениям, от 12 до 15 тысяч этих животных. Сегодня их осталось не более двухсот. И эволюция здесь ни при чем: виноват человек.

 

Цель проекта: создание робототехнической системы, создающей благоприятные условия для размножения балтийских кольчатых нерп, способствуя таким образом сохранению и росту их популяции.

 

Задачи:

1. Изучить доступные источники и литературу.

2. Проанализировать имеющиеся аналоги, их достоинства и недостатки.

3. Выбрать робототехническую платформу и сконструировать систему, создающую благоприятную жизненную среду для балтийских кольчатых нерп.

4. Разработать, отладить и протестировать программу для сконструированной системы, запрограммировать ее.

5. Продемонстрировать систему в действии.

 

Повестка ООН

Основная цель нашего проекта – не дать окончательно исчезнуть одному из самых интересных видов фауны Финского залива. Насколько важна и актуальна эта цель? Например, она напрямую перекликается сразу с несколькими целями «Повестки дня в области устойчивого развития на период до 2030 года», принятой 25 сентября 2015 года в составе Резолюции Генеральной Ассамблеи ООН. В частности, цель №15 этой Повестки дня звучит так: «Защита и восстановление экосистем суши и содействие их рациональному использованию, рациональное лесопользование, борьба с опустыниванием, прекращение и обращение вспять процесса деградации земель и прекращение процесса утраты биоразнообразия».

 

История проблемы

В 1970 году на основании аэроучетных данныхчисленность балтийской кольчатой нерпы в водах Финского и Рижского заливов приближенно определялось в 12,5 тысяч голов. В 1973 году в Финском заливе был проведен учет нерп (главным образом, размножающихся самок) с вертолета, на льдах залива было учтено 3,5 тысячи животных. Путем расчетов общая численность нерпы в Финском заливе была определена в 14 тысяч голов.В прошлом на популяции нерпы отрицательно сказался недостаточно регулируемый промысел животных. С 1980 года в водах бывшего СССР введен запрет на добычу балтийской кольчатой нерпы.В настоящее время основные лимитирующие факторы – загрязненность морских вод отходами промышленного и сельскохозяйственного производства, а также изменение климата прибрежной зоны вследствие активной хозяйственной деятельности человека.

 

Наш проект призван бороться со вторым из указанных лимитирующих факторов: из-за локального техногенного потепления в водах Финского залива становится меньше прибрежных льдов, пригодных для комфортного и безопасного размножения балтийской кольчатой нерпы. Одной из задач нашего проекта является создание таких комфортных и безопасных условий.