सारा बीरी एमआईटी के इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग और कंप्यूटर विज्ञान विभाग (ईईसीएस) में एक सहायक प्रोफेसर के रूप में एमआईटी में आई, जो पारिस्थितिक चुनौतियों पर ध्यान केंद्रित करने के लिए उत्सुक हैं। उन्होंने संरक्षण और स्थिरता में वास्तविक दुनिया के मुद्दों से निपटने के लिए कंप्यूटर विजन, मशीन लर्निंग और डेटा साइंस में अपनी विशेषज्ञता को लागू करने के अवसर के आसपास अपने शोध करियर का फैशन किया है। बीरी को “ग्रह के लिए कंप्यूटिंग” के लिए संस्थान की प्रतिबद्धता के लिए तैयार किया गया था, और वैश्विक पैमाने पर पर्यावरणीय और जैव विविधता निगरानी के लिए उसके तरीकों को लाने के लिए निर्धारित किया गया था।
पैसिफिक नॉर्थवेस्ट में, सैल्मन का उनके पारिस्थितिक तंत्र के स्वास्थ्य पर असमान प्रभाव पड़ता है, और उनकी जटिल प्रजनन जरूरतों ने बीरी का ध्यान आकर्षित किया है। प्रत्येक वर्ष, लाखों सामन स्पॉन के लिए एक प्रवास पर लगते हैं। उनकी यात्रा मीठे पानी की धारा बेड में शुरू होती है जहां अंडे हैच करते हैं। यंग सैल्मन फ्राई (नवनिवेशेड सैल्मन) सागर के लिए अपना रास्ता बनाते हैं, जहां वे वयस्कता के लिए कई साल परिपक्व होते हैं। वयस्कों के रूप में, सामन उन धाराओं में लौटता है जहां वे स्पॉन के लिए पैदा हुए थे, जिससे स्ट्रीम बेड के बजरी में अपने अंडों को जमा करके अपनी प्रजातियों की निरंतरता सुनिश्चित होती है। अगली पीढ़ी सामन के साथ नदी के आवास की आपूर्ति करने के तुरंत बाद पुरुष और महिला सामन दोनों मर जाते हैं।
अपने प्रवास के दौरान, सैल्मन उन पारिस्थितिक तंत्रों में जीवों की एक विस्तृत श्रृंखला का समर्थन करता है जो वे गुजरते हैं। उदाहरण के लिए, सैल्मन महासागर के अपीवर से कार्बन और नाइट्रोजन जैसे पोषक तत्वों को लाता है, जिससे उन पारिस्थितिक तंत्रों के लिए उनकी उपलब्धता बढ़ जाती है। इसके अलावा, सैल्मन कई शिकारी-शिकार संबंधों के लिए महत्वपूर्ण हैं: वे विभिन्न शिकारियों के लिए एक खाद्य स्रोत के रूप में काम करते हैं, जैसे कि भालू, भेड़िये और पक्षियों, अन्य आबादी को नियंत्रित करने में मदद करते हुए, कीटों की तरह, भविष्यवाणी के माध्यम से। स्पॉनिंग से मरने के बाद, डिकम्पोजिंग सैल्मन शव भी आसपास के पारिस्थितिकी तंत्र को मूल्यवान पोषक तत्वों की भरपाई करते हैं। सामन का प्रवास न केवल अपनी प्रजातियों को बनाए रखता है, बल्कि उन नदियों और महासागरों के समग्र स्वास्थ्य में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है जो वे निवास करते हैं।
इसी समय, सामन आबादी क्षेत्र में आर्थिक और सांस्कृतिक दोनों तरह से एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है। वाणिज्यिक और मनोरंजक सामन मत्स्य पालन स्थानीय अर्थव्यवस्था में महत्वपूर्ण रूप से योगदान करते हैं। और प्रशांत नॉर्थवेस्ट में कई स्वदेशी लोगों के लिए, सामन उल्लेखनीय सांस्कृतिक मूल्य रखते हैं, क्योंकि वे अपने आहार, परंपराओं और समारोहों के लिए केंद्रीय हैं।
निगरानी सामन प्रवास
हद तक आवास के नुकसान और जलवायु परिवर्तन के साथ -साथ ओवरफिशिंग और हाइड्रोपावर के विकास सहित मानव गतिविधि में वृद्धि हुई है, इस क्षेत्र में सामन आबादी पर महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ा है। नतीजतन, सामन मत्स्य पालन की प्रभावी निगरानी और प्रबंधन प्रतिस्पर्धी, सांस्कृतिक और मानवीय हितों के बीच संतुलन सुनिश्चित करने के लिए महत्वपूर्ण है। अपने मौसमी प्रवास के दौरान अपने मौसमी प्रवास के दौरान सटीक रूप से गिनती करना, खतरे की आबादी को ट्रैक करने, वसूली रणनीतियों की सफलता का आकलन करने, मछली पकड़ने के मौसम के नियमों का मार्गदर्शन करने और वाणिज्यिक और मनोरंजक दोनों मत्स्य पालन के प्रबंधन का समर्थन करने के लिए आवश्यक है। सटीक जनसंख्या डेटा सहायता निर्णय लेने वालों को मानवीय जरूरतों को समायोजित करते हुए पारिस्थितिकी तंत्र के स्वास्थ्य की सुरक्षा के लिए सर्वोत्तम रणनीतियों को नियोजित करता है। सामन प्रवास की निगरानी करना एक श्रम-गहन और अक्षम उपक्रम है।
बीरी वर्तमान में एक शोध परियोजना का नेतृत्व कर रहा है जिसका उद्देश्य अत्याधुनिक कंप्यूटर विजन विधियों का उपयोग करके सामन की निगरानी को सुव्यवस्थित करना है। यह परियोजना बीरी के व्यापक अनुसंधान हित के भीतर फिट बैठती है, जो कृत्रिम बुद्धिमत्ता, प्राकृतिक दुनिया और स्थिरता के बीच अंतःविषय स्थान पर केंद्रित है। मत्स्य प्रबंधन के लिए इसकी प्रासंगिकता ने इसे MIT के अब्दुल लतीफ जमील वाटर एंड फूड सिस्टम्स लैब (J-WAFS) से फंडिंग के लिए एक अच्छा फिट बना दिया। बीरी के 2023 जे-वफ्स सीड ग्रांट एमआईटी संकाय में शामिल होने के बाद से उन्हें सम्मानित किया गया था।
ऐतिहासिक रूप से, निगरानी के प्रयासों ने मनुष्यों पर भरोसा किया कि वे आंखों की रोशनी का उपयोग करके रिवरबैंक से सामन की गिनती कर रहे हैं। पिछले कुछ दशकों में, सैल्मन की गिनती में सहायता के लिए पानी के नीचे सोनार सिस्टम को लागू किया गया है। ये सोनार सिस्टम अनिवार्य रूप से पानी के नीचे के वीडियो कैमरे हैं, लेकिन वे इस बात में भिन्न होते हैं कि वे मछली की उपस्थिति को पकड़ने के लिए हल्के सेंसर के बजाय ध्वनिकी का उपयोग करते हैं। इस पद्धति के उपयोग के लिए लोगों को एक सोनार कैमरे के उत्पादन के आधार पर सामन की गणना करने के लिए नदी के साथ एक तम्बू स्थापित करने की आवश्यकता होती है जो एक लैपटॉप तक झुका हुआ है। जबकि यह प्रणाली आंखों की रोशनी से सामन की निगरानी की मूल विधि में सुधार है, यह अभी भी मानव प्रयास पर काफी निर्भर करता है और एक कठिन और समय लेने वाली प्रक्रिया है।
सामन मत्स्य पालन के बेहतर प्रबंधन के लिए स्वचालित सामन निगरानी आवश्यक है। “हमें इन तकनीकी उपकरणों की आवश्यकता है,” बीरी कहते हैं। “हम इन वास्तव में जटिल पारिस्थितिक तंत्रों की निगरानी और समझने और अध्ययन की मांग के साथ नहीं रख सकते हैं जो हम स्वचालन के कुछ रूप के बिना काम करते हैं।”
पैसिफिक नॉर्थवेस्ट में माइग्रेटिंग सैल्मन आबादी की गिनती को स्वचालित करने के लिए, ईईसीएस में पीएचडी छात्र जस्टिन काई सहित परियोजना टीम, विभिन्न नदियों में सोनार कैमरों के वीडियो के रूप में डेटा एकत्र कर रही है। टीम कंप्यूटर विजन सिस्टम को प्रशिक्षित करने के लिए डेटा के एक सबसेट को स्वायत्त रूप से पता लगाने और मछली की गिनती के रूप में गिनती करने के लिए है। Kay इस प्रक्रिया का वर्णन करता है कि मॉडल कैसे प्रत्येक माइग्रेटिंग मछली को गिनता है: “कंप्यूटर विजन एल्गोरिथ्म को फ्रेम में एक मछली का पता लगाने के लिए डिज़ाइन किया गया है, इसके चारों ओर एक बॉक्स खींचता है, और फिर समय के साथ इसे ट्रैक करता है। यदि स्क्रीन के एक तरफ एक मछली का पता लगाया जाता है और स्क्रीन के दूसरी तरफ छोड़ दिया जाता है, तो हम इसे ऊपर की ओर बढ़ते हुए गिनते हैं।” नदियों पर जहां टीम ने सिस्टम के लिए प्रशिक्षण डेटा बनाया है, इसने मजबूत परिणामों का उत्पादन किया है, केवल 3 से 5 प्रतिशत गिनती त्रुटि के साथ। यह लक्ष्य से नीचे है कि टीम और भागीदारी वाले हितधारकों ने 10 प्रतिशत से अधिक की गिनती की त्रुटि नहीं की है।
परीक्षण और परिनियोजन: मानव प्रयास और स्वचालन के उपयोग को संतुलित करना
नए बहाल क्लैमथ नदी पर सामन के प्रवास की निगरानी के लिए शोधकर्ताओं की तकनीक को तैनात किया जा रहा है। नदी पर चार बांधों को हाल ही में ध्वस्त कर दिया गया, जिससे यह अमेरिकी इतिहास की सबसे बड़ी बांध हटाने की परियोजना बन गई। वैज्ञानिकों, पर्यावरण संगठनों और वाणिज्यिक मछुआरों के सहयोग से, क्लैमथ जनजातियों के नेतृत्व में उन्हें हटाने के लिए 20 साल से अधिक लंबे अभियान के बाद बांध नीचे आ गए। बांधों को हटाने के बाद, नदी के 240 मील अब स्वतंत्र रूप से बहते हैं और लगभग 800 वर्ग मील का निवास स्थान सामन के लिए सुलभ है। बीरी ने क्लैमथ नदी में सामन आबादी के लगभग तत्काल पुनर्जनन को नोट किया: “मुझे लगता है कि यह बांध के आठ दिनों के भीतर था, उन्होंने सैल्मन को देखना शुरू कर दिया कि वास्तव में बांध से परे उकसाने वाला है।” कैलिफोर्निया ट्राउट के सहयोग से, टीम वर्तमान में एक अनुकूलित मॉडल को अनुकूलित करने और बनाने के लिए नए डेटा को संसाधित कर रही है जिसे बाद में नए माइग्रेटिंग सैल्मन को गिनने में मदद करने के लिए तैनात किया जा सकता है।
सिस्टम के साथ एक चुनौती मॉडल को प्रशिक्षण देने के लिए घूमती है, जिसमें अपरिचित वातावरण में मछली को सही ढंग से गिनने के लिए रिवरबेड फीचर्स, वॉटर क्लैरिटी और लाइटिंग की स्थिति जैसी विविधताओं के साथ गिनती होती है। ये कारक महत्वपूर्ण रूप से बदल सकते हैं कि कैसे मछली सोनार कैमरे के आउटपुट पर दिखाई देती है और कंप्यूटर मॉडल को भ्रमित करती है। जब नई नदियों में तैनात किया जाता है, जहां पहले कोई डेटा एकत्र नहीं किया गया है, जैसे कि क्लैमथ, सिस्टम का प्रदर्शन गिरता है और त्रुटि का मार्जिन 15-20 प्रतिशत तक बढ़ जाता है।
शोधकर्ताओं ने इस चुनौती को दूर करने और एक स्केलेबल सिस्टम बनाने के लिए सिस्टम के भीतर एक स्वचालित अनुकूलन एल्गोरिथ्म का निर्माण किया, जिसे मानव हस्तक्षेप के बिना किसी भी साइट पर तैनात किया जा सकता है। यह स्व-इनिशियलाइजिंग तकनीक माइग्रेटिंग फिश को सटीक रूप से गिनती करने के लिए नई स्थितियों और पर्यावरण के लिए स्वचालित रूप से जांच करने के लिए काम करती है। परीक्षण में, स्वचालित अनुकूलन एल्गोरिथ्म 10 से 15 प्रतिशत सीमा तक गिनती त्रुटि को कम करने में सक्षम था। स्व-इनिशियलाइजिंग फ़ंक्शन के साथ त्रुटि की गिनती में सुधार का मतलब है कि प्रौद्योगिकी बहुत अतिरिक्त मानवीय प्रयासों के बिना नए स्थानों के लिए तैनात होने के करीब है।
“फिशबॉक्स” के साथ वास्तविक समय प्रबंधन को सक्षम करना
अनुसंधान टीम द्वारा सामना की जाने वाली एक और चुनौती एक कुशल डेटा बुनियादी ढांचे का विकास था। कंप्यूटर विज़न सिस्टम को चलाने के लिए, सोनार कैमरों द्वारा निर्मित वीडियो को क्लाउड के माध्यम से या मैन्युअल रूप से एक नदी साइट से लैब तक हार्ड ड्राइव को मेल करके वितरित किया जाना चाहिए। इन विधियों में उल्लेखनीय कमियां हैं: रिमोट रिवर साइट स्थानों में इंटरनेट कनेक्टिविटी की कमी के कारण क्लाउड-आधारित दृष्टिकोण सीमित है, और शिपिंग डेटा में देरी की समस्याओं का परिचय देता है।
इन विधियों पर भरोसा करने के बजाय, टीम ने एक शक्ति-कुशल कंप्यूटर लागू किया है, “फिशबॉक्स” गढ़ा है, जिसका उपयोग प्रसंस्करण करने के लिए क्षेत्र में किया जा सकता है। फिशबॉक्स में अनुकूलित सॉफ्टवेयर के साथ एक छोटा, हल्का कंप्यूटर होता है जो मत्स्य प्रबंधक अपने मौजूदा लैपटॉप और सोनार कैमरों में प्लग कर सकते हैं। सिस्टम तब इंटरनेट कनेक्टिविटी की आवश्यकता के बिना सोनार साइटों पर सीधे सामन गिनती मॉडल चलाने में सक्षम है। यह प्रबंधकों को घंटे-दर-घंटे निर्णय लेने की अनुमति देता है, जो सामन आबादी के अधिक उत्तरदायी, वास्तविक समय प्रबंधन का समर्थन करता है।
सामुदायिक विकास
टीम पैसिफिक नॉर्थवेस्ट में सैल्मन फिशरीज मैनेजमेंट की निगरानी के आसपास एक समुदाय को एक साथ लाने के लिए भी काम कर रही है। “यह उन हितधारकों के लिए बहुत रोमांचक है जो (हमारी तकनीक) तक पहुंच प्राप्त करने के बारे में उत्साहित हैं, क्योंकि हम इसे काम करने और उनके साथ एक सख्त एकीकरण और सहयोग करने के लिए प्राप्त करते हैं,” बीरी कहते हैं। “मुझे लगता है कि विशेष रूप से जब आप भोजन और जल प्रणालियों पर काम कर रहे हैं, तो आपको प्रभाव को सुविधाजनक बनाने में मदद करने के लिए सीधे सहयोग की आवश्यकता है, क्योंकि आप यह सुनिश्चित कर रहे हैं कि आप जो विकसित करते हैं वह वास्तव में उन लोगों और संगठनों की जरूरतों को पूरा कर रहा है जिन्हें आप समर्थन करने में मदद कर रहे हैं।”
इस पिछले जून में, बीरी की लैब ने सिएटल में एक कार्यशाला का आयोजन किया, जिसने सामन आबादी की निगरानी और प्रबंधन के लिए स्वचालित सोनार सिस्टम के उपयोग पर चर्चा करने के लिए मछली और वन्यजीवों के राज्य और संघीय विभागों को गैर -सरकारी संगठनों, जनजातियों और राज्य और संघीय विभागों को बुलाया। Kay नोट करता है कि कार्यशाला “हर किसी को अलग -अलग तरीकों से साझा करने का एक भयानक अवसर था, जो वे सोनार का उपयोग कर रहे हैं और यह सोच रहे हैं कि हम जिस स्वचालित तरीके से निर्माण कर रहे हैं, वह उस वर्कफ़्लो में फिट हो सकता है।” चर्चा अब 50 से अधिक प्रतिभागियों के साथ टीम द्वारा बनाए गए एक साझा स्लैक चैनल के माध्यम से जारी है। इस समूह को बुलाना एक महत्वपूर्ण उपलब्धि है, क्योंकि इनमें से कई संगठनों को अन्यथा एक साथ आने और सहयोग करने का अवसर नहीं मिला होगा।
आगे देखना
चूंकि टीम कंप्यूटर विजन सिस्टम को ट्यून करना जारी रखती है, अपनी तकनीक को परिष्कृत करती है, और विविध हितधारकों के साथ संलग्न होती है – स्वदेशी समुदायों से लेकर मत्स्य प्रबंधकों तक – परियोजना क्षेत्र में सामन निगरानी और प्रबंधन की दक्षता और सटीकता में महत्वपूर्ण सुधार करने के लिए तैयार है। और जैसा कि बीरी अपने एमआईटी समूह के काम को आगे बढ़ाता है, जे-वफ्स सीड ग्रांट अपने दर्शनीय स्थलों में मत्स्य प्रबंधन जैसी चुनौतियों को रखने में मदद कर रहा है।
“तथ्य यह है कि जे-वफ्स सीड ग्रांट यहां एमआईटी में मौजूद था, ने हमें इस परियोजना पर काम करना जारी रखने में सक्षम बनाया, जब हम यहां चले गए,” बीरी ने कहा, “इसने परियोजना के दायरे का भी विस्तार किया और मुझे लगता है कि मुझे लगता है कि वास्तव में महत्वपूर्ण और प्रभावशाली परियोजना पर सक्रिय सहयोग बनाए रखने की अनुमति दी।”
जैसा कि जे-वफ्स ने इस वर्ष अपनी 10 वीं वर्षगांठ का प्रतीक है, कार्यक्रम का उद्देश्य उन नवीन परियोजनाओं को आगे बढ़ाने के लिए एमआईटी संकाय का समर्थन और प्रोत्साहित करना जारी रखना है, जो ज्ञान को आगे बढ़ाने और वैश्विक जल और खाद्य प्रणाली की चुनौतियों पर वास्तविक दुनिया के प्रभावों के साथ व्यावहारिक समाधान बनाने का लक्ष्य रखते हैं।
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