VEDA/AQUA

The importance of effective and efficient protection of endangered and protected animals is still relevant, and it can be assumed that with the undoubted success of efforts to return them to our nature, the importance of situations that today are inappropriately called conflict will also increase. Our aquaculture and fisheries, in general, are no exception in this respect. The losses caused by the protected (otter) or endangered (cormorant) fish-eating predators is partly compensated for fish farming entities based on the evaluation of the number of predators present according to the methodologies of the Nature Conservation Agency of the Czech Republic. The methods of determining cormorant and otter numbers on fish farms are defined in them in such a way as to minimize the influence of subjective factors (counting of cormorant individuals, evaluation of residence signs and their conversion to estimation of otter numbers) for the purposes of losses calculation. Nevertheless, these procedures are logically burdened with subjective error caused by different levels of expertise and experience of evaluators, instrumentation, or sampling frequency. For this reason, it is advisable to look for new options for monitoring, which would be more objective, conclusive and save the time required for monitoring. These advantages are brought about using camera systems in combination with modern computer image processing methods. As part of the project “Automation and objectification of piscivorous predator monitoring” (QK1920102), we created a solution for cormorant monitoring using drone photos, which is available to users via the website for free. The project was financially supported by the Ministry of Agriculture within the ZEMĚ program, mediated by the National Agency for Agricultural Research.

Currently, the number of cormorants in the Czech Republic is estimated at 813 breeding and 13,148 migrating and wintering birds in 2019 (RS ČR, internal data 2020), which caused a loss in aquaculture production of approximately CZK 100 million. While birds in nesting colonies contribute 13 million CZK to damages, losses caused by non-resident cormorants amount to 87 million CZK. Reimbursement of these losses to fishing enterprises, even if their extent does not fully correspond to real total extent, is based on the data reported by the monitoring of the applicants and the subsequent quantification carried out by the relevant experts. This undoubtedly increases the need to reduce subjective bias and methodological limits, which relate in particular to the difficulty in counting cormorant numbers in flocks exceeding 50–100 individuals.

The biggest weakness in monitoring the number of cormorants in the pond is the objective determination of their number. Two factors influence this: being there at the right time when the cormorants are on the pond and correctly counting the individuals that may overlap from the observer's point of view. To solve the first problem, an island system (Figure 1) was created, which is placed on a pond and can detect incoming cormorants. The system consists of a camera that can scan the entire sky (Figure 1) and a photovoltaic panel that recharges a battery that provides electricity for the camera. However, the processing of the video recording must be done on a computer, so the system is more suitable for determining the times when cormorants are present on the pond than for providing immediate information about their arrival.

To accurately determine the number of cormorants present on the pond, a system was created using an unmanned aircraft equipped with a so-called thermal camera. The drone operator will photograph the cormorants on the water, in the trees or on the island. After uploading the data to the web application, the software detects individual cormorants. Cormorants typically have a higher temperature than their surroundings, and because of this, they "glow" in the thermal camera recording. The software is thus able to determine their exact number with a success rate higher than 97 percent. The drone can photograph cormorants from a height of 30–130 meters without scaring them. Based on the detected cormorants, the web application can create an overview of the occurrence of cormorants on selected ponds and calculate losses based on the existing methodology.

Detailed information is available in the original article: Polenský, J., Regenda, J., Adámek, Z., Císař, P., 2022. Prospects for the monitoring of the great cormorant (Phalacrocorax carbo sinensis) using a drone and stationary cameras. Ecological Informatics 70, 101726. https://doi.org/10.1016/j.ecoinf.2022.101726

Link to web interface: http://wat.frov.jcu.cz/ login: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it., password: Slun94koSv9t9.

Testing data are here.

Picture description (see below): Example drone picture of cormorants sitting on the water. A – picture in visible spectre, B – picture from thermal camera, C – result of automatic detection (green rectangles).

Written by: Dipl. - Ing. petr Císař, Ph.D.

Význam účinné a efektivní ochrany ohrožených a chráněných živočichů je stále aktuální a lze předpokládat, že s nezpochybnitelnou úspěšností snah o jejich návrat do naší přírody bude narůstat i význam situací, které jsou dnes nepříliš vhodně nazývány konfliktními. Naše akvakultura i rybářství obecně není v tomto směru výjimkou. Škody, které chránění (vydra) nebo ohrožení (kormorán) rybožraví predátoři působí, jsou rybochovným subjektům zčásti kompenzovány na základě vyhodnocení počtů přítomných predátorů podle metodik Agentury ochrany přírody a krajiny ČR (AOPK). Metody stanovení počtů kormorána a vydry na rybochovných objektech jsou v nich definovány tak, aby minimalizovaly vliv subjektivních faktorů (počítání jedinců kormoránů, hodnocení pobytových znaků a jejich převod na odhad počtů vydry) pro potřeby výpočtu škod. Přesto však jsou tyto postupy logicky zatíženy subjektivní chybou vyvolanou různou úrovní odbornosti a zkušeností hodnotitelů, přístrojového vybavení či frekvencí vzorkování. Z tohoto důvodu je vhodné hledat nové možnosti monitoringu, který by byl více objektivní, průkazný a šetřil čas nutný pro mapování. Tyto výhody přináší využití kamerových systémů v kombinaci s moderními metodami zpracování obrazu počítačem. V rámci projektu „Automatizace a objektivizace monitoringu rybožravých predátorů“ (QK1920102) jsme vytvořili řešení pro monitoring kormorána pomocí fotografií z dronů, které je dostupné uživatelům prostřednictvím webové stránky zdarma. Projekt byl finančně podpořen Ministerstvem zemědělství v rámci programu ZEMĚ, zprostředkovaný Národní agenturou pro zemědělský výzkum.

V současné době se stavy kormoránů v ČR odhadují na 813 hnízdících a 13 148 migrujících a zimujících ptáků v roce 2019 (RS ČR, interní údaje 2020), což způsobilo ztrátu v produkci akvakultury ve výši cca 100 mil. Kč. Zatímco ptáci v hnízdních koloniích se na škodách podílejí 13 mil. Kč, ztráty způsobené nerezidentními kormorány dosahují 87 mil. Kč. Úhrada těchto ztrát rybářským podnikům, i když její rozsah plně neodpovídá jejich celkovému rozsahu, je založena na údajích vykázaných monitoringem žadatelů a následné kvantifikaci provedené příslušnými odborníky. To nepochybně zvyšuje potřebu snížit subjektivní zkreslení a metodické limity, které se týkají zejména obtíží při počítání počtů kormoránů v hejnech přesahujících 50–100 kusů.

Největší slabinou při monitorování počtu kormoránů na rybníku je objektivní stanovení jejich počtu. Toto ovlivňují dva faktory: být na místě v ten správný čas, kdy jsou kormoráni na rybníku, a správně spočítat jednotlivé kusy, které se z pohledu pozorovatele mohou překrývat. Pro vyřešení prvního problému byl vytvořen ostrovní systém (obrázek 1), který se umístí na rybník a dokáže detekovat přilétající kormorány. Systém se skládá z kamery, která dokáže snímat celou oblohu (obrázek 1) a z fotovoltaického panelu, který dobíjí baterii zajišťující elektřinu pro kameru. Zpracování video záznamu je ovšem nutné provádět v počítači, a tak je systém vhodný spíše pro určení časů, kdy se kormoráni na rybníku vyskytují než pro poskytnutí okamžité informace o příletu.

Pro přesné stanovení počtu kormoránů na rybníku byl vytvořen systém využívající bezpilotní letadlo vybavené tzv. termo kamerou. Obsluha dronu vyfotí kormorány na vodě, na stromech nebo na ostrově. Po nahrání dat do webové aplikace provede software detekci jednotlivých kormoránů. Kormoráni mají typicky vyšší teplotu než okolní prostředí a díky tomu v záznamu termo kamery „svítí“. Software tak dokáže s úspěšností vyšší než 97 % stanovit jejich přesný počet. Dron může kormorány snímat z výšky 30–130 metrů, aniž by je vyplašil. Na základě detekovaných kormoránů dokáže webová aplikace vytvořit přehled výskytu kormoránů na vybraných rybnících a spočítat ztráty na základě stávající metodiky. 

Podrobné informace jsou dostupné v původním článku: Polenský, J., Regenda, J., Adámek, Z., Císař, P., 2022. Prospects for the monitoring of the great cormorant (Phalacrocorax carbo sinensis) using a drone and stationary cameras. Ecological Informatics 70, 101726. https://doi.org/10.1016/j.ecoinf.2022.101726

Odkaz na webové rozhraní: http://wat.frov.jcu.cz/ login: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it., heslo: Slun94koSv9t9.

Testovací data jsou dostupná zde.

Popis k obrázku níže: Ukázka fotografií kormoránů sedících na vodě z dronu. A – fotografie ve viditelném spektru, B – fotografie z termo kamery, C – výsledek automatické detekce (zelené obdélníky).

Napsal: Ing. petr Císař, Ph.D.

Živé organismy jsou stabilní chemické objekty vzniklé spontánní organizací. Jakmile jednou vznikne embryo, samo od sebe „ví“, jak uspořádat chemické látky tak, aby vznikl člověk. Podobné procesy chemické samoorganizace lze pozorovat například ve směsi kyseliny malonové, kyseliny sírové, brómu, bromidu a komplexu přechodného kovu jako katalyzátoru (reakce Bělousovova-Žabotinského). I tam lze pozorovat vývoj přes různá stádia až k „dospělosti“ charakterizované stále stejnou dynamickou strukturou. „Chemické embryo“ lze znovu vytvořit opětným zamícháním směsi obdobně, jako organismus znovu vzniká ze zárodečných buněk. Vědci Ústavu komplexních systémů FROV JU analyzovali velmi jednoduchý model, který počítá jen se dvěma fakticky lineárními procesy, vnitřním růstem a difuzí. Při experimentování s hladinami šumu našli podmínky, kdy je možno simulovat vývoj od „chemického embrya“ až k dospělosti, tj. k chemickým turbulencím. Základní kvalitativní charakteristiky vývoje živého organismu tak lze pozorovat už na tomto jednoduchém modelu.

Výsledek ale otevírá ještě zásadnější otázku: Je popis světa pomocí diferenciálních rovnic správný? Neměl by se popisovat diskrétní matematikou a iluzi spojitosti nahradit šumem? Vždyť všichni víme, že hmota se skládá z diskrétních molekul i větších diskrétních objektů. Nejsou potíže, s nimž se potýká matematický popis přírodních jevů, dány systematicky chybnými předpoklady?

Videa:
- Experimentální provedení reakce Bělousova – Žabotinského
- Model stroje na výrobu změti se šumem

Článek autorů Dalibora Štyse, Renaty Štysové Rychtárikové, Anny Zhyrové, Kryštofa Štyse a Petra Jizby (Noisy hodgepodge machine and the observed mesoscopic behavior in the non-stirred Belousov-Zhabotinsky reaction: Optimal noise and hidden noise in the hodgepodge machine), vyšel v březnu 2019 časopise European Physical Journal Special Topics.