Suivi plus rapide des poissons à travers le cloud

Le moyen le plus rapide de suivre un poisson est d’utiliser le nuage, au sens figuré. Un nouveau récepteur acoustique, développé par des chercheurs du Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) et publié dans le Journal de l’Internet des objets de l’IEEE, envoie des données de suivi des poissons en temps quasi réel vers le cloud numérique, fournissant des informations opportunes aux exploitants de barrages et aux décideurs sur le moment, l’endroit et le nombre de poissons qui devraient traverser les barrages. Au lieu de s’appuyer sur des estimations saisonnières de la migration des poissons des années précédentes, ces données sur les poissons marqués appuient des décisions plus éclairées sur les opérations de barrage qui affectent le passage des poissons.

“Ce récepteur fournit des données actualisées aux opérateurs de barrages pour les aider à prendre des décisions éclairées au jour le jour en faveur du passage des poissons, comme ajuster le débit d’eau lorsqu’il est clair qu’un grand groupe de poissons juvéniles s’approchent du barrage “, a déclaré Jayson Martinez, un ingénieur en mécanique du PNNL qui a co-développé le récepteur.

Les barrages hydroélectriques sont une source importante d’énergie renouvelable fiable, générant environ 6 % de l’électricité totale aux États-Unis. Aider les poissons à naviguer en toute sécurité est un élément clé de la réduction de l’impact environnemental des barrages. Le nouveau récepteur est une pièce essentielle du puzzle dans l’effort continu pour améliorer le passage du poisson.

Mises à jour à l’heure

Pour suivre un poisson, vous avez besoin de deux équipements : un émetteur situé sur ou dans le poisson lui-même et un récepteur dans l’eau pour capter le signal transmis. Martinez et Daniel Deng, boursier du laboratoire PNNL et ingénieur en mécanique, ont développé la nouvelle technologie de récepteur avec leurs collaborateurs dans le cadre d’un effort à long terme visant à améliorer à la fois les émetteurs et les récepteurs.

“Au cours des deux dernières décennies, la télémétrie acoustique a été l’outil de choix des chercheurs pour fournir un suivi des poissons à distance de haute précision”, a expliqué Deng. “Nous avons travaillé sur la fabrication de meilleurs émetteurs plus petits qui peuvent être utilisés pour étudier plus d’espèces de poissons et d’étapes de vie. Mais l’amélioration de l’émetteur n’est que la moitié du défi, l’autre moitié améliore le récepteur.”

Les récepteurs actuellement disponibles présentent des limitations importantes. Les récepteurs câblés peuvent transmettre des données à terre en temps réel, mais ils doivent être alimentés par une infrastructure terrestre, ce qui limite leur placement aux zones où l’électricité est disponible. Les récepteurs autonomes peuvent être déployés dans des endroits sans câblage ni infrastructure à terre, mais ils doivent stocker les informations de suivi localement jusqu’à ce qu’elles puissent être collectées manuellement, ce qui signifie que les données de suivi des poissons ne sont pas disponibles en temps réel. Pour remédier à ces limitations, Martinez, Deng et leurs collaborateurs ont développé un récepteur acoustique autonome qui peut télécharger sans fil des informations dans le cloud lorsqu’il est déployé sous l’eau dans des endroits éloignés ou difficiles d’accès le long des ruisseaux et des rivières.

“Notre objectif ultime est d’essayer de fournir des informations en temps réel sur l’emplacement et la santé des poissons, et ce récepteur est un grand pas vers cet objectif, en fournissant des mises à jour horaires des données aux exploitants de barrages”, a déclaré Deng.

Calcul à la périphérie

La transmission de données sans fil sous l’eau est un processus extrêmement lent, jusqu’à 3 millions de fois plus lent que la vitesse moyenne de l’Internet domestique par câble. Pour contourner ce problème, les chercheurs ont utilisé l’informatique de pointe pour minimiser la quantité de données devant être transférées sans fil de l’eau vers le cloud. L’informatique de périphérie est une approche qui permet un traitement des données amélioré et efficace en rapprochant l’informatique de la source de données elle-même. Dans ce cas, les données de suivi des poissons sont traitées au niveau du récepteur avant d’être transmises au cloud.

En règle générale, lorsque des poissons marqués avec des émetteurs acoustiques nagent près de récepteurs autonomes, ces données sont collectées et stockées localement jusqu’à ce que quelqu’un visite le récepteur et télécharge les données. Non seulement cela prend beaucoup de temps et d’argent, mais cela implique également des considérations de sécurité importantes car les chercheurs doivent souvent naviguer jusqu’au récepteur par bateau. De plus, ce n’est pas infaillible.

“Et si vous devez laisser un récepteur hors service pendant deux mois avant que quelqu’un puisse collecter les données ? Si quelque chose ne va pas avec le récepteur pendant cette période, comme un capteur inondé d’eau ou une batterie épuisée, il n’y a aucun moyen de savoir cela, de sorte que vous pourriez perdre les deux mois entiers de données », a déclaré Martinez.

L’intégration de l’informatique de pointe dans le nouveau récepteur élimine ces problèmes. Le nouveau récepteur collecte les données des émetteurs de poissons au fur et à mesure que les poissons nagent, puis traite et comprime les données. Toutes les heures, les données compressées sont envoyées sans fil à un petit modem situé à terre, qui télécharge les données directement dans le cloud, où les exploitants de barrages et les décideurs peuvent y accéder. Cela fournit un suivi des poissons en temps quasi réel et un avertissement en cas de problème avec le récepteur afin que tout problème puisse être résolu rapidement, minimisant ainsi la perte de données.

“Il y a beaucoup d’énergie économisée lors de la transmission des données, ce qui se traduit par plus de données pouvant être transmises avec moins d’énergie, ce qui rend le système plus robuste et efficace”, a expliqué Martinez. “Vous pourriez même potentiellement faire fonctionner le modem acoustique terrestre en utilisant de l’énergie renouvelable, comme une batterie solaire.”

Plus qu’un simple traqueur de poissons

Un autre aspect passionnant du récepteur est son potentiel de faire bien plus que suivre les poissons – c’est une plate-forme flexible qui peut accueillir plusieurs capteurs pour collecter une variété de données. Ces plates-formes réceptrices pourraient fournir des données simultanées en temps quasi réel sur la qualité de l’eau et les conditions environnementales ainsi que l’emplacement des poissons, répondant à des questions précieuses sur la santé des poissons et des rivières dans un climat changeant.

“Les informations en temps réel sur l’emplacement des poissons et les conditions environnementales, y compris dans les zones éloignées ou difficiles d’accès, sont potentiellement très utiles pour la construction de modèles environnementaux afin de comprendre les habitats fluviaux et les populations de poissons à la lumière du changement climatique”, a déclaré Martinez.

Maintenant que le récepteur a été démontré dans un environnement de test contrôlé, les scientifiques prévoient de l’adapter pour un déploiement à grande échelle dans le futur. En plus de Martinez et Deng, l’équipe comprenait des chercheurs du PNNL Yang Yang, Robbert Elsinghorst, Hongfei Hou et Jun Lu. Deng occupe un poste conjoint chez Virginia Tech.