Prosjektnummer
901417
Måling av spektralkarakteristikk for kvalitetssikring av smoltstatus (HYPERSMOLT)
Prosjektet er et bidrag til bedret fiskevelferd, mer robust smolt og bedret smoltkvalitet
• Hyperspektral avbilding av fisk i settefiskanlegg har identifisert bølgelengder av lys som unikt skiller smolt fra parr.
• Dataanalyse basert på maskinlæring resulterte i korrekt klassifisering i 91 % av tilfellene uavhengig av om fisken kom fra gjennomstrømmings- eller resirkuleringsanlegg.
• Fem forslag til hvordan teknologien kan tas videre og integreres i eksisterende og fremtidige settefiskanlegg har blitt foreslått.
• Teknologien kan ha potensial til å også avgjøre desmoltifisert fisk, noe som ønskes undersøkt i fremtiden.
• Dataanalyse basert på maskinlæring resulterte i korrekt klassifisering i 91 % av tilfellene uavhengig av om fisken kom fra gjennomstrømmings- eller resirkuleringsanlegg.
• Fem forslag til hvordan teknologien kan tas videre og integreres i eksisterende og fremtidige settefiskanlegg har blitt foreslått.
• Teknologien kan ha potensial til å også avgjøre desmoltifisert fisk, noe som ønskes undersøkt i fremtiden.
Sammendrag av resultater fra prosjektets faglige sluttrapport (summary in English further below)
For å bidra i arbeidet med å redusere fiskedødeligheten etter utsett i sjø har prosjektet undersøkt en optisk målemetode for å skille parr- og smoltstadiene fra hverandre for at settefiskanlegg skal få flere verktøy i sitt kvalitetssikringsarbeid. En hyperspektral avbilder har blitt benyttet til å samle inn data ved to gjennomstrømmings- og et resirkuleringsanlegg i parallell med anleggenes egne tester. Anleggenes testresultater har blitt benyttet som fasit for en maskinlæringsalgoritme som har blitt trent og benyttet til å klassifisere hvorvidt en fisk er parr eller smolt. Metoden har resultert i korrekt klassifisering i 85–100 % av tilfellene. Analyse av alle data under ett resulterer i korrekt klassifisering i 91 % (anleggsuavhengig). Basert på metodikken har 7 forslag til videre iverksetting og bruk av den nye kunnskapen blitt utarbeidet.
Results achieved
Summary of results from the project's final report
To contribute to the efforts to reduce smolt mortality in sea, the HYPERSMOLT project has tested an optical sensing technique do determine if parr and smolt can be uniquely classified to offer smolt producers additional tools in their quality assurance. A hyperspectral imager has been used to collect data in two flow-through and one recirculating production site in parallel with the sites’ own testing. The sites’ test results have been used as a baseline for a machine learning algorithm trained to classify whether a fish is parr or smolt. The method has resulted in correct classification in 85–100% of the cases. Analysis of all data independent of origin results in a classification accuracy of 91 %. Based on this method 7 suggestions for implementation and use of the new knowledge has been proposed.
Vitenskapelig publisering/ Scientific publications
– Eirik Svendsen, Zsolt Volent, Christian Schellewald, Andrei Tsarau, Asgeir Bjørgan, Birger Venås, Nina Bloecher, Morten Bondø, Martin Føre, Kristbjörg Edda Jonsdottir, and Sigurd Stefansson, ‘Identification of spectral signature for in situ real-time monitoring of smoltification’, Applied Optics, 60/14 (2021), 4127–34. doi.org/10.1364/AO.420347 (open access).
Summary of results from the project's final report
To contribute to the efforts to reduce smolt mortality in sea, the HYPERSMOLT project has tested an optical sensing technique do determine if parr and smolt can be uniquely classified to offer smolt producers additional tools in their quality assurance. A hyperspectral imager has been used to collect data in two flow-through and one recirculating production site in parallel with the sites’ own testing. The sites’ test results have been used as a baseline for a machine learning algorithm trained to classify whether a fish is parr or smolt. The method has resulted in correct classification in 85–100% of the cases. Analysis of all data independent of origin results in a classification accuracy of 91 %. Based on this method 7 suggestions for implementation and use of the new knowledge has been proposed.
Vitenskapelig publisering/ Scientific publications
– Eirik Svendsen, Zsolt Volent, Christian Schellewald, Andrei Tsarau, Asgeir Bjørgan, Birger Venås, Nina Bloecher, Morten Bondø, Martin Føre, Kristbjörg Edda Jonsdottir, and Sigurd Stefansson, ‘Identification of spectral signature for in situ real-time monitoring of smoltification’, Applied Optics, 60/14 (2021), 4127–34. doi.org/10.1364/AO.420347 (open access).
Prosjektet har dokumentert at hyperspektral avbildningsteknologi kan benyttes til objektiv og kontinuerlig påvisning av smolitifseringsstatus i en laksepopulasjon. En fremtidig iverksetting av denne metoden i settefiskanlegg vil i seg selv, eller som et supplement til dagens metoder, kunne medføre forbedret overvåkning av smoltifisering og derved mer korrekt utsettstidspunkt i sjø.
-
Sluttrapport: Måling av spektralkarakteristikk for kvalitetssikring av smoltstatus
SINTEF Ocean AS. Rapportnr. 2020:00459. 12. mai 2020. Av Eirik Svendsen, Zsolt Volent, Andrei Tsarau, Christian Schellewald, Mats Mulelid, Birger Venås, Morten Bondø, Nina Blöcher og Siri Vassgård.
Næring og myndigheter retter i økende grad søkelyset mot fiskens velferd i norsk lakseoppdrett. Fiskevelferd har blant annet blitt utpekt som et viktig tema av aktører innen både industri, myndigheter og forskning (Fiskehelserapporten 2015, Veterinærinstituttet).
Velferd i sjøfasen avhenger blant annet av smoltkvaliteten. Dette går fram av f.eks. Mattilsynets rapport “Tap av laksefisk i sjø” (Skrudland, 2014), som konkluderer med at “Fokus på forbedret og stabil smoltkvalitet, samt regional selvforsyningsgrad av smolt, trolig vil gi markant bedre fiskevelferd og fremgang i biologisk og bedriftsøkonomisk ytelse for mange næringsaktører”. Det foreligger i tillegg et ønske fra lakseprodusenter om bedre kontroll med smoltifiseringsprosessen i settefiskanlegg for bedre å kunne styre sin egen smoltproduksjon, samt for å sikre forutsigbar forsyning av robust smolt til sjøanleggene. Smoltifiseringsprosessen omfatter endringer i fysiologi, adferd og morfologi. Konvensjonell vurdering av smoltifisering foregår gjennom uttak av fisk til måling av ionetransporterende enzym i gjellene, sjøvannstesting og måling av kloridinnhold, eller genetiske metoder som SmoltTimer. Testene kan foregå i kombinasjon med evaluering av morfologi/kondisjonsfaktor og endringer i overflateegenskaper som farge og refleksjon. Utfordringer knyttet til disse metodene er at kun et lite utvalg av individer testes. Dette innebærer at testresultatet ikke uten videre kan overføres til en hel fiskepopulasjon ettersom denne vil ha en spredning i smoltifiseringsgraden. Konvensjonell testmetodikk er også tidkrevende. En sjøvannstest krever f.eks. at fisken oppholder seg i sjøvann i ca .24 timer før fisken vurderes.
Med dette som bakteppe ser næringen og SINTEF Ocean et betydelig potensial i å benytte nye teknologiske løsninger til å erverve ny kunnskap og informasjon om graden av smoltifisering til fisk på populasjonsnivå i settefiskanlegg på en objektiv måte. Dette prosjektet skal se nærmere på utvikling av en objektiv målemetode for hvorvidt biomassen i et settefiskanlegg er smoltifisert eller ikke. Dette skal skje gjennom bruk av optiske målemetoder med tanke på fremtidig realisering av måleapparatur for online, sanntidsmåling av smoltifiseringsstatus som ikke krever prøveuttak av fisk fra anlegget. Prosjektets problemstilling samsvarer med FHFs handlingsplan for 2017 innen prioriteringsområdene fiskevelferd, tapsreduksjon og robust fisk.
Velferd i sjøfasen avhenger blant annet av smoltkvaliteten. Dette går fram av f.eks. Mattilsynets rapport “Tap av laksefisk i sjø” (Skrudland, 2014), som konkluderer med at “Fokus på forbedret og stabil smoltkvalitet, samt regional selvforsyningsgrad av smolt, trolig vil gi markant bedre fiskevelferd og fremgang i biologisk og bedriftsøkonomisk ytelse for mange næringsaktører”. Det foreligger i tillegg et ønske fra lakseprodusenter om bedre kontroll med smoltifiseringsprosessen i settefiskanlegg for bedre å kunne styre sin egen smoltproduksjon, samt for å sikre forutsigbar forsyning av robust smolt til sjøanleggene. Smoltifiseringsprosessen omfatter endringer i fysiologi, adferd og morfologi. Konvensjonell vurdering av smoltifisering foregår gjennom uttak av fisk til måling av ionetransporterende enzym i gjellene, sjøvannstesting og måling av kloridinnhold, eller genetiske metoder som SmoltTimer. Testene kan foregå i kombinasjon med evaluering av morfologi/kondisjonsfaktor og endringer i overflateegenskaper som farge og refleksjon. Utfordringer knyttet til disse metodene er at kun et lite utvalg av individer testes. Dette innebærer at testresultatet ikke uten videre kan overføres til en hel fiskepopulasjon ettersom denne vil ha en spredning i smoltifiseringsgraden. Konvensjonell testmetodikk er også tidkrevende. En sjøvannstest krever f.eks. at fisken oppholder seg i sjøvann i ca .24 timer før fisken vurderes.
Med dette som bakteppe ser næringen og SINTEF Ocean et betydelig potensial i å benytte nye teknologiske løsninger til å erverve ny kunnskap og informasjon om graden av smoltifisering til fisk på populasjonsnivå i settefiskanlegg på en objektiv måte. Dette prosjektet skal se nærmere på utvikling av en objektiv målemetode for hvorvidt biomassen i et settefiskanlegg er smoltifisert eller ikke. Dette skal skje gjennom bruk av optiske målemetoder med tanke på fremtidig realisering av måleapparatur for online, sanntidsmåling av smoltifiseringsstatus som ikke krever prøveuttak av fisk fra anlegget. Prosjektets problemstilling samsvarer med FHFs handlingsplan for 2017 innen prioriteringsområdene fiskevelferd, tapsreduksjon og robust fisk.
Hovedmål
Å identifisere spektralkarakteristikken som er unik for smoltifisert laks, gjennom objektiv måling av optiske overflateegenskaper til fisk i settefiskanlegg.
Delmål
• Å utvikle utstyr og målemetodikk for innsamling av spektralkarakteristikken til laks underveis i vekstfasen på settefiskanlegg.
• Å sammenlikne måleresultatene med eksisterende målemetodikk for bestemmelse av smoltifisering.
• Å bestemme grenseverdi for smoltifisering med bakgrunn i målte spektralkarakteristikker og resultater fra konvensjonell testing på samme fisk.
• Å anbefale løsninger for videre produktutviklingsløp.
Å identifisere spektralkarakteristikken som er unik for smoltifisert laks, gjennom objektiv måling av optiske overflateegenskaper til fisk i settefiskanlegg.
Delmål
• Å utvikle utstyr og målemetodikk for innsamling av spektralkarakteristikken til laks underveis i vekstfasen på settefiskanlegg.
• Å sammenlikne måleresultatene med eksisterende målemetodikk for bestemmelse av smoltifisering.
• Å bestemme grenseverdi for smoltifisering med bakgrunn i målte spektralkarakteristikker og resultater fra konvensjonell testing på samme fisk.
• Å anbefale løsninger for videre produktutviklingsløp.
Næringsnytte
Teknologi for bedre kontroll av smoltifiseringsgrad er etterspurt av næringen. Resultatene fra HYPERSMOLT vil kunne gi mulighet for kontinuerlig overvåkning av smoltifiseringsgrad, noe som vil gi muligheter for bedre produksjonskontroll og –styring (jf. FHFs satsingsområde: Robust fisk).
Resultatene ventes også å føre til enklere logistikk ettersom “smoltvinduet” vil være bedre kjent (jf. FHFs satsingsområde: Robust fisk). For smoltprodusentene vil resultatene åpne for bedre og objektiv dokumentasjon av smoltkvalitet før utsett i sjø (jf. FHFs satsingsområde: Fiskevelferd), som igjen ventes å føre til bedre fiskevelferd og redusert dødelighet etter utsett i sjø som følge av at smoltifiseringsgraden er kjent (jf. FHFs satsingsområde: tapsreduksjon i sjøfasen).
Teknologi for bedre kontroll av smoltifiseringsgrad er etterspurt av næringen. Resultatene fra HYPERSMOLT vil kunne gi mulighet for kontinuerlig overvåkning av smoltifiseringsgrad, noe som vil gi muligheter for bedre produksjonskontroll og –styring (jf. FHFs satsingsområde: Robust fisk).
Resultatene ventes også å føre til enklere logistikk ettersom “smoltvinduet” vil være bedre kjent (jf. FHFs satsingsområde: Robust fisk). For smoltprodusentene vil resultatene åpne for bedre og objektiv dokumentasjon av smoltkvalitet før utsett i sjø (jf. FHFs satsingsområde: Fiskevelferd), som igjen ventes å føre til bedre fiskevelferd og redusert dødelighet etter utsett i sjø som følge av at smoltifiseringsgraden er kjent (jf. FHFs satsingsområde: tapsreduksjon i sjøfasen).
Resultatutnyttelse
Resultatene fra HYPERSMOLT vil ha kort vei til realisering av kommersielt produkt. Resultatene vil derfor anvendes i videre produktutviklingsløp for realisering av kommersielle produkter for måling av smoltifiseringsgrad. Slike løp kan i forlengelsen av HYPERSMOLT finansieres med støtte fra, for eksempel, Innovasjon Norge og næringen selv. De resulterende kommersielle produktene kan f.eks. bestå i spesialiserte sensorer som kontinuerlig måler de bølgelengdene som inneholder informasjon om smoltifiseringsgraden til biomassen i et kar, eventuelt i form av en rør-enhet som kvalitetssikrer hvert individ, f.eks. under overføring av fisk fra settefiskanlegg til brønnbåt. Et slikt system kan være knyttet til en ventil som fører fisk som ikke er smoltifisert tilbake til settefiskanlegget.
Resultatene fra HYPERSMOLT vil ha kort vei til realisering av kommersielt produkt. Resultatene vil derfor anvendes i videre produktutviklingsløp for realisering av kommersielle produkter for måling av smoltifiseringsgrad. Slike løp kan i forlengelsen av HYPERSMOLT finansieres med støtte fra, for eksempel, Innovasjon Norge og næringen selv. De resulterende kommersielle produktene kan f.eks. bestå i spesialiserte sensorer som kontinuerlig måler de bølgelengdene som inneholder informasjon om smoltifiseringsgraden til biomassen i et kar, eventuelt i form av en rør-enhet som kvalitetssikrer hvert individ, f.eks. under overføring av fisk fra settefiskanlegg til brønnbåt. Et slikt system kan være knyttet til en ventil som fører fisk som ikke er smoltifisert tilbake til settefiskanlegget.
Prosjektet består av fem delaktiviteter (DA):
DA 1: Metodeutvikling og måleoppsett
1.1: Metodeutvikling
For å nå målene i prosjektet må det samles inn hyperspektraldata fra flere fisk underveis i produksjonen i et settefiskanlegg. Målemetodikken for repetérbar innsamling av hyperspektraldata skal utarbeides og samarbeid med et settefiskanlegg etableres. I metodeutviklingen må det legges vekt på at de samme individene som brukes til innsamling av hyperspektraldata også skal testes med konvensjonell metodikk, fortrinnsvis måling av ionetransporterende enzym i gjellene. Det skal arrangeres et arbeidsmøte (workshop) med industri og fiskehelsepersonell for å innhente innspill til arbeidet.
Deltakere: SINTEF Ocean, Universitetet i Bergen (UiB) og styringsgruppemedlemmer ved behov.
For å nå målene i prosjektet må det samles inn hyperspektraldata fra flere fisk underveis i produksjonen i et settefiskanlegg. Målemetodikken for repetérbar innsamling av hyperspektraldata skal utarbeides og samarbeid med et settefiskanlegg etableres. I metodeutviklingen må det legges vekt på at de samme individene som brukes til innsamling av hyperspektraldata også skal testes med konvensjonell metodikk, fortrinnsvis måling av ionetransporterende enzym i gjellene. Det skal arrangeres et arbeidsmøte (workshop) med industri og fiskehelsepersonell for å innhente innspill til arbeidet.
Deltakere: SINTEF Ocean, Universitetet i Bergen (UiB) og styringsgruppemedlemmer ved behov.
1.2: Måleoppsett
Måleoppsettet skal utarbeides i samarbeid med personell på det utvalgte settefiskanlegget for samkjøring med prosjektaktivitet DA 2 (måling av spekter) med produksjonssyklusen til anlegget. Nødvendig utstyr skal i denne aktiviteten settes i bestilling.
Deltakere: SINTEF Ocean, UiB, Styringsgruppemedlemmer ved behov og personell ved settefiskanlegg.
Måleoppsettet skal utarbeides i samarbeid med personell på det utvalgte settefiskanlegget for samkjøring med prosjektaktivitet DA 2 (måling av spekter) med produksjonssyklusen til anlegget. Nødvendig utstyr skal i denne aktiviteten settes i bestilling.
Deltakere: SINTEF Ocean, UiB, Styringsgruppemedlemmer ved behov og personell ved settefiskanlegg.
DA 2: Måling av spekter
2.1: Datainnsamling
Utstyr for innsamling av data skal i denne aktiviteten testes og monteres ute på settefiskanlegget som er med i prosjektet. Innsamling av hyperspektraldata skal gjennomføres i henhold til metode og plan utarbeidet i DA 1. De samme individene testes for smoltifisering med konvensjonell målemetodikk innleid av tredjeparts tjenesteleverandør.
Deltakere: SINTEF Ocean, UiB og personell ved settefiskanlegg.
Utstyr for innsamling av data skal i denne aktiviteten testes og monteres ute på settefiskanlegget som er med i prosjektet. Innsamling av hyperspektraldata skal gjennomføres i henhold til metode og plan utarbeidet i DA 1. De samme individene testes for smoltifisering med konvensjonell målemetodikk innleid av tredjeparts tjenesteleverandør.
Deltakere: SINTEF Ocean, UiB og personell ved settefiskanlegg.
DA 3: Databehandling
3.1: Sortering av data
Store mengder data vil resultere fra DA 2. Datasettene fra alle målingene skal systematiseres og sorteres så spektralkarakteristikker for de ulike gradene av smoltifisering kan identifiseres.
Deltakere: SINTEF Ocean.
Store mengder data vil resultere fra DA 2. Datasettene fra alle målingene skal systematiseres og sorteres så spektralkarakteristikker for de ulike gradene av smoltifisering kan identifiseres.
Deltakere: SINTEF Ocean.
DA 4: Dataanalyse og faglig rapportering
4.1: Dataanalyse
Sammenhengen mellom de målte spektralkarakteristikkene og smoltifiseringsgradene målt med konvensjonell metodikk skal klarlegges. I tillegg skal bølgelengdene som angir smoltifiseringsgrad identifiseres til videreføring i fremtidig optimalisert teknologi som kun måler disse relevante bølgelengdene.
Deltakere: SINTEF Ocean.
Sammenhengen mellom de målte spektralkarakteristikkene og smoltifiseringsgradene målt med konvensjonell metodikk skal klarlegges. I tillegg skal bølgelengdene som angir smoltifiseringsgrad identifiseres til videreføring i fremtidig optimalisert teknologi som kun måler disse relevante bølgelengdene.
Deltakere: SINTEF Ocean.
4.2: Faglig rapportering
Det skal skrives en sluttrapport som oppsummerer resultatene og kommer med anbefalinger for videre produktutviklingsløp.
Deltakere: SINTEF Ocean og UiB.
Deltakere: SINTEF Ocean og UiB.
DA 5: Administrasjon og formidling
5.1: Administrasjon
Delaktiviteten skal håndtere generell prosjektadministrasjon, administrativ rapportering og formidling.
Deltakere: SINTEF Ocean.
Delaktiviteten skal håndtere generell prosjektadministrasjon, administrativ rapportering og formidling.
Deltakere: SINTEF Ocean.
5.2: Formidling
Delaktiviteten skal håndtere vitenskapelig og populærvitenskapelig formidling i prosjektet.
Deltakere: SINTEF Ocean, UiB og styringsgruppemedlemmer ved behov.
Vitenskapelig formidling vil primært gjøres gjennom publisering av prosjektets resultater i tidsskriftet Aquaculture Research som har fagfellevurdering av artiklene.
Populærvitenskapelig formidling vil utføres i form av populærvitenskapelig artikler (f.eks. i Norsk Fiskeoppdrett) som sammenfatter prosjektets hovedresultater, samt omtale av prosjektet på nettsteder som intrafish.no, kyst.no og ilaks.no.
Prosjektresultater vil også formidles gjennom presentasjoner f.eks. på seminar eller konferanser i regi FHF, TEKMAR-konferansen og European Aquaculture Society (EAS).
Populærvitenskapelig formidling vil utføres i form av populærvitenskapelig artikler (f.eks. i Norsk Fiskeoppdrett) som sammenfatter prosjektets hovedresultater, samt omtale av prosjektet på nettsteder som intrafish.no, kyst.no og ilaks.no.
Prosjektresultater vil også formidles gjennom presentasjoner f.eks. på seminar eller konferanser i regi FHF, TEKMAR-konferansen og European Aquaculture Society (EAS).
-
Sluttrapport: Måling av spektralkarakteristikk for kvalitetssikring av smoltstatus
SINTEF Ocean AS. Rapportnr. 2020:00459. 12. mai 2020. Av Eirik Svendsen, Zsolt Volent, Andrei Tsarau, Christian Schellewald, Mats Mulelid, Birger Venås, Morten Bondø, Nina Blöcher og Siri Vassgård.