Ostreopsis oVata meter

ON AIR S.r.l.SITEM S.r.l.

Gruppo SIGLA S.r.l.Università di GENOVA (DISTAV)

Consiglio Nazionale delle RicercheDHI Italia S.r.l.

Programma attuativo regionale FAS 2007-2013Progetto 4 - Programma triennale per la ricerca e l’innovazione:

«Progetti integrati ad alta tecnologia»

Agenda

Contesto La problematica Approccio tradizionale La soluzione Sistema ottimizzato Sperimentazione Risultati e benefici

ContestoIl progetto è stato realizzato all’interno del Programma attuativo regionale FAS 2007-2013, “Tecnologie del Mare e ambiente marino”. In questo ambito la Regione Liguria intende sostenere processi di crescita qualitativa e quantitativa di imprese in settori avanzati delle tecnologie industriali, favorendo: lo scambio di conoscenze e di competenze tra imprese, organismi di ricerca e

istituzioni Lo sviluppo di prodotti e/o processi e/o servizi ad alto contenuto tecnico-

scientifico con potenziali ricadute sul sistema produttivo ligure

La problematica…Ostreopsis cf. ovata: dinoflagellato bentonicoDimensioni: 50 µm DV, 30 µm WTossine: Palytoxins (PTLX), Ovatoxins (OVTXs)

Genova 2005: ~200 persone si sono rivolte agli ospedali riportando vari sintomi

Fiorisce da oltre vent’anni lungo le coste italiane, e dal 2005 si segnalano importanti fioriture anche lungo le coste liguri (Genova e Chiavari, in particolare)

Luglio 2005: 1 800 000 cells/l(Guerrini et al., 2010)

Luglio 2006: >100 000 cells/l (Mangialajo et al., 2008)

La problematica…

Ostreopsis prolifera sul fondale, quindi si muove nella colonna d’acqua e nell’aerosol Diversi fattori ambientali sono responsabili dell’innesco delle fioriture Codizioni locali influenzano fortemente le fioriture

Potenziale intossicazione umana attraverso ingestione/contatto

Potenziale intossicazione umana attraverso inalazione

Ostreopsis sulle macroalghe Ostreopsis in acqua Ostreopsis nell’aerosol

Effetti dannosi…

Balneazione

Pesca

Acquacoltura

…sulla salute umana, sulle attività economiche e

sull’ecosistema

Il fenomeno… si diffonde…e con lui l’allarmismo

Le direttive

All’interno dei Rapporti ISTISAN 14|19 si possono identificare i seguenti livelli di allertamento: Fase di routine: <10 000 cells/l o 10 000 -30

000 cells/l in condizioni ambientali sfavorevoli le fioriture

Fase di allerta: 10 000 - 30 000 cells/l e condizioni ambientali favorevoli alle fioriture

Fase di emergenza: >30 000 cells/l e condizioni ambientali favorevoli alle fioriture o > 100 000 cells/l

Linee Guida del Ministero della Salute (2007): parte della legge sulla balneazione (D. Lgs. 116/08), che raccomanda un monitoraggio articolato su 3 fasi (routine, allerta ed emergenza): la soglia per passare dalla routine all’allerta è fissata in 10 000 cells/l.

Il bollettino

Approccio tradizionale

Raccolta del campione

Preparazione del

campione

Conteggio manualePopolazione

Organo di competenza

Limiti del sistema tradizionale

Necessità di far processare il campione ad un tecnico esperto nel riconoscimento

Lentezza operativa Conseguente limitazione nella frequenza spazio-temporale del

campionamento Rischio di “perdere” gli eventi significativi, fallendo nel fornire tempestive

indicazioni precauzionali Rischio di prolungare inutilmente uno stato di allerta, laddove le condizioni

ambientali abbiano in effetti determinato una brusca diminuzione delle concentrazioni

La soluzione… OVmeterIl sistema realizzato e messo a punto è in grado di fornire il supporto necessario a gestire l’emergenza delle fioriture di Ostreopsis ovata, creando un servizio per la cittadinanza e per l’economia connessa all’utilizzo balneare della costa ed allo sfruttamento delle risorse ittiche in zone influenzate da fenomeno.

Sistema di acquisizione immagini, riconoscimento e conteggio

automatico Modello previsionale bloom algali

Il sistema OVmeter

Raccolta del campione

Prepazione e salvataggio dati del campione

Conteggio automatico

Sistema di conteggio automaticoComponenti del sistema: Telecamera ed illuminazione Motorizzazione XYZ Acquisizione immagini 2D Ricostruzione immagini 3D Algoritmo di segmentazione cellule Riconoscimento Ostreopsis ovata Stima della concentrazione

Risultati: Elaborazione completa del campione in tempi < 1h (circa 1000 immagini) Possibile riduzione con analisi statistica e valutazione della convergenza Precisione comparabile con quella di un operatore esperto (1-5%)

L’approccio utilizzato non è specifico per Ostrepsis ovata e può essere generalizzato facilmente ad altre microalghe tramite apprendimento supervisionato.

Il sistema OVmeter

Raccolta del campione

Prepazione e salvataggio dati del campione

Conteggio automatico

Modello previsionale

Modello di previsioneApproccio utilizzato: Definizione di una opportuna griglia di punti di controllo Previsione delle variabili meteo-marine a 1-2 giorni Costruzione di un modello statistico della concentrazione sulla base dei dati

storici Applicazione del modello ai dati nuovi e previsione della concentrazione Valutazione della probabilità di superamento soglie Generazione delle mappe tematiche Attivazione di un servizio on-line di pubblica consultazione

Risultati: Previsioni 2015 in accordo con i dati reali Visione globale del fenomeno Studio della sua evoluzione temporale

L’approccio utilizzato non è specifico della concentrazione di una specie algale ma può essere generalizzato facilmente ad altri tematismi mediante appredimento statistico

Il sistema OVmeter

Raccolta del campione

Prepazione e salvataggio dati del campione

Conteggio automatico

Modello previsionale

Bollettino e datiSistema

informativo

Sistema informativoApproccio utilizzato:Lo sviluppo di un’interfaccia web è un’attività che comporta l’interazione tra utente e il sistema, con l’obiettivo di garantire i seguenti principi: Accessibilità Usabilità Adattabilità

Risultati:Il sistema informativo consente quindi agli utenti di usufruire delle seguenti funzionalità: Area laboratorio Mappe di previsione

Il sistema OVmeter

Raccolta del campione

Prepazione e salvataggio dati del campione

Conteggio automatico

Popolazione

Organo di competenza

Modello previsionale

Bollettino e datiSistema informativo

SperimentazionePer la validazione del modello predittivo sono state previste le concentrazioni di Ostreopsis ovata in colonna d’acqua a partire da dati meteo-marini ad alta risoluzione, specificatamente prodotti per l’area di studio tramite i modelli Mar Ligure MIKE 3 e MOLOCH dal 1 Giugno 2015 al 1 settembre 2015.

Questi valori sono stati poi confrontati con misure reali di concentrazione di Ostreopsis ovata eseguite su campioni raccolti due volte a settimana, dal 9 giugno 2015 al 1 Settembre 2015, nel sito di Genova-Quarto dei Mille. In totale sono stati rilevati 3 eventi di bloom.

Il modello adottato ha identificato correttamente tutti e tre gli eventi di fioritura e nove eventi 'no bloom' su quindici (tasso di falsi positivi = 0.40, sensibilità = 1).

Risultati e benefici Il campione può essere processato anche da personale non esperto Le operazioni di conteggio sono molto velocizzate E’ possibile processare molti più campioni, aprendo la possibilità di

una più frequente replicazione spazio-temporale Il modello consente di prevedere in quali tratti di costa (peraltro con

delocalizzazione e depenalizzazione rispetto allo specifico sito di campionamento) ci si aspetta di superare le soglie e anche di prevedere quando termineranno

Il tutto consente di contribuire a fornire indicazioni precauzionali adeguate, riducendo rischi di eccessivi allarmismi ma anche di falsi allarmi, agli stakeholders (e.g. municipalità) ed alla collettività