AI技術保護鯨魚免受風力發電場船隻的影響 - 彭博社

北大西洋北露脊鯨母鯨和幼鯨在c海岸附近。

來源：喬治亞州自然資源部/美國國家海洋和大氣管理局/AP

馬薩諸塞州海域的波濤洶湧是滿足美國氣候目標的風電場的主要地產。該海域還是一個氣候避難所，對於一個瀕臨滅絕的標誌性海洋哺乳動物——瀕危的北大西洋北露脊鯨而言。隨着東海岸近海風電場的蓬勃發展，新的人工智能和計算機視覺技術可以幫助保護這些鯨類免受船隻交通量的增加。

致命的碰撞事件近年來已經嚴重損害了右鯨種羣，因為氣候變化改變了它們的遷徙模式。科學家們估計只有大約340只個體倖存，其中不到100只繁殖母鯨。這導致聯邦政府對開發商實施了嚴格要求，以確保風電項目不會加劇鯨類的滅絕。

為此，建設美國首個大規模商業海上風電場的葡萄園風電公司正在測試由查爾斯河分析公司開發的人工智能計算機視覺系統，該系統安裝在距瑪莎葡萄園以南15英里的運輸材料的船隻上。今年夏天將開始從海洋中崛起的62台通用電氣風力渦輪機在2024年項目完成時將產生足夠的電力，可為超過40萬户家庭供電。

這種鯨魚檢測技術被稱為Awarion，是近年來開發的幾種AI增強系統之一，用於識別鯨魚並提醒船長減速以避免撞擊這些動物，科學家已經發現這些動物在對抗氣候變化中發揮作用。（保守評論員和其他人試圖將新澤西和紐約的座頭鯨最近的死亡與海上風電場的勘測工作聯繫起來，儘管聯邦官員表示沒有證據表明兩者之間有聯繫。）

Awarion計算機視覺攝像頭檢測鯨魚的插圖。來源：查爾斯河分析公司“整個目標是將這些技術整合到未來的風電項目中，”葡萄園風電公司環境事務經理伊麗莎白·馬斯亞尼克説，該公司是哥本哈根基礎設施合作伙伴和伊比利亞半島公司Avangrid的合資企業。

她指出，葡萄園風電場已經使用人類觀察員、空中調查和聲學監測來檢測海洋哺乳動物，但Awarion將幫助填補監測中的空白。“這種人工智能軟件配合紅外視頻攝像頭工作，能夠檢測温度的微小變化，從而能夠在能見度較低的條件下檢測到鯨魚，”她説。

聯邦政府已經確定，位於馬薩諸塞州外海的計劃中風力發電場對右鯨等海洋哺乳動物會產生“中等”影響。在建設高峯期，這些項目將導致多達230艘額外船隻在本已擁擠的水域航行。

總部位於馬薩諸塞州劍橋市的查爾斯河分析公司為美國政府機構開發技術，Awarion則源自其用於探測船隻和其他潛在障礙物的工作，包括海洋哺乳動物。

很快，該公司開始收到來自風電場開發商的諮詢。“我們意識到我們擁有一個潛在有價值的解決方案；如果我們能夠檢測和分類船隻，並找出它們的位置，我們也可以用同樣的方法處理鯨魚，”該公司的首席科學家兼海洋系統主管Ross Eaton説。

Awarion攝像頭能夠感知可見光和紅外光，安裝在船上並對周圍海洋進行360度掃描。當攝像頭髮現水面上的物體時，算法會確定它是船隻、漁具、鳥類還是海洋哺乳動物。Eaton説，鯨魚特別難以從遠處檢測。一頭成年右鯨可能長達52英尺，重達70噸，但Awarion必須經過訓練才能識別鯨魚冒出水面時可見的一小部分身體。

“挑戰在於找到展示鯨魚在極不激動人心環境中的代表性數據，”他説。

遊客拍攝的鯨魚躍出水面的戲劇性照片並不少見，但很少有人發佈鯨魚背部的照片。因此，伊頓的團隊參加了觀鯨遊，拍攝了鯨魚浮出水面的視頻，以建立一個用於訓練Awarion算法的視覺庫。該系統可以從一英里多遠的距離準確識別鯨魚或噴出的氣泡。一旦識別出，系統會標記動物的位置併發出警報。

Awarion仍在測試和完善中，但伊頓表示，在試驗期間，該系統的鯨魚檢測率達到了80%，預計將在今年或明年準備好進行商業推出。

雖然這項技術無法識別個別的鯨魚物種，但根據渥太華大學的博士生馬圖斯·霍杜爾（Matus Hodul）的説法，它可能非常適合北露脊鯨。他曾帶領最近一項研究，該研究能夠從太空識別個別的北露脊鯨。他目前正在研究一個由人工智能驅動的程序，經過訓練可以從高分辨率衞星圖像中識別這些鯨魚，以確定它們的位置。衞星探測北露脊鯨使研究人員能夠評估比昂貴的飛機調查所能覆蓋的更廣闊的海洋區域。

“北露脊鯨在海面上滑行以捕食，這為我們提供了一個很好的機會來拍攝它們，因為它們相當可靠地在海面上花費大量時間，”霍杜爾説。

右鯨浮出在馬薩諸塞州海岸的卡普角灣。攝影師：Joseph Prezioso/AFP/Center for Coastal Studies/Getty Images科學家表示，尋找右鯨對於這種動物的生存變得越來越關鍵。聯邦政府將數十萬英畝的海洋用於風力發電場地，位於瑪莎葡萄園以南，與右鯨在該地區出現同時發生，因為海洋迅速變暖迫使海洋哺乳動物追逐遷徙的獵物。

“我們需要這些新的檢測技術來了解海洋的哪些部分對鯨魚最重要，”加利福尼亞大學聖巴巴拉分校的Benioff海洋科學實驗室主任道格拉斯·麥考利説。“這不是一個固定的答案，因為對於可憐的鯨魚來説，氣候變化每年都在給它們帶來意外，所以它們正在調整它們的歷史遷徙路徑。”

麥考利的實驗室與伍茲霍爾海洋研究所和其他組織合作開發了Whale Safe，這是一個部署水下麥克風（稱為水聽器）的倡議，位於加利福尼亞海岸，以偵聽靠近繁忙航道的藍鯨的聲音。一旦偵測到鯨魚聲音，人工智能程序將其與已知鯨魚歌曲目錄進行比較，並識別物種，以便通知集裝箱船船長減速。

在東海岸，伍茲霍爾海洋研究所的高級科學家馬克·鮑姆加特納已經派遣了名為滑翔機器人的水下機器人，以偵聽穿越緬因灣的北極鯨。

每種鯨魚檢測技術都有其盲點。Awarion的攝像頭無法看到水面以下，惡劣天氣可能會干擾它們掃描海洋的能力。對於衞星檢測北極鯨也是如此。另一方面，當北極鯨保持安靜時，Whale Safe也無法在水下找到它們。

“一個綜合系統，汲取每種單獨檢測北極鯨方法的優勢，是我們真正需要走向的方向，因為我們不想錯過任何一隻鯨魚，”新英格蘭水族館的海洋保護科學副總裁傑西卡·雷德弗恩説。