AI技术保护鲸鱼免受风力发电场船只的影响 - 彭博社

北大西洋北露脊鲸母鲸和幼鲸在c海岸附近。

来源：乔治亚州自然资源部/美国国家海洋和大气管理局/AP

马萨诸塞州海域的波涛汹涌是满足美国气候目标的风电场的主要地产。该海域还是一个气候避难所，对于一个濒临灭绝的标志性海洋哺乳动物——濒危的北大西洋北露脊鲸而言。随着东海岸近海风电场的蓬勃发展，新的人工智能和计算机视觉技术可以帮助保护这些鲸类免受船只交通量的增加。

致命的碰撞事件近年来已经严重损害了右鲸种群，因为气候变化改变了它们的迁徙模式。科学家们估计只有大约340只个体幸存，其中不到100只繁殖母鲸。这导致联邦政府对开发商实施了严格要求，以确保风电项目不会加剧鲸类的灭绝。

为此，建设美国首个大规模商业海上风电场的葡萄园风电公司正在测试由查尔斯河分析公司开发的人工智能计算机视觉系统，该系统安装在距玛莎葡萄园以南15英里的运输材料的船只上。今年夏天将开始从海洋中崛起的62台通用电气风力涡轮机在2024年项目完成时将产生足够的电力，可为超过40万户家庭供电。

这种鲸鱼检测技术被称为Awarion，是近年来开发的几种AI增强系统之一，用于识别鲸鱼并提醒船长减速以避免撞击这些动物，科学家已经发现这些动物在对抗气候变化中发挥作用。（保守评论员和其他人试图将新泽西和纽约的座头鲸最近的死亡与海上风电场的勘测工作联系起来，尽管联邦官员表示没有证据表明两者之间有联系。）

Awarion计算机视觉摄像头检测鲸鱼的插图。来源：查尔斯河分析公司“整个目标是将这些技术整合到未来的风电项目中，”葡萄园风电公司环境事务经理伊丽莎白·马斯亚尼克说，该公司是哥本哈根基础设施合作伙伴和伊比利亚半岛公司Avangrid的合资企业。

她指出，葡萄园风电场已经使用人类观察员、空中调查和声学监测来检测海洋哺乳动物，但Awarion将帮助填补监测中的空白。“这种人工智能软件配合红外视频摄像头工作，能够检测温度的微小变化，从而能够在能见度较低的条件下检测到鲸鱼，”她说。

联邦政府已经确定，位于马萨诸塞州外海的计划中风力发电场对右鲸等海洋哺乳动物会产生“中等”影响。在建设高峰期，这些项目将导致多达230艘额外船只在本已拥挤的水域航行。

总部位于马萨诸塞州剑桥市的查尔斯河分析公司为美国政府机构开发技术，Awarion则源自其用于探测船只和其他潜在障碍物的工作，包括海洋哺乳动物。

很快，该公司开始收到来自风电场开发商的咨询。“我们意识到我们拥有一个潜在有价值的解决方案；如果我们能够检测和分类船只，并找出它们的位置，我们也可以用同样的方法处理鲸鱼，”该公司的首席科学家兼海洋系统主管Ross Eaton说。

Awarion摄像头能够感知可见光和红外光，安装在船上并对周围海洋进行360度扫描。当摄像头发现水面上的物体时，算法会确定它是船只、渔具、鸟类还是海洋哺乳动物。Eaton说，鲸鱼特别难以从远处检测。一头成年右鲸可能长达52英尺，重达70吨，但Awarion必须经过训练才能识别鲸鱼冒出水面时可见的一小部分身体。

“挑战在于找到展示鲸鱼在极不激动人心环境中的代表性数据，”他说。

游客拍摄的鲸鱼跃出水面的戏剧性照片并不少见，但很少有人发布鲸鱼背部的照片。因此，伊顿的团队参加了观鲸游，拍摄了鲸鱼浮出水面的视频，以建立一个用于训练Awarion算法的视觉库。该系统可以从一英里多远的距离准确识别鲸鱼或喷出的气泡。一旦识别出，系统会标记动物的位置并发出警报。

Awarion仍在测试和完善中，但伊顿表示，在试验期间，该系统的鲸鱼检测率达到了80%，预计将在今年或明年准备好进行商业推出。

虽然这项技术无法识别个别的鲸鱼物种，但根据渥太华大学的博士生马图斯·霍杜尔（Matus Hodul）的说法，它可能非常适合北露脊鲸。他曾带领最近一项研究，该研究能够从太空识别个别的北露脊鲸。他目前正在研究一个由人工智能驱动的程序，经过训练可以从高分辨率卫星图像中识别这些鲸鱼，以确定它们的位置。卫星探测北露脊鲸使研究人员能够评估比昂贵的飞机调查所能覆盖的更广阔的海洋区域。

“北露脊鲸在海面上滑行以捕食，这为我们提供了一个很好的机会来拍摄它们，因为它们相当可靠地在海面上花费大量时间，”霍杜尔说。

右鲸浮出在马萨诸塞州海岸的卡普角湾。摄影师：Joseph Prezioso/AFP/Center for Coastal Studies/Getty Images科学家表示，寻找右鲸对于这种动物的生存变得越来越关键。联邦政府将数十万英亩的海洋用于风力发电场地，位于玛莎葡萄园以南，与右鲸在该地区出现同时发生，因为海洋迅速变暖迫使海洋哺乳动物追逐迁徙的猎物。

“我们需要这些新的检测技术来了解海洋的哪些部分对鲸鱼最重要，”加利福尼亚大学圣巴巴拉分校的Benioff海洋科学实验室主任道格拉斯·麦考利说。“这不是一个固定的答案，因为对于可怜的鲸鱼来说，气候变化每年都在给它们带来意外，所以它们正在调整它们的历史迁徙路径。”

麦考利的实验室与伍兹霍尔海洋研究所和其他组织合作开发了Whale Safe，这是一个部署水下麦克风（称为水听器）的倡议，位于加利福尼亚海岸，以侦听靠近繁忙航道的蓝鲸的声音。一旦侦测到鲸鱼声音，人工智能程序将其与已知鲸鱼歌曲目录进行比较，并识别物种，以便通知集装箱船船长减速。

在东海岸，伍兹霍尔海洋研究所的高级科学家马克·鲍姆加特纳已经派遣了名为滑翔机器人的水下机器人，以侦听穿越缅因湾的北极鲸。

每种鲸鱼检测技术都有其盲点。Awarion的摄像头无法看到水面以下，恶劣天气可能会干扰它们扫描海洋的能力。对于卫星检测北极鲸也是如此。另一方面，当北极鲸保持安静时，Whale Safe也无法在水下找到它们。

“一个综合系统，汲取每种单独检测北极鲸方法的优势，是我们真正需要走向的方向，因为我们不想错过任何一只鲸鱼，”新英格兰水族馆的海洋保护科学副总裁杰西卡·雷德弗恩说。