利用AI和卫星图像，绘制全球大型船舶交通和海上基础设施地图

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近日，发表在《自然》上的一项新研究所绘制的地图对海洋工业用途及其变化提供了前所未有的视角。这项由全球渔业观察组织领导的研究利用AI机器学习和卫星图像创建了第一张大型船舶交通和海上基础设施的全球地图，发现了大量以前对公共监测系统“黑暗”的活动。研究团队结合卫星图像、船舶GPS数据和深度学习模型，绘制2017年至2021年世界沿海水域的工业船舶活动和海上能源基础设施地图。研究发现，世界上72%~76%的工业渔船没有被公开跟踪，其中大部分捕鱼活动发生在南亚、东南亚和非洲。公共跟踪系统中缺少21-30%的运输和能源船舶活动。

这项研究使用机器学习和卫星图像创建了第一张全球船舶交通和海上基础设施地图，为以前未绘制地图的海洋工业用途提供了前所未有的视角。图源：2023年全球渔业观察

全球超过10亿人的主要食物来源依赖海洋，全球海洋渔业就提供了2.6亿人就业。大约80%的贸易货物通过海洋运输，世界上近30%的石油产自近海油田并分布在全球。除了这些既定的海洋用途外，海上可再生能源、水产养殖和采矿业也在迅猛发展。所有这些工业为1.5–2.5万亿美元的“蓝色经济”提供了动力，其增长速度快于全球整体经济，但也导致了环境的快速下降。三分之一的鱼类种群超过了生物可持续水平，估计有30-50%的关键海洋栖息地因人类工业化而丧失。

由于缺乏全球观测数据，人们无法了解蓝色经济在哪里以及如何扩张，以及它如何影响发展中国家和沿海社区。在陆地上，几乎每条道路都有地图，正在为每一个人造结构开发数据集，林业和农业等采掘业也在全球范围内以公里为单位绘制地图，并每月更新。然而，在海洋中，许多海船没有提供其位置，或者没有被公共监测系统探测到，关于海上基础设施发展和其他工业活动的信息往往是保密的。其结果是，人类继续向海洋扩张的记录很少。

“一场新的工业革命一直在我们的海洋中出现，直到现在还没有被发现，”全球渔业观察研究与创新主任、该研究的联合首席作者David Kroodsma说。“在陆地上，我们有地球上几乎每一条道路和建筑的详细地图。相比之下，我们海洋的增长在很大程度上被公众所掩盖。这项研究有助于消除盲点，并揭示人类在海洋活动的广度和强度。”

研究人员分析了2017-2021年期间高达200万GB的卫星图像，以探测六大洲沿海水域的船只和海上基础设施，四分之三以上的工业活动集中在这些水域。通过将GPS数据与五年的雷达和光学图像相结合，研究人员能够识别出未能广播其位置的船只。然后，他们利用机器学习得出结论，这些船只中哪些可能从事捕鱼活动。

“从历史上看，船只活动的记录很少，这限制了我们对世界上最大的公共资源——海洋——如何被使用的理解，” 联合首席作者、全球渔业观察高级机器学习工程师费尔南多·保罗说。“通过将空间技术与最先进的机器学习相结合，我们以前所未有的规模绘制了未公开的海上工业活动图。”

虽然并非所有船只都被法律要求提供其位置，但没有公共监测系统的船只，通常被称为“黑暗舰队”，对保护和管理自然资源构成了重大挑战。研究人员在许多海洋保护区内发现了许多深色渔船，在许多国家的水域中发现了高度集中的船只，而公共监测系统此前几乎没有船只活动。通过揭示黑暗的船只，我们创造了全球工业捕鱼最全面的公众形象。”

这项研究还显示了人类在海洋中的活动是如何变化的。在新冠肺炎疫情期间，全球渔业活动下降了约12%，其中中国下降了8%，其他地方下降了14%。相比之下，运输和能源船的活动保持稳定。

研究期间，海上能源开发激增。石油结构增加了16%，而风力涡轮机增加了一倍多。到2021年，涡轮机的数量超过了石油平台。中国的海上风能增长最为显著，从2017年到2021年增长了9倍。

这项研究强调了这项新技术在应对气候变化方面的潜力。绘制所有船只交通图将提高对海洋温室气体排放的估计，而基础设施地图可以为风能开发提供信息，或有助于跟踪石油勘探造成的海洋退化。

SkyTruth的地理空间工程师、合著者Christian Thomas表示：“识别海上基础设施对于了解海上能源发展的影响和趋势至关重要，也是我们检测海洋污染事件并追究责任方责任的关键数据。”

研究中使用的开放数据和技术可以帮助政府、研究人员和民间社会识别潜在非法活动的热点，确定工业渔船可能侵占传统手工渔场的位置，或者更好地了解其水域中的船只交通。这种类型的卫星监测之前只对那些有能力付费的人开放。现在，所有国家都可以免费使用。这项研究标志着海洋管理和透明度新时代的开始。

（图源：绿会融媒·海洋与湿地）

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文 | Daisy

审 | Maggie

排版 | Daisy

【拓展阅读】

【参考链接】

1.https://www.nature.com/articles/s41586-023-06825-8

2.https://phys.org/news/2024-01-harnesses-ai-satellite-imagery-reveal.html

3.More information: Fernando Paolo, Satellite mapping reveals extensive industrial activity at sea, Nature (2024). DOI: 10.1038/s41586-023-06825-8. www.nature.com/articles/s41586-023-06825-8

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