AI trong ngành hàng hải và các nỗ lực bảo tồn

Ngành hàng hải là một trụ cột của nền kinh tế toàn cầu, tạo điều kiện thuận lợi cho thương mại quốc tế, đảm bảo an ninh lương thực thông qua hoạt động đánh bắt thương mại và hỗ trợ hàng triệu việc làm trên toàn thế giới. Theo thời gian, ngành này đã phát triển đáng kể, tích hợp các công nghệ tiên tiến để tăng cường hiệu quả và tính bền vững.

Các nỗ lực bảo tồn hàng hải ban đầu tập trung vào các nghiên cứu quan sát cơ bản. Theo thời gian, chúng cuối cùng đã tiến bộ bao gồm các phương pháp tinh vi như remote sensing, genetic analysis và ecosystem modeling. Các nỗ lực bảo tồn đã mở rộng từ các khu vực bảo vệ đơn giản sang marine spatial planning toàn diện, bao gồm việc thiết lập các khu bảo tồn biển (MPAs) và khôi phục các sinh cảnh quan trọng. Ngày nay, Trí tuệ Nhân tạo (AI) đang được ứng dụng để giám sát và bảo vệ đa dạng sinh học biển hiệu quả hơn nữa.

AI có tiềm năng tái định hình ngành đánh bắt cá bằng cách giải quyết các thách thức như đánh bắt quá mức, đánh bắt trái phép và các tác động đến môi trường. Ngoài ra, AI đóng vai trò quan trọng trong các nỗ lực bảo tồn hàng hải, từ giám sát các khu bảo tồn dưới nước đến hỗ trợ nghiên cứu biển.

Bài viết này khám phá cách AI đang thay đổi ngành hàng hải, tập trung vào tác động của nó đối với lĩnh vực đánh bắt cá và bảo tồn hàng hải, đồng thời làm nổi bật cả lợi ích lẫn các thách thức liên quan.

AI trong ngành đánh bắt cá#

Công nghệ luôn đóng vai trò quan trọng trong ngành hàng hải. Từ các thiết bị trên tàu như radar cho đến sự phát triển của các hệ thống định vị tiên tiến, thế giới hàng hải liên tục tiếp nhận các công nghệ mới để cải thiện và hợp lý hóa nhiều hoạt động. Bất chấp những tiến bộ này, ngành vẫn phải đối mặt với nhiều thách thức. Vậy, AI có thể giúp ích như thế nào?

Trong phần này, chúng tôi sẽ đề cập đến một số thách thức trong ngành đánh bắt cá và cách công nghệ AI có thể giải quyết chúng. Hiện tại, ngành đánh bắt cá đang đối mặt với nhiều issues, bao gồm:

Đánh bắt ngoài ý muốn (Bycatch)#

Bycatch là việc vô tình đánh bắt các loài không phải mục tiêu, điều này có thể gây hại cho hệ sinh thái và gây lãng phí. Theo một bycatch report, lượng bycatch toàn cầu có thể chiếm tới 40% sản lượng đánh bắt của thế giới, tổng cộng là 63 tỷ bảng Anh mỗi năm. Lượng bycatch khổng lồ này có thể dẫn đến cái chết của nhiều loài không phải mục tiêu, làm gián đoạn hệ sinh thái biển và lãng phí tài nguyên.

Việc ứng dụng các mô hình computer vision như Ultralytics YOLOv8, chẳng hạn, có thể giúp giảm thiểu vấn đề này. Việc tích hợp các mô hình AI này với camera trên ngư cụ có thể giúp nhận diện và phân biệt giữa các loài mục tiêu và không phải mục tiêu trong thời gian thực. Công nghệ này có thể được huấn luyện cho các tác vụ như object detection và segmentation để cung cấp phản hồi tức thì cho ngư dân, cho phép họ điều chỉnh phương pháp của mình để giảm thiểu bycatch​.

Hình 1. Model Ultralytics YOLOv8 xác định các loài sinh vật biển khác nhau.

Đánh giá và quản lý trữ lượng cá#

Việc đánh giá chính xác trữ lượng cá là yếu tố cốt yếu để quản lý thủy sản hiệu quả, nhưng các phương pháp truyền thống thường chậm và thiếu chính xác. Các model AI có thể xử lý các bộ dữ liệu lớn từ các nguồn như drone dưới nước, sonar và viễn thám để cung cấp ước tính chính xác về quần thể cá. Điều này hỗ trợ việc thiết lập hạn ngạch đánh bắt phù hợp và quản lý trữ lượng hiệu quả hơn.

Một ví dụ khác về cách các mô hình như YOLOv8 có thể hỗ trợ đánh giá và quản lý trữ lượng là theo dõi và đếm các quần thể cá trong thời gian thực. Bằng cách phân tích các cảnh quay dưới nước, các mô hình này có thể nhận diện chính xác các loài khác nhau và tính tổng số lượng của chúng, cung cấp dữ liệu quan trọng để quản lý trữ lượng cá.

Hình 2. YOLOv8 theo dõi và đếm cá.

Ô nhiễm nhựa#

Ô nhiễm nhựa trong đại dương là một trong những vấn đề lớn ảnh hưởng đến sinh vật biển, gây tổn hại đáng kể cho các sinh cảnh như rạn san hô và thảm cỏ biển, đồng thời làm hại động vật biển. Theo một report từ Surfers Against Sewage, một tổ chức từ thiện bảo tồn biển, có tới 12 triệu tấn nhựa bị xả xuống đại dương mỗi năm.

AI có thể đóng vai trò quan trọng trong việc giải quyết vấn đề này bằng cách xác định nhanh chóng các vật thể nhựa trong đại dương với độ chính xác cao, cho phép các hoạt động làm sạch diễn ra kịp thời. Cách tiếp cận chủ động này có thể giúp giảm thiểu tác động đến môi trường và bảo vệ các hệ sinh thái biển hiệu quả hơn.

Fig 3. Computer vision detecting plastic pollution.

AI và bảo tồn hàng hải#

Bảo tồn biển bao gồm việc bảo vệ và gìn giữ các hệ sinh thái đại dương và sinh vật biển. Lĩnh vực này có nhiều khía cạnh và vai trò, từ nghiên cứu biển đến phục hồi môi trường sống, kiểm soát ô nhiễm và bảo vệ các loài. Sau khi đã đề cập đến vai trò của AI trong ngành đánh bắt cá, hãy cùng xem xét cách AI có thể đóng góp đáng kể vào việc bảo tồn hàng hải.

Giám sát các khu bảo tồn dưới nước#

Công nghệ AI đang thay đổi cách chúng ta giám sát các khu bảo tồn dưới nước. Với sự trợ giúp của các hệ thống tự động dựa trên AI, các nhà bảo tồn biển có thể thu thập và phân tích dữ liệu hiệu quả và chính xác hơn bao giờ hết. Các công cụ tiên tiến này cho phép chúng ta giám sát các không gian đại dương rộng lớn với độ phân giải cao, xử lý dữ liệu từ các nguồn từ xa như cảm biến và vệ tinh với tốc độ đáng kinh ngạc.

Ví dụ, AI có thể nhanh chóng phân tích hình ảnh vệ tinh và dữ liệu cảm biến để nhận diện các mẫu biểu thị sự thay đổi môi trường hoặc các hoạt động của con người, chẳng hạn như đánh bắt cá bất hợp pháp hoặc oil spills, có thể gây hại cho các khu vực được bảo vệ này và hệ sinh thái biển nói chung. Công nghệ này nâng cao khả năng duy trì sức khỏe của marine protected areas (MPAs), cho phép can thiệp kịp thời và các nỗ lực bảo tồn hiệu quả hơn. Ocean Mind, một tổ chức phi lợi nhuận có trụ sở tại Vương quốc Anh, đã hỗ trợ thành công trong việc nhận diện các rủi ro đánh bắt cá bất hợp pháp, không khai báo và không theo quy định (IUU) tiềm ẩn trong Khu bảo tồn Biển Đảo Pitcairn trong khoảng thời gian 5 năm.

Fig 4. Computer vision monitoring marine environment.

Hỗ trợ nghiên cứu biển#

Công nghệ AI đang trở thành một công cụ quan trọng trong nghiên cứu biển, cung cấp một loạt các khả năng giúp tăng cường đáng kể sự hiểu biết và quản lý các hệ sinh thái biển. Dưới đây là một số cách chính mà AI hỗ trợ nghiên cứu biển:

• Biodiversity assessment: Phân tích hình ảnh và âm thanh hỗ trợ bởi AI có thể nhận diện chính xác các loài sinh vật biển từ ảnh, video và acoustic recordings. Công nghệ này rất thiết yếu để theo dõi quần thể loài và đánh giá đa dạng sinh học. AI cũng có thể tạo ra các bản đồ chi tiết về sinh cảnh biển, làm nổi bật các khu vực có tầm quan trọng sinh thái và xác định các vùng đòi hỏi các nỗ lực bảo tồn.

• Enhancing predictive models: AI có thể sử dụng các thuật toán machine learning để tạo ra các mô hình dự báo có thể dự đoán những thay đổi trong hệ sinh thái biển. Các mô hình này có thể giúp các nhà nghiên cứu dự đoán và giảm thiểu các tác động từ các yếu tố gây căng thẳng môi trường, chẳng hạn như biến đổi khí hậu và ô nhiễm. The Ocean Cleanup, một tổ chức phi lợi nhuận tập trung loại bỏ rác thải nhựa đại dương, đã hợp tác với Deeper Insights để phát triển một hệ thống AI tiên tiến nhằm nhận diện và bảo vệ sinh vật biển. Hệ thống này dự kiến sẽ bao gồm các mô hình predictive analytics cho hệ sinh thái biển.

Nhìn chung, AI đóng góp đáng kể vào việc nâng cao các nỗ lực bảo tồn bằng cách cải thiện hiệu quả và hiệu suất của quá trình xử lý và quản lý dữ liệu. Bằng cách tự động hóa việc thu thập và phân tích dữ liệu sinh thái, AI giảm thời gian chuyển đổi dữ liệu thực địa thành các thông tin có thể hành động. Điều này cho phép các nhà quản lý bảo tồn đưa ra các quyết định sáng suốt một cách nhanh chóng, điều chỉnh các hành động cần thiết trong thời gian thực và phân bổ tài nguyên tốt hơn.

Tầm quan trọng của AI trong ngành hàng hải#

Khi khám phá vai trò của AI trong ngành hàng hải, điều cần thiết là phải xem xét cả lợi ích và thách thức. Mặc dù AI cung cấp khả năng giám sát tăng cường, độ chính xác dữ liệu cao và các phương thức bền vững, nhưng nó cũng đi kèm với chi phí cao, các mối lo ngại về đạo đức và sự phụ thuộc vào công nghệ. Hãy cùng tìm hiểu những ưu và nhược điểm này để hiểu rõ tác động toàn diện của AI đối với ngành hàng hải.

Hãy bắt đầu với một số lợi ích chính:

Tăng cường giám sát và thực thi#

• Theo dõi và tuân thủ theo thời gian thực: AI có thể tăng cường khả năng của các cơ quan chức năng trong việc theo dõi chuyển động của tàu thuyền theo thời gian thực và giám sát việc tuân thủ các quy định, bao gồm việc phát hiện các hoạt động đánh bắt trái phép.
• Phân tích dữ liệu toàn diện: AI có thể phân tích dữ liệu từ vệ tinh, drone và cảm biến nhanh hơn và với độ chính xác cao hơn con người, đảm bảo việc giám sát và bảo vệ môi trường được thực hiện kỹ lưỡng.

Cải thiện độ chính xác dữ liệu và ra quyết định#

• Xử lý dữ liệu chính xác: AI xử lý các bộ dữ liệu lớn với độ chính xác cao, cho phép thu thập dữ liệu chính xác, giảm thiểu sai sót và đảm bảo phân tích đáng tin cậy cho các quyết định sáng suốt.
• Các model dự báo và hỗ trợ quy định: AI có thể phân tích động thái quần thể cá và các thay đổi môi trường, cung cấp các ước tính chính xác để giúp thiết lập hạn ngạch đánh bắt bền vững và xây dựng các chiến lược bảo tồn hiệu quả. Mặc dù AI có thể dự đoán các xu hướng môi trường, nó cũng cung cấp số lượng đếm chính xác về các quần thể cá, đảm bảo rằng các biện pháp quy định được dựa trên dữ liệu vững chắc. Khả năng kép này tăng cường khả năng quản lý tài nguyên biển một cách bền vững của chúng ta.
• Quản lý chủ động: Các thông tin chi tiết do AI tạo ra giúp giảm sai sót của con người và hỗ trợ việc ra quyết định chủ động, cho phép can thiệp kịp thời dựa trên dữ liệu chính xác, cập nhật và các phân tích dự báo.

Thúc đẩy các phương thức bền vững#

• Tối ưu hóa hoạt động và giảm thiểu bycatch: AI tối ưu hóa các hoạt động đánh bắt để giảm tác động đến môi trường bằng cách dự đoán thời gian và địa điểm đánh bắt tối ưu, từ đó giảm thiểu bycatch và đảm bảo các vụ thu hoạch có mục tiêu và bền vững hơn.
• Phát triển các công nghệ thân thiện với môi trường: AI hỗ trợ việc tạo ra các phương pháp và công nghệ thân thiện với môi trường, khuyến khích các thực hành đánh bắt hiệu quả và có trách nhiệm. Điều này bao gồm việc phát triển các kỹ thuật nuôi trồng thủy sản chính xác và thúc đẩy các nỗ lực phục hồi môi trường sống để duy trì hệ sinh thái biển khỏe mạnh.

Những lợi ích này làm nổi bật tiềm năng biến đổi của AI trong việc tăng cường tính bền vững và hiệu quả của ngành hàng hải. Tuy nhiên, việc triển khai công nghệ AI mang lại một số thách thức đáng kể. Các thách thức này bao gồm:

Chi phí đầu tư ban đầu cao#

• Yêu cầu về đầu tư: Việc triển khai công nghệ AI trong ngành hàng hải đòi hỏi khoản đầu tư ban đầu đáng kể cho phần cứng, phần mềm và đào tạo. Chi phí ban đầu có thể gây hạn chế đối với các tổ chức nhỏ và các quốc gia đang phát triển, kìm hãm việc áp dụng rộng rãi.
• Phát triển cơ sở hạ tầng: Việc thiết lập cơ sở hạ tầng cần thiết cho AI, chẳng hạn như hệ thống thu thập dữ liệu, internet tốc độ cao và sức mạnh tính toán, làm tăng gánh nặng tài chính. Đây có thể là một rào cản đáng kể, đặc biệt là ở các khu vực vùng sâu vùng xa hoặc kém phát triển.

Sự phụ thuộc vào công nghệ và các thất bại tiềm ẩn#

• Vấn đề về độ tin cậy: Sự phụ thuộc của ngành hàng hải vào công nghệ AI tạo ra những rủi ro liên quan đến hỏng hóc hoặc trục trặc hệ thống. Các lỗi kỹ thuật có thể dẫn đến gián đoạn hoạt động đáng kể và tổn thất tài chính.
• Khoảng cách kỹ năng: Việc triển khai và bảo trì các hệ thống AI đòi hỏi kiến thức và kỹ năng chuyên môn. Cần có sự đào tạo và giáo dục liên tục để đảm bảo đội ngũ nhân lực có thể quản lý và sử dụng công nghệ AI một cách hiệu quả.
• Khả năng thích ứng: Những tiến bộ nhanh chóng trong công nghệ AI có nghĩa là các hệ thống có thể nhanh chóng trở nên lỗi thời. Việc cập nhật và thích ứng liên tục là cần thiết để giữ cho các hệ thống AI luôn phù hợp và hiệu quả, điều này có thể là một thách thức và tốn nhiều nguồn lực.

Các mối lo ngại về đạo đức và quyền riêng tư#

• Quyền riêng tư dữ liệu: Các hệ thống AI dựa vào lượng dữ liệu khổng lồ, làm dấy lên những lo ngại về quyền riêng tư và bảo mật thông tin nhạy cảm. Trong ngành hàng hải, các vấn đề về quyền riêng tư dữ liệu có thể phát sinh từ việc thu thập và sử dụng dữ liệu liên quan đến chuyển động của tàu, hoạt động đánh bắt và giám sát môi trường. Đảm bảo việc thu thập và sử dụng dữ liệu tuân thủ luật pháp và quy định về quyền riêng tư là rất quan trọng để bảo vệ cá nhân, công ty và thông tin độc quyền. Mặc dù dữ liệu động vật hoang dã có thể là công khai, dữ liệu vận hành từ tàu và các phương pháp đánh bắt cụ thể có thể nhạy cảm và cần được xử lý cẩn thận.

Những thách thức này nhấn mạnh sự cần thiết của việc lập kế hoạch và quản lý cẩn thận để đảm bảo việc tích hợp AI thành công trong ngành hàng hải. Giải quyết các vấn đề này là điều tối quan trọng để khai thác toàn bộ tiềm năng của AI đồng thời giảm thiểu các rủi ro.

Tương lai của AI trong ngành hàng hải#

Tàu tự hành#

Một ý tưởng thú vị có thể trở thành hiện thực trong tương lai gần là sự phát triển của các tàu tự hành chạy bằng AI. Điều này bao gồm việc phát triển các con tàu có thể hoạt động độc lập mà không cần sự can thiệp của con người, tận dụng các hệ thống AI tiên tiến cho navigation, ra quyết định và vận hành. Chúng có tiềm năng thay đổi ngành vận tải biển và đánh bắt cá bằng cách tăng hiệu quả, giảm lỗi con người và thiểu hóa tác động môi trường. Một trong những công ty dẫn đầu trong dự án này là Rolls-Royce, công ty đang thúc đẩy công nghệ thông qua chương trình Ship Intelligence program. Thêm vào đó, ProMare, một tổ chức phi lợi nhuận của Mỹ, đã khởi2 xướng một dự án tàu độc lập mang tên "The Mayflower" hợp tác với IBM.

Fig 5. Autonomous “Mayflower” research ship.

Cải thiện giám sát môi trường#

Những tiến bộ trong các mô hình computer vision như các models YOLO (You Only Look Once), một công nghệ object detection AI tiên tiến, có thể dẫn đến việc giám sát tốt hơn các môi trường biển. Những tiến bộ này sẽ cho phép phát hiện kịp thời các mốie đe dọa môi trường, chẳng hạn như đánh bắt cá bất hợp pháp và ô nhiễm, cho phép phản hồi hiệu quả hơn và bảo vệ hệ sinh thái biển.

Kết luận#

AI đã chuyển đổi ngành hàng hải bằng cách tăng cường giám sát, thực thi, độ chính xác dữ liệu và các thực hành bền vững. Các công nghệ như theo dõi thời gian thực, phân tích dự báo và các model tiên tiến như YOLOv8 đã mang lại cho chúng ta những hiểu biết và khả năng kiểm soát chưa từng có đối với các môi trường biển.

Tuy nhiên, trong khi đón nhận những tiến bộ công nghệ này, điều cần thiết là phải cân bằng chúng với các nỗ lực bảo tồn. Đảm bảo rằng công nghệ hỗ trợ và tăng cường bảo tồn mà không gây hại là yếu tố then chốt cho việc quản lý tài nguyên biển hiệu quả và bền vững, bảo vệ đại dương của chúng ta cho các thế hệ tương lai. Sự hợp lực giữa AI và bảo tồn này hứa hẹn một tương lai hàng hải khỏe mạnh hơn.

Bạn tò mò về những tiến bộ trong computer vision? Hãy tham gia community của chúng tôi và khám phá Ultralytics Docs hoặc GitHub của chúng tôi để nhận các bản cập nhật mới nhất. Để biết thêm về các ứng dụng AI, hãy xem thêm các giải pháp như Self-Driving và Healthcare.