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海事产业和保护工作中的人工智能

Mostafa Ibrahim

6 分钟阅读

2024年7月17日

了解 AI 如何通过实时监控、数据准确性和可持续实践来改变海洋保护。

海事产业是全球经济的基石,它促进国际贸易,通过商业捕鱼提供粮食安全,并为全球数百万人提供就业机会。随着时间的推移,该行业发生了显著的变化,整合了先进技术以提高效率和可持续性。

最初,海洋保护工作侧重于基础的观察性研究。 随着时间的推移,它们最终发展到包括复杂的方法,例如遥感基因分析生态系统建模。 保护工作已从简单的保护区扩展到全面的海洋空间规划,包括建立海洋保护区 (MPA) 和恢复关键栖息地。 如今,人工智能 (AI) 的应用使监测和保护海洋生物多样性变得更加有效。

人工智能有潜力通过解决过度捕捞、非法捕捞和环境影响等挑战来重塑渔业。 此外,人工智能可以在海洋保护工作中发挥关键作用,从监测水下保护区到支持海洋研究。 

本文探讨了人工智能如何改变海事产业,重点关注其对渔业和海洋保护的影响,强调了所涉及的益处和挑战。

渔业中的人工智能

技术在海事产业中一直扮演着至关重要的角色。从雷达等船载设备到先进导航系统的开发,海事界不断采用新技术来改进和简化各种运营。尽管取得了这些进步,该行业仍然面临着一些挑战。那么,AI 如何提供帮助呢?

在本节中,我们将介绍渔业中的一些挑战以及人工智能技术如何解决这些挑战。目前,渔业面临着许多问题,包括:

兼捕

兼捕是指意外捕获非目标物种,可能对生态系统有害并造成浪费。根据一份兼捕报告,全球兼捕量可能占世界渔获量的 40%,每年总计 630 亿磅。如此大量的兼捕会导致许多非目标物种死亡,扰乱海洋生态系统并浪费资源。

例如,使用 Ultralytics YOLOv8 等计算机视觉模型可以帮助缓解这个问题。将这些 AI 模型集成到渔具上的摄像头可以帮助实时识别和区分目标物种和非目标物种。该技术可以针对 对象检测分割 等任务进行训练,以便向渔民提供即时反馈,从而使他们能够改变捕捞方法以减少兼捕。

图 1. Ultralytics YOLOv8 模型识别不同的海洋物种。

库存评估与管理

对鱼类种群进行准确评估对于有效的渔业管理至关重要,但传统方法通常速度慢且不精确。AI 模型可以处理来自水下无人机、声纳和遥感等来源的大型数据集,以提供对鱼类种群的准确估计。这有助于设定适当的捕捞限额并更有效地管理种群。

诸如YOLOv8之类的模型如何帮助进行库存评估和管理的另一个例子是通过实时跟踪和计数鱼类种群。通过分析水下镜头,这些模型可以准确识别不同的物种并统计其数量,从而为管理鱼类种群提供关键数据。

图 2. YOLOv8 跟踪和计数鱼类。

塑料污染

海洋中的塑料污染是影响海洋生物的主要问题之一,对珊瑚礁和海草床等栖息地造成重大破坏,并危害海洋动物。根据海洋保护慈善机构 Surfers Against Sewage 的一份报告,每年有惊人的 1200 万吨塑料被倾倒到海洋中。 

人工智能可以通过高精度地快速识别海洋中的塑料物体,从而在解决这一问题上发挥关键作用,从而能够及时进行清理作业。这种积极主动的方法可以帮助减轻环境影响,更有效地保护海洋生态系统。

图 3. 计算机视觉检测塑料污染。

人工智能与海洋保护

海洋保护包括保护和维护海洋生态系统和海洋生物。 这涉及从海洋研究到栖息地恢复、污染控制和物种保护等诸多方面和作用。 在探讨了人工智能在渔业中的作用之后,让我们来看看人工智能如何为海洋保护做出重大贡献。

监测水下保护区

人工智能技术正在改变我们监控水下保护区的方式。借助人工智能驱动的自动化系统,海洋保护主义者可以比以往更有效、更准确地收集和分析数据。这些先进的工具使我们能够以高分辨率监控广阔的海洋空间,并以惊人的速度处理来自传感器和卫星等远程来源的数据。 

例如,人工智能可以快速分析卫星图像和传感器数据,以识别表明环境变化或人类活动的模式,例如可能损害这些保护区和整个海洋生态系统的非法捕鱼或石油泄漏。这项技术增强了我们维护海洋保护区 (MPA)健康的能力,从而可以及时采取干预措施并更有效地开展保护工作。Ocean Mind 是一家总部位于英国的非营利组织,在五年多的时间里成功地帮助识别了 皮特凯恩 岛海洋保护区内潜在的非法、未报告和无管制 (IUU) 捕鱼风险。

图 4. 计算机视觉监测海洋环境。

为海洋研究提供支持

人工智能技术正在成为海洋研究中的关键工具,它提供了一系列功能,可显著增强我们对海洋生态系统的理解和管理。以下是人工智能能够支持海洋研究的一些主要方式:

  • 生物多样性评估:基于人工智能的图像和声音分析可以准确识别照片、视频和声学记录中的海洋物种。 这项技术对于追踪物种数量和评估生物多样性至关重要。 人工智能还可以生成详细的海洋栖息地地图,突出显示具有重要生态意义的区域,并识别需要保护的区域。
  • 增强预测模型:人工智能可以使用机器学习算法来创建预测模型,这些模型可以预测海洋生态系统的变化。这些模型可以帮助研究人员预测和减轻环境压力(如气候变化和污染)的影响。The Ocean Cleanup 是一家专注于清除海洋塑料的非营利组织,它与 Deeper Insights 合作开发了一种先进的 AI 系统,用于检测和保护海洋生物。该系统预计将包括用于海洋生态系统的预测分析模型。

总的来说,人工智能通过提高数据处理和管理的效率和有效性,为加强保护工作做出了重大贡献。通过自动收集和分析生态数据,人工智能缩短了将现场数据转化为可操作见解所需的时间。这使保护管理者能够快速做出明智的决策,实时调整必要的行动方案,并更好地分配资源。

人工智能在海事行业中的重要性

在探索人工智能在海事行业中的作用时,必须同时考虑其优势和挑战。虽然人工智能可以提供增强的监控、数据准确性和可持续的实践,但它也伴随着高成本、伦理问题以及对技术的依赖。让我们深入探讨这些优点和缺点,以了解人工智能对海事领域的全面影响。

让我们从一些主要优势开始:

加强监控和执法

  • 实时追踪和合规性:AI 可以增强当局实时追踪船只移动以及监控法规遵守情况的能力,包括检测非法捕鱼活动。
  • 全面的数据分析: 人工智能可以比人类更快、更精确地分析来自卫星、无人机和传感器的数据,从而确保全面的环境监督和保护。

提高数据准确性和决策能力

  • 精确数据处理: AI 以高精度处理大型数据集,从而实现准确的数据收集,最大限度地减少错误,并确保可靠的分析以做出明智的决策。
  • 预测模型和监管支持:AI可以分析鱼类种群动态和环境变化,提供准确的估算,以帮助设定可持续的捕捞限额并制定有效的保护策略。AI不仅可以预测环境趋势,还可以精确统计鱼类种群数量,确保监管措施基于可靠的数据。这种双重能力增强了我们可持续管理海洋资源的能力。
  • 主动管理:AI生成的洞察减少了人为错误,并支持主动决策,从而可以基于准确、最新的数据和预测分析及时采取干预措施。

推广可持续实践

  • 运营优化和减少兼捕: AI 通过预测最佳捕捞时间和地点来优化捕捞作业,从而减少对环境的影响,最大限度地减少兼捕,并确保更有针对性和可持续的捕捞。
  • 环保技术的开发: 人工智能支持环保方法和技术的创造,鼓励高效和负责任的捕鱼行为。这包括开发精准水产养殖技术和促进栖息地恢复工作,以维持健康的海洋生态系统。

这些优势突显了人工智能在提高海事行业的可持续性和有效性方面的变革潜力。然而,人工智能技术的实施带来了一些重大挑战。这些挑战包括:

较高的初始实施成本

  • 投资要求:在海事行业实施人工智能技术需要在硬件、软件和培训方面进行大量初始投资。对于较小的组织和发展中国家而言,初始成本可能具有限制性,从而限制了广泛采用。
  • 基础设施开发:为 AI 建立必要的基础设施,例如数据收集系统、高速互联网和计算能力,会增加财务负担。这可能是一个重大障碍,尤其是在偏远或欠发达地区。

对技术的依赖和潜在的故障

  • 可靠性问题:海事行业对 AI 技术的依赖带来了与系统故障或失灵相关的风险。技术故障可能导致重大的运营中断和经济损失。
  • 技能差距: AI 系统的实施和维护需要专门的知识和技能。需要持续的培训和教育,以确保员工能够有效地管理和利用 AI 技术。
  • 适应性:人工智能技术的快速进步意味着系统可能很快过时。需要不断更新和调整才能使人工智能系统保持相关性和有效性,这可能具有挑战性且需要大量资源。

伦理和隐私问题

  • 数据隐私: AI 系统依赖于大量数据,从而引发了对敏感信息的隐私和安全的担忧。 在海事行业,数据隐私问题可能源于与船舶移动、捕鱼活动和环境监测相关的数据的收集和使用。 确保数据的收集和使用符合隐私法律和法规对于保护个人、公司和专有信息至关重要。 虽然野生动物数据可能是公开的,但来自船只的运营数据和特定的捕鱼做法可能很敏感,需要小心处理。

这些挑战突显了需要仔细规划和管理,以确保人工智能在海事行业中的成功整合。解决这些问题对于在降低风险的同时充分利用人工智能的潜力至关重要。

AI在海事领域的未来

自主船只

一个在不久的将来可能成为现实的有趣想法是开发人工智能驱动的自主船舶。这涉及开发可以独立运行而无需人工干预的船舶,利用先进的人工智能系统进行导航、决策和运营。它们有可能通过提高效率、减少人为错误和最大限度地减少环境影响来改变航运和渔业。该项目的领先公司之一是劳斯莱斯,该公司正在通过其船舶智能计划推进技术。此外,美国非营利组织 ProMare 与 IBM 合作发起了一个名为“五月花号”的独立船舶项目。

图 5. 自主“五月花”号研究船。

改进环境监测

YOLO(You Only Look Once)模型等计算机视觉模型的进步(这是一种最先进的 AI 目标检测技术)可以更好地监测海洋环境。这些进步将能够及时发现非法捕鱼和污染等环境威胁,从而更有效地响应和保护海洋生态系统。

结论

人工智能通过加强监测、执法、数据准确性和可持续实践,改变了海事行业。 实时跟踪、预测分析以及 YOLOv8 等先进模型等技术,使我们能够以前所未有的方式洞察和控制海洋环境。 

然而,在拥抱这些技术进步的同时,必须平衡技术发展与保护工作。 确保技术在支持和加强保护的同时不造成损害,这对于可持续和有效地管理海洋资源至关重要,从而为子孙后代保护我们的海洋。 人工智能与保护之间的协同作用预示着更健康的海洋未来。

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