海上地图
海洋是世界上最大的公共资源，它覆盖了超过70%的地球表面，是超过10亿人的主要食物来源。不仅如此，大约80%的贸易货物都是通过海洋运输的，世界上近30%的石油是在近海油田生产并分发到世界各地的。除了这些既定的海洋用途外，近海可再生能源、水产养殖和采矿也在迅速增加。
所有的这些海上活动，都为所谓的“蓝色经济”提供了动力，它的增长速度快于全球经济总量，但也造成了环境的迅速恶化。然而，由于缺乏全球观测数据，导致我们对蓝色经济究竟是在哪里扩张，以及如何扩张的理解并不全面。
在陆地上，我们几乎有所有道路和建筑的详细地图。相比之下，海洋上发生的许多活动却在很大程度上都隐藏在公众视野之外。比如许多海上船舶不对其位置进行播报，再比如公共监测系统未能检测到许多船只，另外有关近海基础设施发展和其他工业活动的信息往往是保密的……如此一来，导致我们对于人类在海上活动的广度和强度所知甚少。
现在，在一项新发表于《自然》杂志的研究中，全球渔业观察（Global Fishing Watch）的科学家利用机器学习和卫星图像，创建了第一张大型船只交通和海上基础设施的全球地图，发现了大量之前对公共监控系统不可见的海洋工业活动。
揭开未知的“黑暗舰队”
一直以来，绘制人类在海洋上的活动地图的方法存在很多局限性。对于船只活动地图的绘制，重点在于自动识别系统（AIS），这个系统可以播报船只的坐标，进而帮助跟踪船只的运动。然而，并不是所有船只都需要使用AIS设备，因为不同国家、不同的船只大小和不同的海上活动，其相应的规定都有所不同。
从事非法活动的船只就经常关闭其AIS应答器，甚至操纵其播报的位置。此外，沿海水域有大量卫星接收能力差的“盲点”。最终，这些在公共AIS数据中看不到的船只，被称为“黑暗舰队”，对保护和管理自然资源构成了重大挑战。
在新的研究中，研究人员分析了2017-2021年期间的2拍字节（2千万亿字节）的卫星图像，以检测六大洲沿海水域的船只和海上基础设施。这项分析覆盖了超过15%的海洋，超过75%的工业活动都集中在这些区域。通过将这些GPS数据与5年的雷达和光学图像相结合，研究人员识别出了未能播报其位置的船只。
然后，他们利用机器学习，得出哪些船只可能从事了捕鱼活动的结论。他们设计并训练了三个深度卷积神经网络，以97%以上的准确率识别物体，以98%以上的准确率将海上基础设施分为石油、风能和其他，以90%以上的准确率将船只分为捕鱼或非捕鱼。最终，他们对超过6700万张图像进行了分类。
研究人员分析了2017-2021年期间的2拍字节的卫星图像，以探测六大洲沿海水域的海上基础设施。（图/2023 Global Fishing Watch）
结果显示，他们在许多海洋保护区内发现了大量的“黑暗舰队”，并在许多曾在公共监测系统中显示没有船只活动的水域里，发现了高度密集的船只。通过揭露这些“黑暗舰队”，研究人员创造了全球工业捕鱼最全面的公开画面。
具体来说，研究人员发现世界上72-76%的工业渔船没有被公开追踪，其中大部分捕鱼发生在南亚、东南亚和非洲附近。此外，这项研究还显示了人类在海洋中的活动是如何变化的。数据结果显示，在COVID-19大流行期间，全球渔业活动下降了约12%，到2021年仍未恢复到大流行前的水平。相比之下，运输和能源船只相对未受影响，仍保持了稳定的活动。在这段时间内，海上风电正在迅速发展。石油结构增加了16%，而风力涡轮机增加了一倍多。大多数风力涡轮机仅限于海洋的小区域，但到2021年超过了石油结构的数量。
新时代的开始
从历史上看，由于船只活动没有得到很好的记录，导致我们在海洋是如何被人类利用的方面缺乏好的理解。通过将太空技术与最先进的机器学习相结合，研究人员以前所未有的视角和规模绘制了海上的工业活动。新的研究表明，全球海洋是一个繁忙、拥挤和复杂的工业工作空间，是不断增长的蓝色经济。
这项研究还凸显了这项新技术在应对气候变化方面的潜力。绘制所有船只的交通地图还将改善对海上温室气体排放的预估，而绘制基础设施地图则可以为风能开发提供信息，或帮助追踪石油勘探造成的海洋退化。研究中所使用的开放数据和技术，也可以帮助地方政府、研究人员和民间社会组织识别潜在的非法活动热点，或更好地了解其水域的船只交通。
研究人员表示，这种类型的卫星监测曾经只提供给那些付得起这份钱的人，现在所有国家都可以免费使用，这标志着海洋管理和透明度的新时代的开始。
#创作团队：
撰文：小雨
排版：雯雯
#参考来源：
https://globalfishingwatch.org/press-release/new-research-harnesses-ai-and-satellite-imagery-to-reveal-the-expanding-footprint-of-human-activity-at-sea/
https://www.nature.com/articles/s41586-023-06825-8
#图片来源：
封面图&首图：
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