五月花号400年,海洋、气候+AI的时代已经到来

2020/09/20 00:00
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1920年9月16日,"五月花"号离开普利茅斯驶向新世界



2020年9月,无人驾驶的五月花号首次下水,由太阳能和风能混合驱动并注入了AI技术,将支持对海洋的广泛研究。


回顾历史,人类一直在向海洋探索。但直到19 世纪晚期,我们才开始真正系统的研究海洋。1872年至1876年,皇家海军改装的“挑战者”号进行了一次远征,航行了将近70,000海里,并记录了4,000多个以前未知的物种,为现代海洋科学奠定了基础。

如今,随着人类活动影响海洋健康,破坏气候和生态系统,对海洋学数据和收集这些数据的船只的需求从未如此大。但是海洋勘探是劳动密集型的、昂贵的并且是危险的。目前COVID-19中断了载人海洋研究任务,显然,我们需要新的方法来理解和保护世界上最重要的资源之一。

幸运的是,自主技术的日趋成熟提供了前进的潜在途径。IBM 通过为Mayflower无人船提供先进技术来支持海洋研究组织Promare。五月花号以历史上另一艘著名的船只命名,但是非常注重未来,它将利用太阳能和机器学习独立地穿越大洋,收集和传输重要数据,以扩大我们对影响其健康的因素的理解。

这艘新船于9月首次下水,不仅代表海洋探索的未来,而且代表了我们整体海洋研究方法的根本转变。


「 AI 」



“将人为因素排除在五月花号之外,使之得以完全重新设计。五月花号的工程师无需考虑饮食,睡眠和卫生条件,而只专注于船舶的机械和功能。”


Promare工程师通过结合IBM的AI,边缘技术和天气公司的数据而构建的创新型“ AI舰长 ”,MAS可以识别并避免海上自航的危险。

传感器输入

  • 雷达可以检测到前方2.5海里处MAS路径中的多种危险。

  • 车载摄像头向IBM计算机视觉系统提供视觉输入,该系统可识别危险,例如货船,渔船,甚至漂浮在水中的部分浸没的运输集装箱。

  • 自动识别系统(AIS)提供有关另一艘船的等级,重量,速度,货物等的特定信息。

  • GPS导航系统提供了MAS的当前位置,方向,速度和路线。

  • MAS的航海图服务器提供有关所选路线的地理空间信息。

  • 天气数据由天气公司提供。

  • 姿态传感器评估当地的海况(MAS如何因波浪而俯仰和滚动)。

  • Fathometer提供水深测量。

  • 车辆管理系统提供运营数据,例如MAS的电池电量,功耗,通信,科学有效载荷等。

实时分析

  • IBM Operational Decision Manager(ODM)会对附近的其他船只进行COLREG评估,并生成指示未来“不安全”情况的风险图。

  • MAS的AI机长会听取ODM建议、计算机视觉输入、当前和天气预报、并评估几种避免危险的方案。

迅速判断

  • 在紧急情况下,AI机长会确定MAS是否转向以避免意外的航行危险。

  • MAS的安全经理会验证该决定是否安全。

  • AI队长指示MAS的车辆管理系统更改路线和速度。



让我们假设五月花号处于公海中,接近科德角(Cape Cod),没有网络连接。前方的一艘货船与一艘渔船相撞,损失了部分负载。在这种情况下,MAS的AI机长将使用多种技术和流程来独立评估情况并决定采取何种行动,而无需连接到陆基任务控制系统。


将来,无人研究船,无人机和潜水器网络可能会在海上花费长达六个月的时间,每天生成数据,而不仅仅是季节性变化,而是可以更好地识别和响应长期趋势。他们将与人类海洋学家协同工作,但允许专家将更多的时间花在数据分析和行动上,而不是数据收集上


「 海洋 」


自150年前的“挑战者号”远征以来,海洋科学取得了巨大进步。但是仍然存在很大差距。如今,只有约20-30%的海底被绘制了地图,即使如此,其分辨率也仅为100米。海洋具有令人难以置信的自我再生能力。但是,除非我们提高对海洋健康的认识,并利用技术来帮助我们可持续地做到这一点,否则我们可能会引发一系列退化。

尽管受到破坏,拯救我们的海洋还为时不晚。有史以来第一次,我们拥有一套可以完全改变我们能力的技术,就是“收集我们想要的海洋所需的数据”。


鲸鱼种群
这些深海巨人的数量已因商业捕鲸而减少,它们作为生态系统中的一员发挥着至关重要的作用,支持着健康的海洋食物链。五月花无人船将使用 声学传感器 机器学习 来监视海洋中的鲸鱼种群,以帮助科学家了解当今种群的健康状况。


微塑料

最近几十年来,我们的水域进入海洋食物链的塑料数量急剧增加。五月花无人上将使用一个机器人采样阵列在整个旅程中进行水采样。稍后将在实验室中对这些物质进行分析,以检测微塑料、浮游生物、藻类和其他微粒,从而指明未来应进行清理的目标。


温度、盐度、深度
任何海洋研究任务的三个关键指标是温度,盐度和深度。这些共同提供了对海洋水的特征以及全球变暖随时间推移在不同地区的影响的更详细的了解。五月花无人将率先开发出在不需人工干预的情况下自动执行和记录这些测量的方 法。

浮游植物的生产力

微观海洋藻类称为浮游植物,占海洋所有海洋生物质量的90%。它们支撑着海洋食物网,并产生约50%的地球氧气。五月花无人船将使用荧光计来监测这些重要生物的健康。

 

海洋化学
海洋在吸收世界上大部分二氧化碳方面起着关键作用。但是,过多的二氧化碳会导致有害影响,例如海洋酸化,破坏脆弱的生态系统,例如 珊瑚礁。HyperTaste技术是由IBM Research开发的一种AI辅助的电子“舌头”,它可以使用阵列中的多个传感器的组合来快速、人工智能辅助地对液体(例如海水)进行化学测量。以帮助测量海洋的pH和养分并了解不同地区的海洋酸化率。



海洋能量

在公海中,海浪蕴藏着巨大的力量,有潜力被利用来实现可持续和可再生能源。通过将高清(HD)视频与加速度计结合使用,五月花自动船将实时计算波浪能,从而为未来的波浪能装置决策提供依据。高精度全球导航卫星系统(GNSS)和加速度计的测量将用于测量公海中的海平面和波能,以揭示海流和海面的大规模流动。


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本文分享自微信公众号 - 气象学家(Meteorologist2019)。
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