Новая технология «прислушивается» к исчезающим гладким китам

Один из самых исчезающих видов китов в мире может получить дополнительную защиту от угроз, создаваемых деятельностью человека в море, благодаря технологии, разработанной Университетом Восточной Англии (UEA).

В партнерстве с Шотландской ассоциацией морских наук (SAMS) и морской геодезической компанией Gardline Geosurvey Limited исследователи UEA разработали методы машинного обучения для обнаружения североатлантических гладких китов по звукам, которые они издают под водой.

Обнаружение животных до их приближения к крупным судам или входа в зону смягчения воздействия может как защитить китов, так и избежать дорогостоящих остановок морских операций.

Исследование «Robust North Atlantic right whale detection using deep learning models for denoising» опубликовано в специальном выпуске по машинному обучению в акустике в The Journal of the Acoustical Society of America.

Североатлантические гладкие киты — один из самых исчезающих морских видов в мире: осталось около 350 особей, из которых лишь около 100 — половозрелые самки. Деятельность человека представляет для них значительную угрозу из-за запутывания в рыболовных снастях или столкновений с судами.

Зовы гладких китов часто путают с шумами от судоходства или других подводных работ, таких как рыболовство и бурение. Новые методы, разработанные UEA и партнерами, могут удалять эти нежелательные шумы из записей, повышая надежность обнаружения китов в сложных условиях.

Традиционный метод поиска китов полагается на наблюдателей на борту судов, но это дорого и невозможно ночью или при плохой видимости. Автоматизированный метод обнаружения дает гораздо больше надежды на выживание и рост популяции вида, — говорит ведущий исследователь д-р Бен Милнер из Школы компьютерных наук UEA.

Цель работы — разработать надежные методы обнаружения морских млекопитающих с помощью устройств пассивного акустического мониторинга (PAM) в сложных условиях.

Возможность развернуть автоматизированную систему — на буях, автономных надводных аппаратах (ASV) или планерах — способную обеспечить высокий уровень обнаружения в реальном времени, жизненно важна для долгосрочного будущего гладких китов.

Надежное обнаружение морских млекопитающих важно для мониторинга популяций и смягчения воздействия, так как многие виды находятся под угрозой и защищены законами об окружающей среде.

Технология призвана обнаруживать китов в ситуациях, когда они могут приближаться к потенциально опасной и шумной оффшорной деятельности. В таких случаях судам может быть предложено изменить курс, а в крайних ситуациях работы должны быть остановлены, что очень затратно для операторов.

Гладкие киты издают различные звуки, наиболее распространенными из которых являются восходящие тональные сигналы (upcalls) и звуки, похожие на выстрелы (gunshot sounds). Восходящие сигналы, вероятно, играют роль социальных контактных calls и издаются особями обоих полов и разных возрастов, поэтому чаще всего используются для пассивного акустического обнаружения вида. Звуки «выстрелов» сильно отличаются и характеризуются как импульсные; хотя они менее распространены, новая технология также может их обнаруживать.

Оба типа вокализаций бывает трудно услышать в шумных условиях и визуализировать на спектрограммах, так как низкочастотные области часто маскируются морским шумом от проходящих судов, буровых и свайных работ, сейсморазведки или помехами от других морских млекопитающих, например, песни горбатых китов. Во многих случаях антропогенные и природные шумы перекрываются по частоте с calls гладких китов, что затрудняет обнаружение.

Исследователи изучили процессы «подавления шума» (denoising), которые могли бы блокировать не относящиеся к китам шумы от траулеров, танкеров и другой деятельности человека.

Записи звуков гладких китов, использованные для оценки классификаторов и методов шумоподавления, были взяты с воркшопа Detection, Classification, Localization, and Density Estimation (DCLDE) 2013 и собраны в национальном морском заповеднике Gerry E. Studds Stellwagen Bank в районе залива Массачусетс у северо-восточного побережья США.

Статья «Robust North Atlantic right whale detection using deep learning models for denoising» опубликована 3 июня 2021 года в The Journal of the Acoustical Society of America.