Новый тепловизионный комплекс AWI помогает круглосуточно защищать крупных китов от шума

Физики из Института Альфреда Вегенера (AWI) успешно протестировали на борту научно-исследовательского судна «Полярная звезда» (Polarstern) тепловизионную систему. Она автоматически обнаруживает крупных китов по их фонтанам (дыханию) днем и ночью на расстоянии до пяти километров. Как сообщают ученые в исследовании, опубликованном в журнале PLOS ONE, система обнаружила значительно больше китов, чем наблюдатели с биноклями.

Шум от забивки свай при строительстве ветропарков и от пневмопушек при поиске нефти и газа представляет угрозу для морских млекопитающих. Для их защиты регуляторы требуют применять меры смягчения, например, останавливать работы, если киты приближаются к источнику звука. Однако круглосуточный мониторинг акватории в течение недель представляет сложность.

«Тот, кто долго смотрел на море, знает, как быстро устают глаза и падает концентрация. К тому же мы не можем смотреть во все стороны одновременно, а ночью мы практически ничего не видим. Поэтому, особенно ночью, было трудно обнаруживать китов вблизи судов или морских платформ», — говорит физик AWI доктор Даниэль Циттербарт.

В течение четырех лет он с коллегами из «Лаборатории акустики океана» AWI дорабатывал инфракрасную камеру «FIRST-Navy» от Rheinmetall Defence Electronics в инструмент для автоматического обнаружения китов. В ходе семи экспедиций на «Полярной звезде» они успешно протестировали эту систему:

• Камера установлена на высоте 28 метров в марсовой площадке судна на активном стабилизаторе, компенсирующем качку.
• Она вращается 5 раз в секунду, создавая 360-градусное видеоокружение, где более теплые области выглядят ярче.
• Тепловой сенсор настолько чувствителен, что улавливает разницу температур менее одной сотой градуса Цельсия.
• Фонтан кита в холодных водах значительно теплее поверхности моря и отображается как светлый столб.

Видеопоток обрабатывается специальным программным обеспечением:

• Каждый кадр делится на 31 600 фрагментов, которые анализируются на изменение яркости.
• Компьютер определяет, имеют ли фрагменты с контрастом характерные признаки китового фонтана.
• Это позволяет обнаруживать даже животных, появившихся для короткого вдоха.

Точность системы впечатляет: в ходе одного из рейсов камера зафиксировала примерно вдвое больше китов вблизи судна, чем ученые с биноклями. «Ключевое преимущество нашей системы в том, что мы можем круглосуточно, особенно ночью, с высокой точностью обнаруживать крупных китов, таких как синий, финвал, южный и серый, обеспечивая их лучшую защиту», — говорит соавтор исследования доктор Олаф Бёбель.

Ночью качество данных камеры даже выше из-за отсутствия бликов на воде. Система работала надежно даже в мороз, при сильном волнении и ветре силой 6 баллов. «Условия эксплуатации выходят далеко за рамки тех погодных условий, при которых обычно проводятся сейсморазведочные работы», — отмечает Олаф Бёбель.

Система может давать сбои, только если через поле зрения одновременно пролетает много птиц или плавает множество мелких льдин. «До сих пор мы разрабатывали наше ПО в основном для работы в открытой воде, где в основном используются пневмопушки», — поясняет Даниэль Циттербарт.

После успешных испытаний команда уже работает над расширением системы:

• К тепловизору добавлена обычная камера, которая автоматически фотографирует каждого обнаруженного кита для определения вида и сбора данных о популяциях.
• Система также предоставляет данные о местоположении и расстоянии до каждого кита, что позволяет ученым AWI отслеживать животных и изучать их поведение при встрече с судами.

В следующем году протестированная система будет установлена на «Полярной звезде» на постоянной основе. Команда также планирует испытать ее в морях с температурой воды выше 10 °C, так как пока она отлично зарекомендовала себя только в полярных и субполярных регионах.