Спутниковые системы и их роль в мониторинге незаконного рыболовства и безопасности на море
Незаконный, несообщаемый и нерегулируемый промысел обходится мировой экономике в десятки миллиардов долларов ежегодно, истощает рыбные запасы и подрывает средства к существованию законных рыбаков. В то же время угрозы морской безопасности от пиратства, контрабанды и территориальных вторжений продолжают бросать вызов флотам и береговой охране. Спутниковые системы стали незаменимыми для закрытия пробела в наблюдении, который давно сделал океаны областью безнаказанности. Обеспечивая постоянное наблюдение на широкой территории с орбиты, эти технологии трансформируют то, как власти отслеживают, обнаруживают и реагируют на деятельность по морям мира.
В статье рассматриваются основные спутниковые технологии, используемые для морского мониторинга, их конкретные применения в борьбе с незаконным рыболовством и повышении безопасности, а также проблемы и инновации, которые будут определять будущее управления океаном.
Как работают спутниковые системы для наблюдения за морем
Современное морское наблюдение опирается на созвездие спутниковых датчиков, каждый из которых имеет свои сильные стороны. Ни одна система не может удовлетворить все потребности; вместо этого операторы объединяют данные от нескольких типов спутников для создания всеобъемлющей картины движений судов и условий океана. Три основные технологии - это радар с синтезированной апертурой (SAR), приемники автоматической системы идентификации (AIS) и оптические / ИК-изображения.
Радар с синтетической апертурой (SAR)
Спутники SAR излучают микроволновые импульсы и измеряют обратное рассеяние, отраженное от поверхности Земли. Эта радиолокационная технология может проникать в облака, дождь и темноту, что делает ее идеальной для мониторинга регионов, которые испытывают постоянный облачный покров (как многие тропические рыболовные угодья) и для операций в ночное время. Ключевой морской потенциал SAR - обнаружение кораблей - даже небольших судов - в качестве ярких целей на темном океанском фоне. Современные спутники SAR, такие как созвездие Sentinel-1 Европейского космического агентства и коммерческие системы, такие как Capella Space и ICEYE, предлагают разрешения до 0,5 метров, что позволяет аналитикам не только находить суда, но и оценивать их длину, направление и скорость.
Автоматическая система идентификации (AIS) из космоса
Первоначально предназначенные для предотвращения столкновений, AIS-транспондеры передают идентичность, положение, курс и скорость судна. В то время как наземные приемники AIS работают только в пределах около 40 морских миль от побережья, спутниковые приемники AIS (S-AIS) на спутниках на низкой околоземной орбите могут принимать сигналы на сотни миль от берега. Это расширяет отслеживание до открытого моря. Однако у AIS есть критическое ограничение: его можно отключить. Многие незаконные операторы рыболовства отключают свои AIS-транспондеры - практика, известная как «темнение», - чтобы избежать обнаружения. Поставщики данных S-AIS, такие как точная Земля и Spire Global, объединяют сигналы от нескольких спутниковых проходов, чтобы заполнить пробелы, но преднамеренное отключение AIS остается основной лазейкой.
Оптическая и инфракрасная визуализация
Оптические спутники высокого разрешения (например, серия WorldView компании Maxar, созвездие голубей планеты) предоставляют фотографии, которые могут подтвердить идентичность судна, обнаружить рыболовные снасти и даже наблюдать за деятельностью по переработке рыбы. Инфракрасные каналы добавляют возможность обнаруживать тепловые сигнатуры от судовых двигателей, вспышек или рыбных заводов. Оптические изображения ограничены облачным покровом и дневной работой, но их богатство делает их необходимыми для судебно-медицинского анализа и юридических доказательств. Правительства все чаще поручают оптическим спутникам фотографировать конкретные суда, отмеченные аномалиями SAR или AIS.
Слияние данных для эффективного интеллекта
Реальная мощность исходит от объединения этих источников. Типичный рабочий процесс начинается с широкоугольных сканирований SAR, которые помечают все крупные объекты на воде. Эти обнаружения соотносятся со спутниковыми передачами AIS: судно, которое появляется на SAR, но не имеет сигнала AIS или чей сигнал AIS не соответствует его наблюдаемому поведению (например, длительная рыбалка без сообщений о позиции) помечается как потенциальная «темная» или подозрительная цель. Оптические спутники затем получают визуальное подтверждение. Этот многоуровневый подход стал стандартом как для правительственных учреждений, так и для некоммерческих наблюдательных групп, таких как ] Global Fishing Watch , который использует машинное обучение для анализа данных SAR и AIS в масштабе.
Борьба с незаконным, несообщаемым и нерегулируемым (ННН) промыслом
ННН-промысел не является преступлением без жертв. Он подрывает оценку запасов, угрожает морскому биоразнообразию и снижает цены для законных рыбаков. Спутниковый мониторинг решает несколько аспектов проблемы одновременно.
Обнаружение «темных» судов и подозрительного поведения
Как отмечалось, многие незаконные рыбаки регулярно отключают свои спутники AIS. Спутники SAR ловят эти суда в акте. Сравнивая обнаружение SAR с записями AIS, власти могут идентифицировать несанкционированные суда внутри исключительных экономических зон (ИЭЗ), морских охраняемых районов (МОР) или районов, закрытых для рыболовства. Например, в Южном океане, где незаконный промысел зубной рыбы является постоянной проблемой, спутники SAR обнаружили незарегистрированные суда, которые позже оказались вовлеченными в операции IUU. Своевременность данных SAR - часто доступная в течение нескольких часов после прохождения спутника - позволяет патрульным судам перехватывать.
Мониторинг охраняемых морских районов и сезонные закрытие
Запасы морской пехоты и сезонные запреты на рыболовство трудно обеспечить только с помощью наземных патрулей из-за обширных океанских районов. Спутниковое наблюдение обеспечивает недорогую альтернативу для рутинного надзора. Заметным успехом является использование спутниковых снимков для мониторинга морского заповедника Галапагос, где незаконный промысел в охраняемых водах значительно сократился после того, как были введены регулярные спутниковые патрули. Аналогичным образом, в Западной Африке комбинация спутников AIS и SAR помогла уменьшить вторжение в воды, которые сезонно закрыты для нереста рыбы.
Предоставление доказательств для судебного преследования
Одна из самых сложных частей борьбы с ННН-промыслом - это создание судебного дела, которое будет продолжаться в суде. Спутниковые снимки в сочетании с журналами АИС предлагают объективные, временные доказательства местоположения и деятельности судна. В нескольких знаковых случаях, таких как преследование Грома , печально известного незаконного браконьера-зубной рыбы, спутниковые данные имели решающее значение для отслеживания и в конечном итоге захвата судна. Международные органы, такие как Управление Организации Объединенных Наций по наркотикам и преступности , все чаще обучают прокуроров и офицеров рыболовства использованию спутниковых доказательств.
Повышение безопасности на море за пределами рыболовства
Спутниковые системы, которые ловят нелегальных рыбаков, также обеспечивают разведку для более широкого спектра угроз безопасности на море.
Противодействие пиратству и вооруженному ограблению
Горячие точки пиратства, такие как Гвинейский залив и Сингапурский пролив, требуют постоянной бдительности. Спутниковая АИС может обнаруживать небольшие, быстрые лодки, приближающиеся к крупному грузовому судну - особенно когда эти маленькие лодки не имеют функционирующей АИС. САР и оптические спутники также могут идентифицировать скиффы, которые часто используются в атаках. В разгар сомалийского пиратства спутниковые снимки помогли идентифицировать материнские корабли, которые начали атаку скиффы. Сегодня коммерческие судоходные и военно-морские силы используют подписные услуги, которые объединяют спутниковые данные с другой разведкой для обеспечения оповещений об угрозах в реальном времени.
Обнаружение контрабанды и торговли людьми
Незаконный оборот наркотиков, контрабанда оружия, торговля людьми и незаконная передача нефти часто происходят в международных водах, вдали от патрулей береговой охраны. «темные» суда, обнаруженные SAR, часто являются главными подозреваемыми. В Карибском бассейне и восточной части Тихого океана спутниковое наблюдение перехватило быстрые лодки, перевозящие наркотики. В Юго-Восточной Азии спутниковые данные использовались для идентификации судов, занимающихся контрабандой топлива и несанкционированными передачами судов на корабли, которые уклоняются от таможни. Возможность контролировать схемы рандеву судов - два судна, разгуливающие рядом друг с другом в течение длительных периодов - может указывать на незаконную деятельность.
Координация поисково-спасательных работ
При поступлении сигнала бедствия спутниковые системы оказывают критическую поддержку. Спутники SAR могут обнаруживать местоположение спасательных плотов или обломков. Данные AIS могут обеспечивать последние известные позиции терпящего бедствие судна и помогать идентифицировать близлежащие корабли, которые могут оказать помощь. В поисках пропавшего рейса MH370 Malaysian Airlines спутниковые AIS и радиолокационные данные использовались для устранения возможных траекторий дрейфа. Хотя поиск и спасение не являются основной миссией, инфраструктура, построенная для морской безопасности, непосредственно выгодна координации спасательных операций.
Проблемы спутникового мониторинга на море
Несмотря на свой потенциал, спутниковый мониторинг сталкивается с рядом серьезных препятствий.
Отзывы о The Revisit Times
Ни один спутник не может непрерывно наблюдать весь океан. Полярно-орбитальные спутники проходят над любой заданной точкой только один раз в несколько дней (или часов, если используется большое созвездие). Это означает, что судно может работать незамеченным в интервале между проходами. Геостационарные спутники обеспечивают непрерывное покрытие фиксированных областей, но с гораздо меньшим разрешением и ограничены экваториальными областями. Закрытие временного промежутка требует либо больших созвездий спутников с низкой околоземной орбитой (LEO), либо гибридных систем, объединяющих спутники и другие платформы, такие как беспилотники или высотные воздушные шары.
Обработка данных и информационная перегрузка
Одно SAR-изображение может содержать сотни мегабайт данных, а типичная система наблюдения может ежедневно поглощать терабайты. Ручно анализировать все эти данные невозможно. Автоматизированные алгоритмы обнаружения и классификации судов сейчас стандартны, но они не идеальны. Ложные положительные результаты (например, волны, морской лед или китовые водопады, ошибочно принятые за корабли) и ложные отрицательные результаты (неспособность обнаружить небольшие или скрытые суда) остаются проблемами. Тенденция к использованию машинного обучения и глубоких нейронных сетей быстро повышает точность, но требует значительных данных обучения и вычислительной мощности.
Стоимость и доступ для развивающихся стран
Многие страны, наиболее пострадавшие от незаконного рыболовства и отсутствия безопасности на море — в Западной Африке, на островах Тихого океана и в некоторых частях Азии — имеют ограниченные бюджеты на спутниковые услуги. Коммерческие снимки высокого разрешения остаются дорогостоящими, а создание собственного опыта для анализа этого является долгосрочным вложением. Международное сотрудничество, такое как добровольные многодонорские целевые фонды Международной морской организации и инициативы по открытым данным (например, бесплатные данные Sentinel-1) помогают, но значительный разрыв в акционерном капитале сохраняется.
Будущие разработки и технологии
Некоторые новые тенденции обещают сделать спутниковое морское наблюдение более быстрым, дешевым и точным.
ИИ и автоматическое обнаружение аномалий
Алгоритмы машинного обучения обучаются распознавать не только корабли, но и модели поведения, которые указывают на незаконную деятельность. Например, судно, которое совершает частые короткие поездки между рыболовным участком и назначенным посадочным портом, может заниматься высокообъемным ННН-промыслом. ИИ может автоматически отмечать такие модели, уменьшая рабочую нагрузку аналитиков. Некоторые системы объединяют спутниковые данные с океанографическими данными (температура поверхности моря, уровни хлорофилла), чтобы предсказать, где рыба, вероятно, будет агрегироваться, что облегчает обнаружение подозрительного промысла в этих районах.
Большие созвездия и мониторинг в реальном времени
Такие компании, как SpaceX (Starlink), OneWeb и Amazon (Project Kuiper), строят мегасозвездия спутников связи, но их технология также имеет последствия для дистанционного зондирования. Между тем, специализированные группировки SAR от ICEYE (более 30 спутников) и Capella Space уже предоставляют почасовое время повторного посещения во многих областях. В ближайшем будущем комбинация тысяч спутников LEO может сократить окно обнаружения с часов до минут, что делает практически невозможным для судов-изгоев прятаться долго.
Интеграция с беспилотными системами и датчиками In-Situ
Спутники работают лучше всего в паре с другими активами. Например, обнаружение спутником темного корабля может вызвать беспилотник для полета с близлежащего патрульного судна для более тщательного осмотра. Некоторые страны экспериментируют со спутниковыми автономными парусными беспилотниками (например, Saildrone), которые слоняются рядом с подозрительными судами. Эти интегрированные системы уменьшают потребность в дорогостоящих пилотируемых патрулях, одновременно увеличивая вероятность задержания.
Открытые исходные данные и краудсорсинг
Не все морские наблюдения основаны на секретных или коммерческих данных. Доступные для общественности спутниковые данные, такие как европейская программа Copernicus (Sentinel-1 SAR), используются университетами и НПО для мониторинга рыболовной деятельности. Такие платформы, как Global Fishing Watch, сделали данные отслеживания судов свободно доступными, позволяя журналистам, исследователям и гражданам привлекать правительства к ответственности. По мере увеличения обмена данными прозрачность сама по себе становится мощным сдерживающим фактором.
Заключение
Спутниковые системы изменили баланс в длительной борьбе за мониторинг Мирового океана. Объединив радары, АИС и оптические датчики, власти теперь могут отслеживать суда по всему миру, выявлять те, которые пытаются действовать в тени, и собирать доказательства для правоприменительных действий. Воздействие на незаконный промысел измеримо: в некоторых регионах наблюдается резкое сокращение несанкционированных вторжений после введения спутникового мониторинга. В то же время, та же технология укрепляет морскую безопасность, обнаруживая пиратство, контрабанду и другие транснациональные преступления.
Сохраняются проблемы, особенно в обеспечении справедливого доступа для стран с ограниченными ресурсами и в управлении потоком данных. Тем не менее, траектория ясна. С распространением небольших спутниковых группировок, достижениями в области искусственного интеллекта и интеграцией автономных платформ наступает эра действительно постоянного морского наблюдения. Для здоровья рыбных запасов, безопасности моряков и верховенства права в открытом море это развитие стоит наблюдать.
Чтобы узнать больше о текущих инициативах, изучите работу Глобальной рыболовной службы , Sentinel-1 Европейского космического агентства и Управления Организации Объединенных Наций по наркотикам и преступности по морской преступности.