渔业电子监测技术概述

■文 / 孙芳

联合国粮食与农业组织（FAO）2018年发布的《2018世界渔业与水产养殖状况》报告指出：截止到2015年，全世界的野生鱼类资源中有33%处于过度捕捞状态，更有科学家称当前全球80%的渔业资源已经枯竭，到2048年海洋中将无鱼可捕，虽然有些危言耸听，但却引起了全球对海洋的重视， 如何进行可持续渔业管理已经提上了全球乃至各个国家的管理日程。

随着计算机网络、人工智能、物联网、机器深度学习、区块链技术、遥感和地理信息系统等新兴科技的探索和运用，全球渔业管理的可持续性，高效性、透明性和可追溯性得到了极大提高。例如人们可以通过计算机网络、遥感技术和地理信息系统技术来获取、处理和传递各类渔业信息；通过海洋渔业船位监测系统，收集船舶和渔获物动态信息；通过区块链技术进行水产品的供应和质量追溯，获得安全、可持续的信息等。中国作为全球渔业大国，也在探索向可持续渔业管理转型，正在试点的限额捕捞制度是中国渔业管理改革重要措施之一，然而该项举措面临的挑战是缺乏准确高效的渔业数据。没有有效的渔业数据则无法进行科学总可捕量的设定、无法确定渔民的准确渔获量，以及渔民是否遵守捕捞限额。而基于现代科技的电子监测系统可以高效、准确地获得渔业相关的信息，为实现渔业可持续管理、促进渔业转型和改进提供基础科学数据。

当前，渔业电子监测技术在美国、加拿大、欧盟等国家得到广泛的应用。本文对渔业电子监测技术的现状和主要目标，在不同渔业类型上应用以及渔业电子监测系统所需的设备、基础设施和成本等进行了总结。为加速探索新兴技术在渔业上的应用，实现渔业的可持续发展，美国环保协会启动“智能船舶（Smart Boat Initiative）”计划，同时发布科学技术助力渔业发展报告、渔业电子监测技术指南和美国西海岸和墨西哥加利福尼亚湾的渔业电子监测试点项目成果报告。

电子监测目标及其所需的数据

电子监测系统主要包括两部分：一是电子监测系统的电子设备，包括摄像机、计算机、渔具传感器和GPS收发器等；二是进行数据收集、存储、传输、分析和利用的处理系统，经过分析处理后的结果主要应用到渔业管理中。

渔业监测目标主要取决于渔业管理目标，不同的渔业管理目标所需的数据和监测设备是不同的。通常，渔业电子监测主要包括船载摄像机、平板电脑和电子日志，分别用于监测和记录捕捞位置、渔获量、兼捕、丢弃渔获、渔具的利用、保护物种等捕捞活动信息。因此，根据具体需求设计电子监测系统将有助于实现渔业管理的目标（见表1）。

表1

表2

电子监测技术在不同类型渔具上的具体应用

电子监测系统可用于多种捕捞渔具的监测，可以根据所采用的渔具类型和监测目标进行监测系统的设计，给出一些案例（见表2）。

必要的服务和成本

电子监测主要涉及4方面的成本：项目管理；船载设备购买、安装和维护；数据传输和存储；数据审查和处理。

1.项目管理。包括数据质量控制和审计标准的开发、电子监测系统组件的选择和管理、管理者和渔民间的高效沟通，并确保电子监测的产出可以应用到渔业管理上。项目管理的成本包括很多方面，其中最重要的是人力成本。为了保证电子监测项目的顺利实施，需要成立由所有的渔业利益相关方代表构成的电子监测工作组，包括政府官员、管理机构、渔民和科学家。

除负责上述工作的管理者和电子监测工作组外，还需要技术经理确保电子监测设备和数据传输过程顺利进行。技术经理通常是电子监测供应商公司的员工，其管理成本通常包括在每艘船只的服务费中。

2.船载电子监测设备的购买、安装和维护。占项目成本的比重很大，尤其是前期成本。然而，这些成本可以被分摊到预期的设备有效期内，通常设备的有效期大于5年。

摄像机可以采用具有宽阔视野和良好低光性能、且清晰度越来越高的数码摄像机。内置移动部件的摄像机通常不是很准确，因此大多数电子监测服务商使用固定镜头，闭合电路，防水摄像机，防水摄像机已在海洋环境中试验过，成本为80-400美元。为了减少所需摄像机的总数，一些供应商开始使用具有180度或360度镜头的摄像机，但所需摄像机数量取决于具体监控目标。通常情况下，1台摄像机就能够实现保证符合渔具管理规定的基本监测，但为了符合丢弃渔获的限制或者计算和识别渔获量，则需要4-5个摄像机。

渔具传感器通常是测量流体压力的液压传感器或者滚筒旋转感应传感器。这些传感器用于提供独立的捕捞活动记录，并发射信号通知电子监测摄像机开始记录。目前已经有很多关于使用人工智能(AI)进行活动识别的研究，这不仅会消除对渔具传感器的需求，而且还提供视频注释，以便在需要分析视频片段时提醒人类检查员。

控制单元是电子监测系统的大脑，通常是桌面计算单元，而且现在较常用的是定制设计，例如在运输行业或者电子监测服务商专门开发的定制设计。控制单元将来自摄像机、传感器和GPS单元的数据进行合成并将数据存储到可移动的方便交换和邮寄给管理者的固态硬盘上（容量1-4TB）。

用户界面主要保证渔民能够查看他们的电子监测系统是否正常工作。用户界面通常是一个安装在驾驶舱的视频屏幕，在大多数情况下，渔民能够看到数据被记录但不能进行修改。

3.数据传输和存储，也是很重要的考虑因素。通常情况下数据被写入移动固态硬盘上，当渔船回到港口后，硬盘会被拆下邮寄给管理者。管理机构通常拥有大型的、具有很多硬盘驱动器插槽的存储服务器。这些服务器需要在其他服务器备份。最近正在尝试通过蜂窝网络等无线网络进行电子监测视频和传感器数据的传输。卫星传输虽然可行但成本太高。随着机器深度学习技术和数据解析技术的发展，仅传输必要的相关子集则可以大幅减少无线传输成本（减少50%-90%）。无线传输数据的云存储可能比私人服务器存储更划算，但有时也可能不经济。

4. 数据审查和处理。当审查员对电子监测数据进行审查和处理仍需要训练有素的视频分析员时，数据审查和处理的成本会很高。数据分析员经常采用审查软件将视频和传感器数据与拖拽、陷阱或延绳钓检索等捕捞航次的第一特征相结合， 分析员根据审查目标快速地浏览视频，并使用软件生成管理数据。如果目标是监测丢弃渔获活动，以3倍或者4倍的速度进行视频浏览。如果目标是计数和识别物种则需要以实时的速度浏览视频。最后，数据被生成一个渔业管理者可用的表单，例如电子表单或者关系数据库表单。

随着科技的发展，渔业监测方法日趋多样化，根据生成的数据流类型、所需的专业知识、利益相关者的必要参与水平、基础设施投入的要求和成本等各不相同，如何确保监测计划的收益大于成本至关重要。通常情况下，采用多摄像头的综合监测系统可以获得高度翔实的数据，但相对成本较高， 一些传统的小型渔业无法负担，不过现在已有很多低成本的替代产品同样可以实现所需的监测目标，并已经应用到南美和东南亚等地区的小型渔业上。