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Take Home Message
• 歐洲太空鯨計畫使用高解析度的衛星影像尋找鯨魚的蹤跡，並透過飛機拍攝的鯨豚影像訓練AI，辨識衛星影像中的鯨豚。
• 鯨豚的生態研究相當困難，利用衛星影像將能探索更多偏遠海域，有助於建立鯨豚的物種分布、族群數量等基礎資料，進行後續的保育研究。
• 目前從商用衛星取得高品質衛星影像的成本仍高昂，且AI 辨識衛星影像的能力也有待提升，期待未來能更廣泛使用在鯨豚的研究和保護。

相信讀者們都曾有過使用Google 地圖的經驗，當我們將畫面切換至衛星影像，就能透過上帝視角看見陸地上綠油油的樹林、五彩繽紛的屋頂和湛藍的汪洋，再放大一些甚至可以數數街道上有幾臺車子經過。近年來，愈來愈多的光學衛星被送上太空。回顧1972 年美國太空總署發射的陸地衛星1 號（Landsat 1）影像衛星，拍攝到的影像解析度僅約80 公尺。然而，隨著科技的飛速發展，商用衛星的解析度已經提升至30 公分，這使我們有機會以更清晰的衛星影像觀察地表上發生的大小事。近期美國太空影像公司Albedo，甚至發展出了解析度高達10 公分的影像衛星，預計明（2025）年開始陸續發射至太空，未來將有助於協助監測森林火災、野生動物、碳和甲烷測繪等工作。

衛星影像的進步也引起生態學家的好奇心――能否透過商用衛星影像尋找大型鯨〔註〕？而目前世界上約有八成的海域尚未被人類深入探索，有些位在極度寒冷的極區，有些則位在距離各國都很偏遠的角落。自由穿梭於各大洋的鯨豚，有許多種類長期缺乏基礎資料，如果大型鯨能透過衛星影像被觀測，是否就有解呢？

〔註〕此處的大型鯨在本文中是指個體長度超過12公尺的鯨豚。

▲ Landsat 1拍攝到的第一張影像。（NASA）

太空鯨計畫

在2018 年，歐洲一群學者啟動了「太空鯨計畫」（Spacewhale），開始嘗試從近代的商用衛星影像找尋大型鯨。由於鯨豚是用肺呼吸的哺乳類動物，需要每隔一段時間到水面上換氣。因此理論上，只要找的對象「夠大隻」且出沒在靠近水面的地方，就有機會從衛星影像中看見牠們。

從衛星上觀察鯨豚

太空鯨計畫使用馬薩爾科技（Maxar Technologies Inc.）和空中巴士（Airbus SE）兩家有經營商用光學衛星公司的影像，解析度為31 公分，清晰程度足以用來辨識大型鯨魚，甚至可以量測鯨魚的身長。至於到底可以多清楚的看見大型鯨呢？以團隊展示的影像來看，除了可以看到整隻鯨魚外，牠們高舉水面的尾鰭、雌鯨身邊的幼鯨都有機會看見，也可以觀察到鯨魚較大動作的行為。但因為解析度仍有限，實際上無法每一次都準確的辨識物種，例如動物的特徵不夠鮮明，或是當日的衛星影像品質不夠好等，就可能會有部分影像中的物種無法被確定。目前太空鯨計畫能夠辨識的鯨豚種類包含長須鯨（Balaenoptera physalus）、大翅鯨（Megaptera novaeangliae），以及世界上最大的生物―― 藍鯨（Balaenoptera musculus）等。若未來累積更多的資料能用來訓練人工智慧（artificial intelligence, AI），也將有機會能準確辨識更多的種類。

加入AI 幫忙找鯨

隨著衛星影像的畫質愈來愈高，進一步使「從外太空數鯨魚」的構想化為可能。然而海洋太大、人力也有限，在茫茫大海中要找到大型鯨魚實屬一件非常耗時的事。太空鯨計畫的成員也曾分享，在一片100 平方公里的海面要以人工數完所有鯨魚，大約需要花三小時以上。於是，他們採用AI 來自動辨識海面上的大型鯨魚，希望可以大幅度降低人工辨識耗費的時間成本。

團隊從北歐跟英國海域的過往飛機調查影片中，擷取了許多不同種類大型鯨魚的影像，包含在不同的浪況、鯨魚行為和狀態下，以及可能會被誤判的影像均被納入訓練。因為飛機拍攝的高度僅距離海面500 多公尺，解析度相較於衛星影像反而太高，為確保訓練能對AI 帶來正向的幫助，影像在訓練前也經過降級的處理，盡可能與衛星影像畫素同等級再放進AI訓練。同時，AI的訓練也需要搭配人工校對，透過人工的確認來提高系統辨識的精準度。

在太空鯨計畫目前的辨識模型中，效能最好的模型只要有大型鯨出現在海面上，加上夠好的影像品質，都可以順利的辨識。為了驗證模型的準確程度，太空鯨計畫團隊也把同一片海域經由傳統調查，與透2022 年，聯合國召開了第15 屆聯合國生物多樣性大會（COP15）， 並在會議中達成了「30 ×30」的共識，目標是在2030 年前保護全球30％的自然資源。鯨豚生活在許多極度偏遠、難以到達的海域長期缺乏基礎資料，若能透過衛星影像辨識出這些海域有多少鯨豚、活動範圍有多大，對於後續規劃海洋保護區，以及達成30％的目標都能提供非常珍貴的資訊。……【更多內容請閱讀科學月刊第660期】