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香港海洋公園保育基金開展首個無人機系統研究以協助馬蹄蟹種群普查跨學科應用創新科技 更高效準確進行馬蹄蟹保育工作


(左起)香港海洋公園保育基金保育及社區合作經理溫翰芝博士、香港中文大學機械及自動化工程學系研究助理教授陳曦博士、香港海洋公園保育基金總監祝效忠、香港城市大學化學系副教授張肇堅教授及世界自然保護聯盟鱟專家組項目幹事兼指導委員會成員Kevin Laurie在下白泥首次以無人機系統進行野外數據收集。


6月20日是國際馬蹄蟹日。香港海洋公園保育基金(保育基金)多年來與不同科研團隊合作,持續應用科研技術於本地馬蹄蟹保育工作。為更有效進行馬蹄蟹種群普查工作,保育基金與香港中文大學(中大)機械及自動化工程學系及香港城市大學(城大)化學系攜手合作,成功獲得環境及自然保育基金的資助,用於進行跨學科研究。該研究將運用全自動無人機系統和人工智能技術識別馬蹄蟹,提高馬蹄蟹種群普查的成效。研究團隊最近首次使用無人機系統在本地馬蹄蟹其中一個重要繁育地點──下白泥泥灘收集野外數據,長遠希望建立及訓練人工智能演算法偵測及識別馬蹄蟹,以便評估瀕危馬蹄蟹數量的變化趨勢,及時制定相應的保育措施。


馬蹄蟹種群普查每季至少進行一次,研究人員主要記錄在泥灘上可見的馬蹄蟹數量作統計之用。然而,這種普查方式往往受制於潮汐漲退時間、地理環境等自然因素,加上馬蹄蟹個體的保護色令物種與泥灘環境難以區分,導致馬蹄蟹真實數量可能被低估。應用無人機系統及人工智能技術進行相關普查,不只有助更準確統計馬蹄蟹數量,還能減低調查人員在泥灘上行走進行普查時對棲息地造成的干擾。調查人員亦可預設無人機系統的調查範圍及路徑,以及同步操作多部無人機,擴大調查點數目。無人機更可覆蓋沿海岸的紅樹林等較難抵達的位置,為本地馬蹄蟹種群的分布提供更多研究數據。


香港海洋公園保育基金總監祝效忠表示:「是次保育基金與本港兩所大學合作進行跨學科研究,以無人機系統及人工智能技術協助進行馬蹄蟹種群普查,將為本地馬蹄蟹保育工作開啟重大新里程。本地馬蹄蟹種群的品種、數量、年齡、生境地使用及分布等數據,皆為制定物種保育工作的重要參考依據,因此收集越多有關馬蹄蟹數量的數據,越能深入分析馬蹄蟹在本地棲息地的狀況。保育基金與中大及城大團隊早前進行首次無人機系統野外數據收集,期盼持續增進系統識別馬蹄蟹的效能,最終以更全面準確的棲息地數據,協助建議及制定本地馬蹄蟹種群的保育策略及行動計劃。」


保育基金及研究團隊在下白泥泥灘首次以無人機系統收集野外數據,先以目測普查方法為泥灘上的馬蹄蟹放置標記,讓無人機在空中以不同高度拍攝被標註的馬蹄蟹,再將當中含有馬蹄蟹的圖像或錄像轉化予人工智能系統,辨識物種在自然環境中的不同型態。保育基金及研究團隊計劃每月進行最少兩次野外數據收集,收集更多馬蹄蟹在棲息地的圖片及錄像,亦計劃擴展數據搜集範圍至其他本地馬蹄蟹棲息地,進一步建立馬蹄蟹數據庫以支援人工智能演算法學習,讓機器學習最理想的物種調查及識別方法。


香港中文大學機械及自動化工程學系無人系統研究團隊於2022年成功研發在建築物使用的無人機系統及人工智能技術,是次將技術結合瀕危物種保育工作,研究助理教授陳曦博士表示:「我們樂見將此技術拓展至馬蹄蟹保育工作,為生態保育帶來嶄新發展。建立一個龐大且精準的數據庫的過程中需進行人工標識,團隊將持續到野外收集數據,讓人工智能系統學習排除環境中的干擾因素,如水位深度、自然光照等,準確識別馬蹄蟹。我們預計需時至少1至2年提升人工智能模型的準確度,屆時配合穩定、高度自動化、可自主充電的無人機系統,便能將智能化管理系統用於馬蹄蟹普查工作。」


香港城市大學化學系副教授兼是次研究之合作研究者張肇堅教授作為本地海洋生態及保育、以及海洋環境研究專家,除提供部分用作訓練人工智能技術的馬蹄蟹數據,亦作為專家顧問提供棲息地建模知識、以及馬蹄蟹種群分布與環境因素關係的意見。他表示:「團隊的馬蹄蟹影像數據庫正持續擴大,透過更多野外實境學習,我們盼望系統日後能辨識藏於泥中的馬蹄蟹特徵及獨特『三軌』鱟蹤,更快速準確地搜尋馬蹄蟹;若數據夠多,還能識別馬蹄蟹的年齡、品種和行為等,進一步分析現存本地馬蹄蟹種群的生存狀況。利用無人機航拍考察搜集的環境影像數據也可用於馬蹄蟹棲息地、甚至泥灘生態及環境監測,配以相關數據處理的機器學習過程,相信可支援馬蹄蟹棲息地相關研究及制訂保育工作。」


馬蹄蟹對濕地生物多樣性及生物進化史皆有重大生態及研究價值,然而牠們因人類活動面對生存威脅。為保育這種早在4.75億年前已存在的「活化石」,保育基金自2014年已進行幼年馬蹄蟹種群普查計劃,亦是世界自然保護聯盟(IUCN)鱟專家組於2021年成立「亞太區鱟觀測站網絡」的成員之一,每季至少於下白泥等泥灘進行一次定點數量調查,了解馬蹄蟹在產卵和育幼地點的分佈及數量。除了進行科研工作保育馬蹄蟹,保育基金積極推廣教育及社區參與項目,包括「馬蹄蟹校園保母計劃」讓中學生及企業參與照顧人工繁殖的年幼馬蹄蟹,待牠們成長後放歸野外;亦舉辦泥灘清潔活動,清除可纏繞馬蹄蟹的海洋垃圾,並減低棲息地污染,凝聚公眾力量為保育工作出一分力。 


為支持本地馬蹄蟹種群的存續,保育基金呼籲市民在日常生活中身體力行參與保育,包括清除泥灘垃圾,減少環境污染以保護馬蹄蟹棲息地,同時避免捕捉、騷擾、或購買野生馬蹄蟹,減少人類活動對野外生態的影響,盡一份力量保護生態,並展現對環境的關懷。


研究項目以《環境及自然保育基金資助 開發一種數字孿生驅動下基於無人機和人工智能的馬蹄蟹普查及保育方法》的名稱進行,並獲得環境及自然保育基金資助。


關於香港海洋公園保育基金


香港海洋公園保育基金(保育基金)承諾透過協作籌款、科研與教育,致力提倡、促進及參與亞洲區內務實有效的野生生態保育工作,並重點保育中華白海豚與大熊貓以及其棲息地。保育基金展望各界無私合作,攜手保護亞洲野生生態長久繁盛豐饒。


保育基金自 2005 年擴展以來,已撥款資助 560 項研究,研究物種包括鯨豚、大熊貓以及其他物種,資助總額逾港幣 1.03 億元。 2022/23 年度的資助項目主題包括海洋保育及打擊瀕危物種的非法貿易。保育基金自 2006 年成立「鯨豚擱淺行動組」,並於 2016 年將工作範疇延伸至其他瀕危的鯊魚和鯆魚物種。對大熊貓的保育工作則由地震後的基礎設施重建延伸到為期三年的捐贈承諾,主要支持在四川臥龍國家級自然保護區轄下的三江保護站的科學研究、能力建設和教育工作。保育基金亦致力參與本地淡水龜的保育及研究工作。


保育基金亦繼續透過「野外生態保育大學生贊助計劃」,啟迪大學生參與野外研究工作,而「馬蹄蟹保母計劃」則為中學生及企業員工提供參與本地馬蹄蟹保育工作的機會。


為承傳  2017 年首次推行的「無飲筒日」,保育基金於 2018 年 6 月進一步推展「無飲管運動」,更增設了三個不同的參與方法:無飲管伙伴(每日不主動提供飲管)、無飲管星期五(每週五不主動提供飲管)、無飲管8號(每月8號不主動提供飲管),以更廣泛及持續的方式鼓勵全港市民減用即棄塑膠飲管,以至其他一次性塑膠製品,為保育海洋生態踏出重要一步。截至 2022 年 12 月,共有超過 1,800 家食肆、學校、企業及政府部門等參與,成為此運動的「伙伴」。


保育基金作為支援亞洲區保育工作的慈善信託基金,極需要社會各界的支持。請以捐款支持,加入「基金之友」成為會員,與保育基金攜手為亞洲生態出一分力!


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