向地球环境问题发起挑战
利用3D传感技术与水下无人机揭秘北海道厚岸湾的海藻床

“蓝碳”掀起全球热潮

载有7人的调查船飞速穿过北海道东部的厚岸湾，在到达海上后船停了下来。几名人员抬起一个装置，将其沉入海中。过了不久，另一名在船上监视电脑画面的男性喊道：“看到海藻了”。接下来，成员们将船开到海湾内的不同位置，重复进行了相同操作。

SSS与北海道大学以及水下无人机（ROV：Remotely Operated Vehicle）制造商FullDepth从2022年春季开始，一直在定期开展此类海藻床调查。

―― 请问投入海中的是什么器材？

（SSS松井）
“那是我们在FullDepth市售的ROV上搭载SSS的传感相机后自制而成的装置。这款相机搭载了‘三维环境传感技术’，可以分析拍摄的图像，再重建周边环境的真实三维模型。我们每次开展实证实验都会对装置进行升级，今天（2023年4月末）我们给设备上新增了利用声学传感技术测量海底深度的声纳”

之所以对海藻床进行调查，是为了加速推进北海道大学北方生物圈野外科学中心一直以来开展的蓝碳研究。蓝碳是指被海藻床、浅滩等海洋生态系统吸收的碳，由联合国环境规划署（UNEP）在2009年命名。在应对全球变暖时，蓝碳作为二氧化碳（CO2）的一种新吸收源而受到了全世界的关注。现在，一些国家已经开始推行买卖CO2吸收量的“蓝碳信用”机制。

由于这类需求日益增强，准确掌握蓝碳数量就成了当务之急。而北海道北方生物圈野外科学中心厚岸临海实验所所长仲冈雅裕教授（以下称仲冈教授）正是这一领域的专家，他从事海洋生态系统的研究已长达30多年。虽然蓝碳在全世界掀起了热潮，但是如果只靠自己调查研究，能力还是有限。

（北海道大学仲冈教授）
“过去，我一直开展的是关于海藻床分布变化等的研究，但是如果要在气候变动对策中利用蓝碳，就必须在整个国家开展大范围、细致的调查。通常，大学单独进行的调查研究，要么范围大但内容粗略，要么范围小但内容细致。而又要范围大又要内容细致，就必须引入先进的观测技术，让研究实现创新性的飞跃”
仲冈教授强调，北海道大学能有机会与SSS共同研究，在这点上意义重大。

只有卫星摄影和空中无人机是不够的

── 过去，北海道大学是如何进行海藻床调查的？

（北海道大学仲冈教授）
“以前，我们主要是采用通过卫星摄影、无人机或者派潜水员潜入水下调查的方法。但是，从空中无法拍摄到水下深处的情况，而且调查范围也有局限。比如，经常会是看上去像海藻床，但实际上却是棕色的岩石区。另外，对于关注的区域，我们会潜入海里进行调查，但水下作业需要技术和体力，而且我们也没有足够的时间和人力去调查更多区域”

当然，仲冈教授也明白使用水下无人机可以改善现状，但是，对大学而言，要购买昂贵器材门槛很高，因此，他不得不放弃了这个想法。在这种情况下，能与SSS和FullDepth合作，让仲冈教授内心充满了期待。

── FullDepth是如何参与到这个项目中来的？

（FullDepth大桥部长）
“原本，我们就希望为我们的无人机搭载水下相机功能，以便检测水下的基础设施等。当听说SSS正好在开发这种相机，于是，我们便将他们的相机与本公司的水下无人机相结合，用于进行水下监测。‘水下世界信息化’是FullDepth提出的理念，作为其中的一环，现在，我们也在为海藻床的调查提供协助”

而索尼集团自己也启动了一个名为“地球守护平台”的内部项目，旨在实现对地球上各个角落的感知，松井就是这个团队的一名成员。

（SSS松井）
“过去，索尼的技术开发主要是用于娱乐大众。但是，我们也有一种危机感，那就是未来要让人们幸福地生活下去，就必须得有可持续发展的社会环境。于是，我们对地球进行感知，开始了预测、预防风险的研究开发”

── SSS为什么决定与北海道大学合作？

（SSS松井）
“虽然我们希望实现对地球的感知，但是只靠自己的力量是远远不够的。于是，我们想到应该寻找合适的合作伙伴。而且，就算我们把传感器投入海底，也没有进行实证实验的场所。环顾日本，坐落在美丽自然环境中且拥有海洋生态学专家的北海道大学，可以说是最佳的合作伙伴”

发挥三方各自的优势，或许就能实现过去难以实现的“海洋可视化”。就这样，2022年4月，他们在厚岸湾开始着手实施实证实验。

在海藻床丰富的厚岸湾，遭遇了实证实验的重重难题……

现在，日本四分之一的蓝碳生态系统都位于北海道。其中，厚岸湾分布着屈指可数的大片海藻床。构成海藻床的鳗草的生长速度远超世界上的其他植物，其叶子有时一天能生长几厘米至十几厘米。仲冈教授将其描述为“如雨后春笋一样”。

但另一方面，在调查海藻床时，这些茂密成长的鳗草和海藻却经常会成为调查研究的瓶颈。

（北海道大学仲冈教授）
“最大的问题是水下无人机会被鳗草和海藻缠住。渔船的螺旋桨也会被鳗草缠住，渔民们为此十分头疼。这是一个很简单的问题，但却没有人能解决。而且，海藻摇曳不定也是我们苦恼的问题。比如，虽然珊瑚礁固定不动，但海藻床却总是在摇曳。使用普通相机时，根据拍摄的不同瞬间，我们看到的情景也不一样”

另外，严冬季节的北海道无法出海，所以水下调查只能限于4月～10月期间。这些苛刻的条件说明了此次实证实验的困难。

当实证实验开始后，第一个绊脚石就是海藻床的密度。研究人员们立即遭遇了水下无人机无法深入水中以及距离相机太近而无法感知等课题。但另一方面，如果水下无人机位置太浅，相机就无法捕捉黑暗水域中的物体。于是，研究人员反复摸索，例如为装置安装照明等，最终，他们发现在距离海平面5米的深度操控水下无人机运行是最合适的方案。

此外，他们还遇到了水下无人机特有的课题。

（FullDepth大桥部长）
“空中无人机带有GPS，因此可以把握飞行位置，但是GPS在水下是无效的，因此，就很难把握水下无人机的位置。于是，我们在船和浮标上安装GPS，在其下方安装音响装置，通过与水下无人机交换信号来把握位置信息。不过，这个方案的精度依然很低，相对于陆地上厘米单位的偏差，在水下偏差则达到了1位数甚至2位数”

以毫米为单位测量海藻床的三维形状

虽然调查研究还在摸索中，但是在这一年零几个月的时间里，研究人员还是取得了一些成果。其中之一，就是可以在船上观察海藻床的细致形状。

（北海道大学仲冈教授）
“分布在深海的海藻，很难从空中和海面上看到，因此，必须实际潜入水中才能了解其状况。而且，具体是什么海藻、生长程度如何，这些信息只靠把市售的水下相机沉入水中是无法追踪到的。但是依靠水下无人机，我们取得了一些进展。虽然多年来我一直研究这片大海，但还是会因为发现某个地方有海藻床而感到吃惊”

另一项成果就是凭借三维环境传感技术，可以在1毫米以下的误差范围内，测量海藻床的三维形状。

（SSS松井）
“海藻床的宽度、海藻叶子的厚度和高度，这些信息都能通过水下无人机测量。过去，是由潜水员潜入海底，用尺子测量海藻，或者剪下海藻到地面上来测量的。而现在，我们则可以在水下实时测量，并且在不影响自然环境的情况下获取数据，非常具有突破性”

── 这项创新的背后，是索尼集团的哪些技术力发挥了作用？

（SSS松井）
“水下无人机搭载了最新款的第4代全局快门方式图像传感器，其具有高感光度，可以拍摄清晰不失真的图像。而且，高速移动的无人机，也能实时进行毫米单位的3D感知，这依靠的就是我们的自研技术”

── 这项成果给北海道大学带来了哪些好处？

（北海道大学仲冈教授）
“过去，我们为了观测只能购买已开发出来的产品。但通过与SSS的共同研究，让我们亲眼见证了技术开发的现场是如何不断地将实证实验的反馈结果反映到下一次的研究开发中的，这让我们大学方面也获益匪浅。当然，原本无法观测到的海藻床现在也能观测到了，蓝碳的研究也在不断发展。这些成果让我切实感受到了合作的协同效应”

此次的共同研究也给学生带来了很大的激励。

（北海道大学仲冈教授）
“生命的起源与机制、海洋生物等，基础科学的学习固然重要，但是学生们对于如何应用这些知识更有兴趣。有了此次这样的技术进步，我们就能了解很多过去不为人知的知识。这也让我再次感受到，产学协同对下一代年轻人的教育有重要作用”

无论是保护地球环境还是业务发展，都希望能贡献自己的一份力量

这个项目的目标是实现海底世界的信息化，创建海藻床地图。蓝碳信用的机制正逐步建立，在此背景下，关于什么地方、存在多大的海藻床的报告无疑是不可或缺的。

但是，要创建地图，还有许多必须解决的课题。最关键的就是减少人力的投入。为此，利用水下无人机实现调查“自动化”的需求就越来越迫切。这种调查方式通用性高，在日本及海外的很多地区都能得到应用。

而作为企业活动，还有一个必须坚持的立场，那就是“在以社会贡献活动为前提的同时，让事业也得到发展”。

（SSS松井）
“我希望能将蓝碳信用和利用水下无人机的基础设施检测服务用于帮助公司发展业务。另一方面，为了尽可能缓解海洋危机，作为企业，我们也要继续致力于解决地球环境问题”

虽然企业、大学立场不同，但都是有为守护海洋而志同道合的成员。我们将怀着强烈的使命感，继续推进厚岸湾的海藻床调查。