用人工智能追蹤東北虎

鄧舒夏

在中國黑龍江省和吉林省內(nèi)的一處林區(qū)內(nèi)，每隔十平方公里就可以看到一組“對角懸掛”的紅外相機(jī)，有東北虎經(jīng)過時，相機(jī)會拍攝到它們的體態(tài)，以及身體兩側(cè)的花紋，這些花紋將被用于識別東北虎的身份。

在中國東北境內(nèi)的27個林區(qū)中，這樣的相機(jī)有1200多臺，覆蓋了東北虎一萬多平方公里的活動區(qū)域。每隔三到四個月的時間，各保護(hù)區(qū)的巡護(hù)員會深入森林，為相機(jī)更換電池，并替換儲存卡，卡里的照片將被帶回辦公室，由專業(yè)技術(shù)人員做分析和個體判別。

東北虎的另一個名字是西伯利亞虎，是全球現(xiàn)存最大的肉食貓科動物，它們常年生活在森林、灌木等地帶，活動范圍可達(dá)100平方公里以上。而長期以來，東北虎監(jiān)測的方式一直是比較傳統(tǒng)的。

“目前的野外監(jiān)測主要依靠紅外相機(jī)，然后工作人員再去相機(jī)所在地手動收集影像數(shù)據(jù)?！笔澜缱匀换饡╓WF）黑龍江流域生態(tài)區(qū)項(xiàng)目總監(jiān)劉培琦對《第一財經(jīng)周刊》說。

今年是WWF設(shè)立東北虎保護(hù)項(xiàng)目的第13年。從東北林業(yè)大學(xué)野生動物系畢業(yè)后，劉培琦曾在吉林省林業(yè)科學(xué)研究院做過十年的野生動物專職研究工作，如今他是WWF東北項(xiàng)目辦公室主任。據(jù)他介紹，從相機(jī)記錄拍攝，到工作人員取回影像資料，中間通常需要兩到三個月的時間，這期間就有可能會發(fā)生盜獵東北虎的行為，工作人員對此卻沒有辦法實(shí)時監(jiān)控。

好消息是，這種留有不少漏洞的傳統(tǒng)方式很快就要被替代了。7月底，WWF與英特爾公司共同宣布了一項(xiàng)合作計劃：英特爾的人工智能技術(shù)將被應(yīng)用在東北虎的保護(hù)項(xiàng)目中。

傳統(tǒng)的東北虎監(jiān)測方式十分耗費(fèi)人力物力，且數(shù)據(jù)回收的間隔時間長，導(dǎo)致很多圖片的動態(tài)模糊，英特爾則試圖用技術(shù)手段改善這個問題?！拔覀儗⑦\(yùn)用英特爾的人工智能技術(shù)，從前端到后端為監(jiān)測和保護(hù)東北虎提供解決方案?！庇⑻貭柟救蚱放茽I銷副總裁Alyson Griffin對《第一財經(jīng)周刊》說。

在前端，首先將被替代的就是紅外相機(jī)，取而代之的會是基于英特爾Movidius神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計算加速引擎的視覺處理設(shè)備，它可以拍攝到更多的有效數(shù)據(jù)，然后通過人工智能等技術(shù)，識別、歸類和追蹤東北虎個體及生態(tài)鏈等相關(guān)物種信息，同時還能分析其棲息地的數(shù)據(jù)，從而制定出更科學(xué)的東北虎保護(hù)方案。

隨著城市化進(jìn)程的推進(jìn)，人類活動的面積正在不斷增加，加上森林砍伐和棲息地退化等問題，野生東北虎的種群數(shù)量及其棲息地面積不斷萎縮。2013年到2017年間，紅外相機(jī)在黑龍江和吉林兩省監(jiān)測到的東北虎個體數(shù)量只有47只左右，其中包括9個繁殖家族和16個幼崽。“從生物學(xué)角度來看，要維持一個動物種群的自我延續(xù)，其種群個體數(shù)量至少需要50只，否則它的基因會過于單一，缺乏穩(wěn)定性。”劉培琦說。

其實(shí)，對于東北虎的監(jiān)測已經(jīng)過了一個漫長的發(fā)展進(jìn)化過程。起初，保護(hù)區(qū)的巡護(hù)員僅僅通過肉眼尋找東北虎的足跡，識別不同個體，進(jìn)而統(tǒng)計東北虎的數(shù)量，這種判別方式的誤差很大。

最近幾年，紅外相機(jī)才被廣泛采用，這些自動感應(yīng)相機(jī)可以通過感應(yīng)裝置，在東北虎經(jīng)過時捕捉拍攝，然后巡護(hù)員通過照片中東北虎的花紋來來識別不同的個體。“虎豹的花紋就像人的指紋一樣，每只老虎都有自己的特點(diǎn)。”劉培琦說。

紅外相機(jī)大大提高了東北虎的監(jiān)測效率，但這種方式仍存在一些不足。首先，維護(hù)和調(diào)試相機(jī)需要投入大量的人力物力，如果遇到天氣惡劣的情況，工作人員無法上山，相機(jī)有可能持續(xù)3個月以上無法更換，但在惡劣氣候頻發(fā)的冬季，電池的耗電速度更快，通常需要一兩個月就換一次電池。此外，傳統(tǒng)紅外相機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸需要依賴手機(jī)信號，而保護(hù)區(qū)的很多地方是沒有信號的，因此只能靠人攜帶儲存卡回研究所，數(shù)據(jù)的收集因此會有延遲。

對收集來的數(shù)據(jù)做分析，目前效率也不高。每拿到新一批圖片數(shù)據(jù)后，工作人員需要將其與計算機(jī)中的數(shù)據(jù)庫比對，以判斷哪些老虎的花紋相同，這個過程也需要人一張一張地去操作，工程量很大。而且，由于紅外相機(jī)的感光度不夠高，拍攝處于移動狀態(tài)的東北虎時，照片中的花紋還很容易變得模糊?！坝幸恍┠：幕y無法用肉眼區(qū)分，因此最終照片的匹配率很低，只有60%左右?！眲⑴噻f。

對東北虎花紋的識別一直是一個難點(diǎn)，而在這方面，已在人臉識別上有廣泛應(yīng)用的人工智能技術(shù)就能發(fā)揮作用?！暗R別人臉與識別動物還是有些不同的?！盙riffin說，“這需要開發(fā)新的算法?！?/p>

這些算法會用在基于Movidius的前端攝像頭上，提高東北虎的識別率。“Movidius可以讓攝像頭通過人工智能技術(shù)快速發(fā)現(xiàn)哪些是東北虎的蹤跡，迅速判斷是哪一只個體，同時實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時傳輸?！盙riffin說。

更重要的是，在傳統(tǒng)紅外相機(jī)的使用過程中，很大一部分資源是被浪費(fèi)掉的。

通常來說，放置相機(jī)的地方，其觀測范圍要保持開闊。如此，當(dāng)老虎靠近時，拍攝過程中才能沒有雜物干擾。但實(shí)際上，相機(jī)周圍很快就會有草長出來，還有的紅外相機(jī)是光線傳感器，因此鏡頭前的草被風(fēng)吹動的時候，也有可能觸發(fā)拍攝，甚至如果光照時間比較長，熱量也會造成很多誤拍，對相機(jī)電量和儲存卡容量都會形成浪費(fèi)。

而未來，通過無人機(jī)、相機(jī)等硬件和人工智能等軟件形成的一整套技術(shù)方案，則可以提高整個東北虎種群的監(jiān)測效率。

這并不是英特爾第一次將新技術(shù)用于野生動物保護(hù)。2016年，英特爾曾與一位野生動物攝影師合作，利用其當(dāng)年發(fā)布的Falcon 8+無人機(jī)追蹤北極熊。此前，完成這項(xiàng)任務(wù)需要依靠直升機(jī)，但低溫和大風(fēng)環(huán)境會讓直升機(jī)難以作業(yè)，這款無人機(jī)能夠捕捉熱力的變化，進(jìn)而在冰川中收集北極熊的繁殖和遷徙情況。

2017年，英特爾又與海洋公益機(jī)構(gòu)Parley for the Oceans開展了名為“SnotBot”的項(xiàng)目，同樣利用無人機(jī)作業(yè)，收集鯨魚的噴水、鼻涕以及浮上水面時呼氣的聲音，科學(xué)家們可以通過這些生物數(shù)據(jù)分析出鯨魚是否懷孕或者感染病毒等。

“我們會針對不同的動物保護(hù)項(xiàng)目來制定不同的算法，為特定的問題提供專門而有特色的解決方案。”Griffin說。

雖然這些合作都不以盈利為目的，但是英特爾試圖以此告訴各行業(yè)的商業(yè)公司，技術(shù)可以幫助公司和整個行業(yè)實(shí)現(xiàn)變革—就像幫助這些公益組織一樣。

當(dāng)然，除了技術(shù)層面，保護(hù)野生動物這件事本身也能“反哺”人類。正如WWF公益合作部經(jīng)理侯嫣琳所說：“保護(hù)這些物種的成果，最終也會作用于人類的生產(chǎn)生活，它會保護(hù)我們的食物鏈?！?/p>