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Coral

珊瑚103: 人工智能保育工作

May 05, 2021
| 珊瑚103: 人工智能保育工作

上期回顧

人工智能與生活應用
人工智能的發展日趨成熟,很多科技在不知不覺間已經融入到我們的活當中,例如人面識別系統和GPS全球定位等等。按照目前的發展,相信人工智能在未來有望極大幅度提升人類的生活質素。

AI如何協助珊瑚保護工作
運用人工智能協助保護珊瑚比起傳統方法更為有效。潛水員潛水時間有限,只能進行約30分鐘的拍攝和錄像。但以人工智能協助的話,科學家不但可以長時間監察珊瑚,更可以節省時間以更精準分析珊瑚礁的情況,提高研究的效率。

現今研究珊瑚的方法
目前研究珊瑚的方法包括水底拍攝、肉眼觀察、利用人造衛星和無人潛水艇等,但是這些方法不太符合成本效益且有很多限制,例如使用人造衛星費用昂貴、單靠潛水員下水觀察的研究速度緩慢。

人工智能的限制
雖然以人工智能作輔助能產生很多的好處,但是人工智能都有其限制。例如人類要學習物種辨認十分容易,只需要看過幾張照片就可以,但是對人工智能來說,單是學習辨認一種物種便可能需要上萬張照片。
 

A.I.與你:公民科學家?

只要有可供上網的電腦或智能手機,我們所有人都能用iNaturalist,成為公民科學家!
 
iNaturalist是一個網上平台,讓人們分享有關生物多樣性的資訊,從而對大自然有更深的了解。除了能夠認識不同物種外,我們還能把自己所觀察到的物種上載於平台上。我們亦可以於平台上和其他觀察者交流,互相分享資訊。更重要的是,這些寶貴的資訊也有助於科學家了解不同生物的時空分佈,為科學研究作出貢獻。

iNaturalist能讓我們更輕易地接觸大自然!然而,在觀察生物的途中,難免會遇到不認識的物種。此時,iNaturalist內的人工智能便派上用場。當中,圖像分類訓練模型會為人工智能提供大量來自iNaturalist的觀察照片,以及相對應的物種識別標籤。經過訓練後,人工智能便能協助識別及標籤未經標記的圖像。如此,配合人工智能科技,iNaturalist識別物種的時間能由平台群眾平均花費18天之久,大大縮減是幾毫秒便完成,並同時維持很高的識別準確度。

A.I. 保育實況——解決人類與野生動物衝突

石虎(香港又名豹貓)保育
屬於食肉目的豹貓數量少於1000隻,這引起了台灣當地的高度關注。當地一項研究嘗試利用「AI聲光波緩速系統」減低石虎與行車相撞的機會。
 
「A.I.聲光波緩速系統」
由於近山的高速公路車速和車流量較高,石虎又恆常於淺山區域出沒,以致這受保護物種遭遇車禍。台灣當地在石虎車禍熱點先安裝車輛感測系統,偵測車輛有否超速,並以LED燈顯示警語,提醒車主放慢車速。如偵測到車輛並未減速,會即時連接並啟動「A.I.聲光波緩速系統」。

「A.I.聲光波緩速系統」能偵測附近的目標物種。如果車輛車速沒有降低、而同時有目標物種可能越過馬路時,系統就會發出超音波或亮光讓動物警覺而暫緩前進。車輛通過後,系統才會自動關閉,動物也能自由穿梭。
 

A.I. 協助解決人象衝突

大象近年已經因為象牙貿易而深受盜獵威脅,加上棲息地不斷被改建成農田和村落的影響,亞洲象的數量於近十年由10萬頭大減至少一半,至不多於5萬頭,而非洲象的數量更是斷崖式下跌,由10年前的最多500萬頭減少至現在約41.5萬頭,數量銳減近9成。而在盜獵分子槍下掙扎求存的大象們卻需要面對另一個日趨嚴重的問題——與人類共存。

因為農業不斷發展,大象所居住的森林已不斷被蠶食,但牠們會根據記憶中的路線前進。但現在牠們昔日經過的森林已經變成農地,牠們的足跡對當地農民來說卻是噩耗——對農民的莊稼造成破壞,因此農民會嘗試驅趕大象,這對大象和農民的安全均造成威脅。
 
環保團體 RESOLVE 和 軟體開發商 CVEDIA 創造了具攝影功能的新型人工智能裝置 WildEyes ,當辨認出特定的目標(如亞洲象)時可以通過無線電信號發出警報,並把所拍攝到的影像發送到所指定的電子裝置上。這套人工智能系統可以對目標作逼真的3D模擬,讓系統能夠明白物種之間個體差異,以及理解同一動物的不同姿勢和角度,提升訓練AI和系統分辨目標時的效率。
 

A.I.保障物種生存空間

西伯利亞虎(內地又稱東北虎)是世界上現存最大的貓科動物,作為食物鏈頂端的捕獵者,對協助維持生態系統平衡至關重要。牠們需要較大單獨活動的區域,但由於城市發展和其他人類活動的干擾,令他們失去足夠的生存空間。

國家林業局東北虎豹監測與研究中心利用5G及人工智能技術,在中俄邊境建立了野生動物實時監控系統, 以提升東北虎這種瀕危動物的數量。中國的監控系統以多個固定的紅外線觸發相機和全球衛星定位系統(GPS)去記錄東北虎的活動,它的人工智能技術能夠辨別出動物的種類,甚至通過每隻老虎身上獨特的條紋圖案,辨別出不同的東北虎個體,同時也有警報器以杜絕非法狩獵。系統會將所有圖像、氣候和土壤記錄實時傳送到國內各個研究中心,協助學者規劃出東北虎及其獵物的居住和活動範圍,協助維持國家公園裏的生態發展。
 

A.I. 打擊非法貿易

蘇眉作為華人地區,特別是香港深受歡迎的高檔桌上佳餚。而蘇眉因為遭到過度捕撈而變得瀕危,因此在國際間的貿易也受到嚴格的規管。以香港為例,只有持牌人可進口、管有和售賣指定數量的蘇眉。但因為蘇眉能帶來的豐厚利潤,部分商家參與非法的蘇眉貿易,出售來源不明和比指定數量更多的蘇眉。

香港大學的研究團隊發現每一尾蘇眉的面部條紋都不盡相同,雖然我們肉眼較難擦覺,但A.I.卻可以通過比對照片,分辨出個體之間的不同,這可以協助執法人員判斷牌照持有人所管有和售賣的蘇眉是否屬於合法進口,杜絕來源不明的蘇眉買賣,藉此打擊非法的野生動物貿易。
 

以A.I.協助解決海洋垃圾問題

香港大學工程學院學生團隊研發了A.I. 人工智能機械人系統ClearBot,嘗試以科技解決海洋塑膠垃圾的問題。

ClearBot是一個可浮在水面上運作的「吸塵機械裝置」,大致分為機械人、停泊處,以及操作系統三大部分。團隊會先協助用戶為機械人設定泊位及清潔範圍。完成設定後,機械人在全球衞星定位系統(GPS)協助下,無需人手操作,就能自動沿 S 形路線巡視,並利用攝錄鏡頭及自身具備的AI人工智能系統,偵測及識別海洋生物和垃圾,捕撈網將自動收集那些飄浮在水面上的塑膠垃圾。

在「2019全球重大挑戰峰會」學生競賽中,ClearBot團隊的系統更得到多個國家的認可,贏得第 2 名。
 

學生紀錄

經過一連串的工作坊及多月以來的努力及嘗試,同學均已處理相當數量的相片作建立人工智能珊瑚辨認系統之用。絕大部分同學都利用逾100張相片訓練人工智能系統,部分同學所用的相片數目更超過300張。一些進度良好的同學甚至訓練系統辨認珊瑚以外的生物,例如海膽、海參等。

在建構珊瑚辨認系統的過程中,同學亦透過相片了解香港珊瑚的生存狀況。同學普遍認為香港水域環境欠佳,珊瑚數量不多,部分甚至有白化跡象。就此,同學建議可以從政策及教育方面入手,提升公眾對珊瑚的了解及相關的保育意識。此外,同學亦了解到人工智能可以提升辨認珊瑚的速度,有助珊瑚普查工作。然而有同學認為單靠科研團隊搜集珊瑚照片作普查並不足夠,長遠而言可以引入公眾參與,提升普查的效率及加強對珊瑚狀況的監察。

不少同學表示他們在訓練珊瑚辨認系統的同時,也提升了自己辨認珊瑚及其他海洋生物的能力,對訓練人工智能的技巧也有一定掌握,並期望人工智能,乃至他們在此計畫中的經驗可以應用在其他生態環境保育的項目上。
 

考考你!

1.紅外線相機又稱「相機陷阱」,是運用了甚麼原理?
A. 目標接近時觸發紅外線啟動自動攝影
B. 人手觀察並拍攝

2. 人工智能可以如何幫助科學家節省研究時間?
A. 幫手撰寫論文
B. 自動辨認相片中的動物並進行篩選

3. 如何能提升 iNaturalist 的圖像分析能力以幫助保育?
A. 提供大量清晰可見物種的相片作圖像分析訓練
B. 拍攝不清晰的相片以作挑戰訓練
 

關於我們

海洋公園Chill級保育計劃
此計劃由海洋公園舉辦,涵蓋三種本地物種─金裳鳳蝶、綠海龜及鹿角珊瑚,並邀請大專生成為教育大使,向大眾分享動物和保育知識。
本期為鹿角珊瑚篇的第三期,將進一步介紹人工智能在保育方面的應用。
 
編輯: 蘇琬貽、洪樂霖、葉澍佳、何慧、張曉麟、鄧智杰
 

參考資料:

環境資訊中心。(2019)。不只為石虎 讓淺山動物平安過馬路, 車感警示+AI聲光緩速器登場。
取自 https://e-info.org.tw/node/218483
環境資訊中心。(2020)。人工智慧新應用 AI辨識結合保育 有望減少人象衝突。取自 https://e-info.org.tw/node/228847
英偉達中國。(2018)。INaturalist:一款搭載人工智能技術的應用將點亮地球日。
取自 https://blogs.nvidia.cn/2018/04/20/inaturalist-ai-app-earth-day/
Hau, C. Y., & Sadovy de Mitcheson, Y. (2019). A facial recognition tool and legislative changes for improved enforcement of the CITES Appendix II listing of the humphead wrasse, Cheilinus undulatus. Aquatic Conservation: Marine and Freshwater Ecosystems, 29(12), 2071-2091.
INaturalist. (n.d.). How can I use it. Retrieved from https://www.inaturalist.org/pages/how+can+i+use+it
INaturalist. (n.d.). INaturalist. Retrieved from https://www.inaturalist.org/
INaturalist. (n.d.). INaturalist Computer Vision Explorations. Retrieved from https://www.inaturalist.org/pages/computer_vision_demo
INaturalist. (n.d.). What is it. Retrieved from https://www.inaturalist.org/pages/what+is+it
西貢解放日報。(2021)。智能機械人拾海洋垃圾。
取自 https://cn.sggp.org.vn/國際縱橫/智能機械人拾海洋垃圾-136839.html
信報財經新聞。(2020)。海洋機械清道伕掃垃圾救生態 港大生組初創研發 印尼政府賞識重用。取自 http://startupbeat.hkej.com/?p=88771
鄧淑明。(2019)。智慧生活 (十八) :善用科技 減少海洋膠垃圾。unwire.pro。取自 https://unwire.pro/2019/11/17/columnist-31/news/
華為。(n.d.) 。用科技點亮東北虎豹回家路。取自https://www.huawei.com/minisite/tech4all/cn/tiger.html
智慧中國第三季第一集
國立自然博物館。(n.d.)。 石虎在哪裡? 取自http://web2.nmns.edu.tw/Exhibits/107/LeopardCat/cont2.html
新華社。(2018)。 中國首次實現對野生東北虎豹實時監測。取自
http://xinhua-rss.zhongguowangshi.com/13694/-7184114669059833257/3132017...
世界自然基金會。(n.d.)。關於大象。取自https://apps.wwf.org.hk/donation/zh/elephant/monthly/choose-amount
世界自然基金會。(n.d.)。 老虎。取自https://www.wwf.org.hk/reslib/species/tiger/
 
考考你答案:A, B, A