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以計算之力 守護300頭亞洲象——用科技賦能保護瀕危物種的啟示

添加時間:08月25日

  “每天,全世界有75個物種滅絕”——這是2019年聯合國披露出來的一組驚人數字。而亞洲象就是世界自然保護聯盟列出的瀕危物種,種群數量一度降至170余頭。

  西雙版納國家級自然保護區管護局,與科技企業聯手,率先將人工智能、云計算等現代信息技術集成運用于野生動物多樣性監測,構建了一套亞洲象生態保護系統,實現野生亞洲象的實時觀測和秒級預警,目前邊緣端人工智能模型精度達到96%以上,達到國際領先水平。

  經過多年的拯救和保護,亞洲象這一古老而珍稀的動物發展到2020年的300頭左右,種群數量約增加55%。亞洲象生態保護系統的應用,不僅緩解了當前緊迫的人象沖突,對西雙版納雨林保護也有了新的發現和啟迪。

  國際瀕危物種保護的難題:人象沖突、物種觀測數據難以獲得

  野生生物棲息地往往在叢林、險峰、深海、河流深處,野外環境變化,生物及科研人員要想展開深入研究面臨很高的安全風險,野生動物保護在國際上一直面臨物種觀測數據難以獲得的問題。

  幾十年來,隨著野生動物保護工作的展開,亞洲象數量不斷恢復,活動范圍擴大,部分亞洲象開始走向農地取食水稻、玉米等莊稼作物,不斷侵入村莊、城鎮。由于亞洲象食量巨大,人象沖突不斷升級。

  據西雙版納州林草局統計,1991年至2010年,20年里人象沖突不僅致41人死亡、170人重傷,農作物被大量糟蹋、農地與農田設施被毀,造成直接經濟損失上億元,亞洲象保護面臨嚴峻考驗。

  一方面是頻發的人象沖突,一方面是傳統科學監測手段的粗放與艱難。

  郭賢明,一位奮戰在一線長達35年的亞洲象的保護專家,現任云南西雙版納國家級自然保護區科學研究所所長。他介紹,因為西雙版納亞洲象棲息地境屬熱帶雨林,地貌復雜,道路不通,監測預警工作長期依賴人工觀察大象糞便、腳印,不僅無法實時監測日益活躍的亞洲象種群軌跡,而且對于后續預警、科研及管護工作的開展也帶來不便,容易出現誤判、漏判的情況,監測數據的收集和管理方式也比較粗放。

  自然保護區科學研究所開始探索在無人機的協助下,步行追蹤象軌跡、預測路線,并對周邊居民發出預警。很快,生物及科研人員發現,無人機也有很多局限性,霧大的時候看不到象,下雨的時候無人機沒法飛,加之續航時間太短,一般無人機飛行不超過半個小時就得回來換電池。發揮新科技力量,去實現探索和改變珍稀物種保護遇到的困境成為當務之急。“在國家林草局等有關部門的支持下,我們開始與浪潮尋求數字化解決方案,構建了由數百個視頻監測系統構成的統一數據采集系統,實現全天候實時采集圖像及影像數據。”郭賢明表示。

  科技的創造力:破解生物多樣性減少的大問題

  “我們正在面臨氣候變化、雨林消失、生物多樣性減少等嚴重的環境與生態問題。”浪潮信息副總裁沈榮表示,實現生物多樣性保護的可及性與可持續性,不僅需要新的技術解決方案,而且要有更智能的方法,保障全天候實時監測,為瀕危物種保護科學探索提供參考。

  據了解,目前國際已有的亞洲象智能識別模型的準確率普遍較低,模型精度大概只有在60%左右,首個針對亞洲象的AI保護應用就顯得至關重要。沈榮介紹,平臺建設初期,由于亞洲象數量稀少,活動范圍廣,可獲得的圖片、視頻數據樣本非常少。加之亞洲象出沒時間不定,體型非常龐大,在夜晚光線不足的情況下,根據一個尾巴、一個背影立刻判斷亞洲象非常困難。為了提高模型精確度,浪潮在野象谷周邊搭建了眾多采集站點,收集到上萬張野生亞洲象圖像資料。專門針對陰雨天、夜間等畫面光線差、模糊、殘缺等問題,工程師又進行了3個多月的算法優化,將模型精度提高到90%。

  此外,邊緣側經過清洗處理的數據也將被用于建立亞洲象庫及生物多樣性庫,為科研人員進一步研究亞洲象提供豐富的數據支持,從而能夠深入洞察人象沖突原因,為有效預防攻擊事件提供指導,分析食源減少情況支撐食源地優化。

  目前在西雙版納,一個月時間視頻、圖片的數據量就會達到30TB,隨著野生亞洲象活動范圍擴大,數據量也將不斷擴大,模型算法不斷優化迭代,不斷提高亞洲象監測的準確性和實時性。

  重塑地球生態平衡:解決瀕危物種研究和生態保護的長遠命題

  最新信息顯示,數據中心端借助管護員提供的模型訓練數據與浪潮自采集數據,對大象影像資料進行機器學習與建模并不斷迭代,識別準確率高達96%以上,且仍在不斷提升,處在國際領先水平。

  中國科學院有關專家表示,自然保護區的專家們不需要再去通過大象的足印、糞便、吃剩的食物殘渣推斷個體數量、分布范圍和飲食習慣。基于人工智能模型,可以對亞洲象進行全天候的觀測和精準識別,不僅有利于緩解人象沖突,也基于觀測結果為食源地優化和亞洲象國家公園的區域規劃提供科學參考,科技可以讓“與象為伍”成為可能。

  郭賢明表示,在我們的地球家園,還有眾多的生物面臨著不同的生存困境。目前,國際上有超過30000個物種被列入瀕危物種“紅皮書”,中國有千余種瀕危動植物,生態穩定性面臨嚴峻挑戰。

  沈榮認為,將新一代信息技術引入到生物多樣性保護工作中,從而在食源地優化、棲息地保護、瀕危生態保護層面帶來長期深遠價值。當然,這個方案還需要不斷探索與完善。

  未來,還將在天文、考古、能源等多領域提供持續不斷的科技動力,為更多區域的研究提供有效支持。

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