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人工智慧的影片辨识技术,能防止鲨鱼攻击人类吗?

2020-06-16


人工智慧的影片辨识技术,能防止鲨鱼攻击人类吗?
A surfer carries his board into the water next to a sign declaring a shark sighting on Sydney's Manly Beach, Australia, November 24, 2015. A spate of shark attacks and sightings in Australia is leaving some of the world's choice surfing and swimming beaches deserted ahead of summer Down Under. Christmas in the Southern Hemisphere typically draws millions of people to the warm Pacific waters of eastern Australia but for many the risk may not be worth it. Picture taken November 24, 2015. REUTERS/David Gray - GF20000072866

澳洲,可能是少数几个会因为大白鲨引发激烈政治辩论的国家之一。因为在这里,无端的鲨鱼袭击致死率居世界之首。在过去 10 年中,澳洲平均每年有 2.1 人死亡。虽然这是一个非常低的风险,但对于主要生活在海岸附近,又非常热爱水的澳洲人来说,这仍然是一个问题。解决这个问题的方法——用鲨鱼网或有饵的钓线杀死鲨鱼——在许多批评人士看来,过于激进了。

这也让一些官员和保护主义者接受了新的鲨鱼监测系统,使用人工智慧技术自动辨识水中的鲨鱼。儘管这项技术还处于早期阶段,仍然存在许多障碍。但人工智慧支持的鲨鱼监测系统的支持者希望,这种系统能为澳洲对立的政治派别提供一个中间立场,因为这些派别经常在对付鲨鱼攻击的致命性和非致命性方法上争执不休。随着科技新创公司寻求将他们的创新成果推广到人类与鲨鱼相遇比较频繁的地区——不仅仅是澳洲,还有加州和开普敦。自然资源保护主义者们希望,有一天鲨鱼和人类能够和平共处。

「很明显,使用这种技术,海滩游客和海滩娱乐活动将变得更加安全,但对我们来说,不要打扰海洋生物也很重要。」雪梨科技大学的纳宾·夏尔马表示。「这是鲨鱼和人类双赢的局面。」

现在,澳洲有一些加强鲨鱼监测的方法,使用无人机在新南威尔士州的 40 个海滩和东海岸昆士兰的 8 个海滩巡逻。每小时一次,设备的最大飞行时间为 28 分钟,其余时间处于待机状态。除了辨识像激流这样的游泳危险区域之外,十几架无人机还配备了一种叫鲨鱼监测器的人工智慧演算法,它可以区分游泳者、冲浪者、船只、魟、海豚和鲨鱼等物体。

这种无人机由 Ripper Group 开发,并得到了澳洲西太平洋银行的支持。无人机的演算法经过从澳洲海滩上拍摄的影片的训练,可以识别出不同的物体。「人工智慧系统在部署后可能不会立即运行,因为还有很多未知的场景。」夏尔马说,他与迈克尔·布卢曼斯坦以及雪梨科技大学的其他人工智慧研究人员一起工作。「在进一步微调的基础上,它将变得更好、更準确。」

另一个被称为「智慧浮标」的鲨鱼监测系统,由位于伯斯的智慧海洋系统开发,依靠水下声纳阵列发出声波脉冲,并返回附近物体的迴声。这种主动声纳可以追踪在一定半径内的任何大型海洋动物,与许多鲨鱼研究人员用来追蹤带有发射器的特定鲨鱼的被动声学系统不同。「我们正在开发一种海洋模式的识别算法。」SMS 的联合创办人兼执行董事克雷格•安德森表示。「海洋中的每一种动物都有自己独特的声学指纹,这种指纹就是它游泳的方式。」

如果系统中的模式辨识软体辨识出这个物体独特的游泳动作属于大型鲨鱼,而不是海豚,智慧浮标就会向救生员发出警报。警报中的文本会提示他们打开一个行动应用程式,里面会显示更多有关鲨鱼大小的资讯,并让他们使用可以更新的 GPS 坐标来追踪鲨鱼的位置。

2015 年,澳洲新南威尔士州政府宣布了一项为期五年的规划,在东海岸的海滩安装智慧浮标。这个系统已部署在雪梨附近的邦迪海滩和西海岸伯斯市等主要海滩城市的海滩。在澳洲和南非举行的世界冲浪联盟锦标赛期间,这个系统也提供了保护。

当然,这些方法也有局限性。无论是鲨鱼监测系统还是智慧浮标,都无法分辨出特定鲨鱼物种之间的差异——这一因素可能对人类的潜在威胁产生巨大影响。「我们学习的下一步是区分鲨鱼的种类。」安德森说。「如果它是一条友善、可爱的鲨鱼。我们不想关闭海滩,把人们从水里拉出来。」

这些区别很重要。在已知的 400 多种鲨鱼中,只有大约 30 种鲨鱼在无端攻击人类的事件中表现出积极的特徵。但是澳洲有其中 22 种鲨鱼,会参与了无端的致命攻击。此外,澳洲水域还有三种经常发动致命攻击鲨鱼:虎鲨、公牛鲨和大白鲨。

然而,政治和媒体对鲨鱼袭击的反应,与鲨鱼袭击受害者死亡的可能性相比不大相称。据位于盖恩斯维尔的佛罗里达自然历史博物馆的国际鲨鱼袭击档案显示,2017 年,全球範围内无端的鲨鱼攻击只有 88 起,其中包括 5 起致命事件。相比之下,每年大约有 3500 名美国人死于意外溺水。同时,人类每年杀死大约 1 亿条鲨鱼。就连好莱坞电影《大白鲨》中臭名昭着的大白鲨,也从海洋的顶级捕食者变成了一个容易成为渔船攻击的脆弱目标。

关于鲨鱼的行为和物种,存在太多的未知因素,从而无法解释为什幺近年来鲨鱼发动攻击的总次数似乎有所上升。例如,没有证据表明,某些受法律保护的鲨鱼物种的恢复与鲨鱼袭击风险变得更大有关。相反,鲨鱼专家说,更大的因素是,有更多的游泳者和冲浪者进入了水中。

「在加州,有证据表明,在很大程度上,鲨鱼对人类的攻击频率变高,是因为过去 20 到 25 年中水上活动的大幅增加。」加州立大学鲨鱼实验室主任、海洋生物学家克里斯托弗·洛说。「儘管鲨鱼的数量有可能上升,但人均咬伤率实际上在下降。」

但鲨鱼袭击的影响,并不仅限于肢体或生命损失的悲剧。即使是单独的鲨鱼袭击也能吓跑海滩游客,对依赖当地人群和游客的商家造成影响。短时间内发生的一系列鲨鱼袭击事件,可能会损害一个社区的安全感,因为所有的家庭都可能目睹在近海发生的袭击事件。

「如果你和世界上任何一个出现鲨鱼咬伤地区的人交谈,他们会说,当一两次鲨鱼咬伤发生时,这是令人难以置信的悲伤和悲剧。」南非开普敦鲨鱼观察者计画的负责人萨拉·沃利斯说。「尤其是一连串的鲨鱼咬伤使一个社区的人不再感到安全时。你根本不能体会到那种难以置信的内心情感反应。」

2004 年,开普敦遭受了一连串的鲨鱼袭击,随后採取了行动。当地的商业和冲浪者社区开始非正式地组织救生员和警卫,用望远镜观察 False Bay 附近的海滩。如果监测员看到有鲨鱼接近海滩,他会用无线电通知海滩上的监测员,后者会手动启动一个简单的警报系统,其中包括不同颜色的旗帜和警报,提醒人们离开水面。

开普敦市和拯救海洋基金会提供资金,帮助这项工作发展成为正式的鲨鱼监测计划。14 年来,这个计画显示,一个低技术的社区方法如何帮助降低鲨鱼袭击的风险。

和澳洲一样,南非的鲨鱼监测计划也尝试过使用无人机。但是这些无人机的电池寿命有限,续航时间只有 15 到 20 分钟,加上这地方的大风天气,使得它们在持续监测鲨鱼方面没有什幺效果。不过,在人类监测员作出初步发现后,它们在帮助确认特定鲨鱼物种的身份上很有用。

在高桿或高塔上面安装固定的摄影机来自动发现鲨鱼,是一个更有希望的努力。鲨鱼监测计划已经与位于瑞士洛桑的一家名为 PatternLab 的公司合作,开发了必要的模式辨识软体。但与澳洲相比,南非的计画通常只佔用了有限的资源。

就美国鲨鱼研究人员而言,他们似乎对最新的「智慧」鲨鱼监测技术持更加谨慎的态度——特别是考虑到它们无法区分不同的鲨鱼种类时。「大白鲨和我们在沃卢夏县看到的黑鳍鲨是截然不同的生物。」佛罗里达自然历史博物馆佛罗里达鲨鱼研究项目负责人加文·纳勒说。「之间的差别,就像人类和狗相比一样。」

麻萨诸塞州海洋渔业部门的海洋生物学家格雷戈里·斯科尔说,环境也是技术有效性的一个影响因素。他列举了在当地水域测试这种设备的费用和缺乏资金的情况。「这些技术能否发挥效用,将在很大程度上取决于你试图部署它们的区域。」斯科尔说。「在澳洲开发的用于清澈水源的东西在科德角的浑浊水域可能不会有效。」

儘管如此,如果这些技术能够帮助澳洲,在保护人类和保护受威胁的海洋物种之间取得更好的平衡,那就意味着出现在水中的血液将大大减少,其他地方对这些创新的支持也会增加。就目前的情况而言,高昂的价格并没有挫伤澳洲创业公司拓展市场的热情。Ripper Group 的运营长本·特罗洛普表示,Ripper Group 一直在与七个不同的国际组织讨论,将无人机监控扩展到全球。

「我认为我们很快就会在佛罗里达和麻萨诸塞州部署。」安德森说。「这只是我们所认为的重大推广的开始。」




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