用人工智能追踪东北虎

邓舒夏

在中国黑龙江省和吉林省内的一处林区内，每隔十平方公里就可以看到一组“对角悬挂”的红外相机，有东北虎经过时，相机会拍摄到它们的体态，以及身体两侧的花纹，这些花纹将被用于识别东北虎的身份。

在中国东北境内的27个林区中，这样的相机有1200多台，覆盖了东北虎一万多平方公里的活动区域。每隔三到四个月的时间，各保护区的巡护员会深入森林，为相机更换电池，并替换储存卡，卡里的照片将被带回办公室，由专业技术人员做分析和个体判别。

东北虎的另一个名字是西伯利亚虎，是全球现存最大的肉食猫科动物，它们常年生活在森林、灌木等地带，活动范围可达100平方公里以上。而长期以来，东北虎监测的方式一直是比较传统的。

“目前的野外监测主要依靠红外相机，然后工作人员再去相机所在地手动收集影像数据。”世界自然基金会（WWF）黑龙江流域生态区项目总监刘培琦对《第一财经周刊》说。

今年是WWF设立东北虎保护项目的第13年。从东北林业大学野生动物系毕业后，刘培琦曾在吉林省林业科学研究院做过十年的野生动物专职研究工作，如今他是WWF东北项目办公室主任。据他介绍，从相机记录拍摄，到工作人员取回影像资料，中间通常需要两到三个月的时间，这期间就有可能会发生盗猎东北虎的行为，工作人员对此却没有办法实时监控。

好消息是，这种留有不少漏洞的传统方式很快就要被替代了。7月底，WWF与英特尔公司共同宣布了一项合作计划：英特尔的人工智能技术将被应用在东北虎的保护项目中。

传统的东北虎监测方式十分耗费人力物力，且数据回收的间隔时间长，导致很多图片的动态模糊，英特尔则试图用技术手段改善这个问题。“我们将运用英特尔的人工智能技术，从前端到后端为监测和保护东北虎提供解决方案。”英特尔公司全球品牌营销副总裁Alyson Griffin对《第一财经周刊》说。

在前端，首先将被替代的就是红外相机，取而代之的会是基于英特尔Movidius神经网络计算加速引擎的视觉处理设备，它可以拍摄到更多的有效数据，然后通过人工智能等技术，识别、归类和追踪东北虎个体及生态链等相关物种信息，同时还能分析其栖息地的数据，从而制定出更科学的东北虎保护方案。

随着城市化进程的推进，人类活动的面积正在不断增加，加上森林砍伐和栖息地退化等问题，野生东北虎的种群数量及其栖息地面积不断萎缩。2013年到2017年间，红外相机在黑龙江和吉林两省监测到的东北虎个体数量只有47只左右，其中包括9个繁殖家族和16个幼崽。“从生物学角度来看，要维持一个动物种群的自我延续，其种群个体数量至少需要50只，否则它的基因会过于单一，缺乏稳定性。”刘培琦说。

其实，对于东北虎的监测已经过了一个漫长的发展进化过程。起初，保护区的巡护员仅仅通过肉眼寻找东北虎的足迹，识别不同个体，进而统计东北虎的数量，这种判别方式的误差很大。

最近几年，红外相机才被广泛采用，这些自动感应相机可以通过感应装置，在东北虎经过时捕捉拍摄，然后巡护员通过照片中东北虎的花纹来来识别不同的个体。“虎豹的花纹就像人的指纹一样，每只老虎都有自己的特点。”刘培琦说。

红外相机大大提高了东北虎的监测效率，但这种方式仍存在一些不足。首先，维护和调试相机需要投入大量的人力物力，如果遇到天气恶劣的情况，工作人员无法上山，相机有可能持续3个月以上无法更换，但在恶劣气候频发的冬季，电池的耗电速度更快，通常需要一两个月就换一次电池。此外，传统红外相机的数据传输需要依赖手机信号，而保护区的很多地方是没有信号的，因此只能靠人携带储存卡回研究所，数据的收集因此会有延迟。

对收集来的数据做分析，目前效率也不高。每拿到新一批图片数据后，工作人员需要将其与计算机中的数据库比对，以判断哪些老虎的花纹相同，这个过程也需要人一张一张地去操作，工程量很大。而且，由于红外相机的感光度不够高，拍摄处于移动状态的东北虎时，照片中的花纹还很容易变得模糊。“有一些模糊的花纹无法用肉眼区分，因此最终照片的匹配率很低，只有60%左右。”刘培琦说。

对东北虎花纹的识别一直是一个难点，而在这方面，已在人脸识别上有广泛应用的人工智能技术就能发挥作用。“但识别人脸与识别动物还是有些不同的。”Griffin说，“这需要开发新的算法。”

这些算法会用在基于Movidius的前端摄像头上，提高东北虎的识别率。“Movidius可以让摄像头通过人工智能技术快速发现哪些是东北虎的踪迹，迅速判断是哪一只个体，同时实现数据的实时传输。”Griffin說。

更重要的是，在传统红外相机的使用过程中，很大一部分资源是被浪费掉的。

通常来说，放置相机的地方，其观测范围要保持开阔。如此，当老虎靠近时，拍摄过程中才能没有杂物干扰。但实际上，相机周围很快就会有草长出来，还有的红外相机是光线传感器，因此镜头前的草被风吹动的时候，也有可能触发拍摄，甚至如果光照时间比较长，热量也会造成很多误拍，对相机电量和储存卡容量都会形成浪费。

而未来，通过无人机、相机等硬件和人工智能等软件形成的一整套技术方案，则可以提高整个东北虎种群的监测效率。

这并不是英特尔第一次将新技术用于野生动物保护。2016年，英特尔曾与一位野生动物摄影师合作，利用其当年发布的Falcon 8+无人机追踪北极熊。此前，完成这项任务需要依靠直升机，但低温和大风环境会让直升机难以作业，这款无人机能够捕捉热力的变化，进而在冰川中收集北极熊的繁殖和迁徙情况。

2017年，英特尔又与海洋公益机构Parley for the Oceans开展了名为“SnotBot”的项目，同样利用无人机作业，收集鲸鱼的喷水、鼻涕以及浮上水面时呼气的声音，科学家们可以通过这些生物数据分析出鲸鱼是否怀孕或者感染病毒等。

“我们会针对不同的动物保护项目来制定不同的算法，为特定的问题提供专门而有特色的解决方案。”Griffin说。

虽然这些合作都不以盈利为目的，但是英特尔试图以此告诉各行业的商业公司，技术可以帮助公司和整个行业实现变革—就像帮助这些公益组织一样。

当然，除了技术层面，保护野生动物这件事本身也能“反哺”人类。正如WWF公益合作部经理侯嫣琳所说：“保护这些物种的成果，最终也会作用于人类的生产生活，它会保护我们的食物链。”