用声音监控来拯救雨林

王治钧

保护雨林刻不容缓

雨林对气候调节起到非常重要的作用。众所周知，陆地和海洋表面的水蒸發变成水蒸气，水蒸气上升到一定高度之后遇冷液化成小水滴。这些小水滴组成了云，它们在云里互相碰撞，合并成大水滴。当它重到空气托不住的时候，就从云中落了下来，形成了雨。在巴西，构成雨水的70%的水蒸气实际上来自于亚马孙雨林——它每天向大气蒸发200亿吨水，这比亚马孙河（世界上最大的河）每天排放到大海的170亿吨水还要多。

雨林地带湿润的气候保证了植物的快速生长，并使其成为充满生机的生物生态区，地球上超过一半数量的动物和植物生活在其中。然而，在过去的百年里，热带、温带雨林却遭受到了人类的大肆砍伐和破坏，曾经覆盖着14%地球土地表面的雨林，现在只剩下6%，全世界雨林覆盖区域面积依然在不断萎缩、迅速消失，生活在其中的物种正面临失去栖息地而灭绝的危险，生物多样性遭到严重威胁。

非法砍伐是造成雨林消失的主要原因之一。盗砍盗伐破坏雨林，会对气候变化和野生动植物造成严重威胁，因此，如何遏制打击盗伐者，成为拯救热带雨林的大难题。

雨林斗士

2011年夏天，托弗·怀特（Topher White）作为保护动物志愿者来到印度尼西亚婆罗洲岛的雨林。初入雨林深处，犀鸟的叫声、嗡嗡的蝉声、长臂猿的长啸，都让他大开眼界，雨林生物繁杂的声音给他留下了深刻的印象。

为此，他收集了雨林的声音，并做了进一步分析。但就在他将不同种类的声音逐一区隔开来时，竟然无意中在背景音里听到了密林深处的电锯声，这实在是太令人震惊了，因为这个地方事实上是长臂猿保护区，当地不仅花了大量精力来保护雨林，而且有三名全职护林员驻守在这片保护区的附近，怎么会出现伐木者？

几天后，托弗再次来到这片雨林，在5分钟的步行路程中，他偶然遇见有人正锯倒一棵树。这里虽然离护林站仅数百米远，可护林员们确实听不见电锯声，因为森林本身的各种声音此起彼伏掩盖了电锯声，这看起来很不可思议，但它确实在茂密的雨林里发生了。

事实上，其他雨林也存在类似情况。为了保护雨林，数量有限的护林员经常穿梭在雨林中，他们需要克服很多自然环境带来的不便，耗费大量的时间与体力各处巡视，漫无目标地寻找盗伐者。但这种疲于奔命的工作效果非常不理想，仅靠人力来寻找并阻止伐木行为，和盗砍盗伐打游击战，真是防不胜防的。

如何准确找到并制止非法砍伐？这是摆在各个雨林国家面前的实际问题。

雨林中的盗伐者

托弗构想的系统工作原理

有人曾想过利用卫星监控等高科技技术来解决这一问题。但事实上，当你身处发展中国家的雨林当中，你会发现操作简单、切实可行且易于大规模推广的方法才是行知有效的。

变废为宝

拥有物理学和工程学学历的托弗·怀特从工程师角度多番思考这个问题：如果想低成本地建立一个阻止非法砍伐的系统，那首先要帮助护林员们知道森林里发生了什么事。

托弗发现这片雨林里拥有良好的手机信号，那是否可以利用手机设备去监听、用程序去分析森林里的声音，设备监听到电锯声后自动触发警报，通报给护林员准确的地址呢？说干就干。在托弗构想的系统中，当森林中的电锯声被听见的那一刻，这个装置就会撷取电锯声，透过现有的标准GSM手机网发出警示给当地的护林员，这样，护林员们就可以即时出现、阻止非法砍伐了。

被丢弃的旧手机

托弗·怀特及其制造设计的森林“报警器”

不过，实施这个项目也存在一定挑战：即如何在高温、高湿和没有固定电源的环境下收集和传输声音数据？重新设计一款设备肯定是昂贵的，于是他想到了一个最便宜、最迅速的方法——旧手机。如果树上的装置是旧手机的话，成本将会变得相当低——因为手机中的声音传感器不需要重新设计就可以直接拿来聆听森林的声音。另外，每年全球都有几亿只旧手机被丢弃，变废为宝才是旧手机最佳的处置方法。

托弗按照雨林湿热气候设计了一个手机保护盒，为了解决充电问题，他在家里设计了一个独特的太阳能充电面板（这也是工业生产过程中回收的剩料副产品），使该装置能够在树冠下通过太阳能发电，从而使所有装置能够持续使用，而不用频繁带回基地充电。

从远处看来，这个设备在树冠下相当不起眼，但它们却能接收到远至1000米处的电锯声，范围可覆盖约3平方千米。做完第一个测试版后，托弗把它带到印度尼西亚一个经常遭到盗砍盗伐的长臂猿保护区，安装完第二天，这个设备就获取到非法砍伐的电锯声，并即时发出了第一封电子邮件。收到这封警示电邮，托弗立刻动身去阻止那些伐木者。他和同伴的到来让盗木者们吃了一惊，毕竟他们之前从来没有被发现过。

这次的成功实践使托弗确信这套简易系统是切实可行的，一旦通报时间缩短，就可以在伐木卡车进入林区附近、或是锯木声响起时及时制止，从而大幅降低巡逻守林员的成本和风险。很快，这件事就在网络上传开了，来自世界各地的人通过电子邮件和打电话咨询，希望也能安装这套“报警器”。

掛在树上的设备

升级改造后的守卫者

和全球多个雨林管理机构沟通后，托弗确认了在很多深受盗伐者困扰的雨林周边地区其实是有手机信号的，更令人惊喜的是世界各地的环境保护组织和一些有环保意识的人都愿意免费为他提供旧手机以进行设备的改造。

平台和挑战

托弗认为他最初设计的版本其实并不是什么高科技解决方案，只是就地取材。通过用工程师思维来思考，他相信，即便是不使用手机，总会有足够的东西让人们建构相似的解决方案，并在新环境中发挥良好的作用。

为了持续改进这个设备，服务更多雨林，托弗成立了一个非盈利政府组织——Rainforest Connection（RFCx）雨林保护组织，他大量回收旧手机，对已有的设备进行升级改造。与此同时，随着设备的增多，项目越来越复杂，RFCx也面临很多技术挑战。比如，如何在后端平台上安全有效地存储和管理这些庞大且不断增长的数据？如何对这些数据进行实时、快速的分析，并准确告知进行日志记录的位置……面对如此庞大的数据管理与算法优化，必须采用系统性的技术支持来提升创新方案，但这明显超出了这个非政府组织的能力，于是一些科技企业，比如谷歌（Google）和华为，也开始参与其中。

RFCx的一些项目曾和谷歌合作，实时分析音频数据，识别卡车、电锯等与砍伐有关的声音，同时通过声音记录了解雨林生物的行为;RFCx开发了一套以华为手机设备为核心的太阳能式雨林监听系统，名为“守卫者（Guardian）”。这些守卫者散布在雨林各地，能够在高温高湿、烈日暴雨等极端环境下保持24小时不间断通话，从而监听热带雨林中密集而繁复的声音，并将数据实时传递到云端搭载了人工智能系统的服务器中。一旦监测系统发现盗伐异响，比如电锯或卡车声，便会第一时间将具体盗伐定位推送给当地的护林员，帮助他们快速进行搜查。此外，RFCx也正和华为展开一系列密切合作，开发包括采集设备、存储服务、智能分析的创新平台，利用系统的人工智能技术帮助读懂动物的声音，从而为濒危动物提供援助。

人工智能带来的新提升

哥斯达黎加雨林中的蜘蛛猴

现如今，RFCx正在使用更好的技术来帮助保护雨林。

对于RFCx已经收集多年的录音数据，华为帮助调整这些数据中的电锯监测模型精度。比如在初期版本中，根据雨林组织的反馈，蚊子的声音经常被误报成电锯声，人耳也很难分辨出这两种声音。对这类误报数据，RFCx开始利用蚊子声音数据对模型进行重新训练。经过反复测试与提炼，最新的模型应用可以探测到96%的电锯事件。随着模型的不断改善与优化，发生错误警报的情况也越来越少。

有了AI科技的助力，采用相同技术可以更快分辨电锯、鸟类和其他动物的声音，对声音的研究是一种新的科学工具。生物学家和生态学家在很多场合都可以利用这套系统，无论是在人迹罕至的雨林，还是伦敦的公园，甚至托弗披露有一些请求是希望将设备用于监听城市里的枪声，或者用于追踪非法渔船。

此外，在哥斯达黎加雨林项目里，除了盗伐行为，蜘蛛猴等濒危物种成为另外的研究对象。华为与RFCx构建了蜘蛛猴语言智能分析模型，通过AI技术来识别它的叫声并实时发送精准定位。

为了更好地保护雨林，我们采取了各种切实可行的措施和技术，但这还远远不够，还需要政府、企业和民众等多方的关注和参与。

（责任编辑 / 岳萌美术编辑 / 郑博仁）