守护雨林，与AI同行

热带雨林被称为“地球之肺”，吸收全球约30%的二氧化碳，对于缓解全球气候变暖有着巨大帮助，同时养育着全球一半以上的动物和植物，为维护物种多样性做出了卓越贡献。但由于人类持续的非法采伐，我们已经失去了地球一半以上的原始雨林。曾经全球雨林的地球覆盖面积超过14%，现在只占地球面积的6%。研究表明，全球1/5左右的碳排放都源于森林砍伐，现有的树木可能会在未来40年内被使用殆尽，每年有5万个物种走向灭绝。

有AI同行，让盗猎者无处可藏

Rainforest Connection (简称RFCx）雨林保护组织，是由ITER物理学家和软件工程师Topher White于2014年创立的非营利性公益组织，已经在美国、秘鲁、哥斯达黎加、罗马尼亚、玻利维亚、印度尼西亚、厄瓜多尔、喀麦隆、南非等地建立了项目，通过回收利用旧手机，有效阻止非法采伐，从而保护热带雨林生态系统。这个想法源于几年前， Topher White参加了印度尼西亚保护长臂猿的志愿者行动。在这次行动中，他深刻意识到如果没有有效的工作方法，仅靠人力来寻找并阻止伐木行为，其实非常耗费时间且效果不理想。于是，他开始尝试大量回收华为的旧手机，升级改造为太阳能雨林监听设备。这些设备被称为守卫者（Guardian），分散部署在丛林多处实时收集雨林的声音，它们可以在高温高湿、烈日暴雨等极端环境下，每天不间断地持续使用至少两年，在有盗伐行为发生时，给当地护林员发出定位警报提醒，帮助他们快速有效地进行搜查。

但由于面临着庞大数据管理与算法优化等挑战，RFCx也需要系统性的技术支持来提升创新方案。于是，RFCx开始与华为展开一系列密切合作，开发包括采集设备、存储服务、智能分析的全联接的智能生态系统。这个创新方案面临着多重挑战：一是需要在高温高湿无固定电源的环境下持续稳定地收集、传输声音数据，并在后端平台安全、高效地存储和管理持续增长的庞大数据库。二是唯有开发出高精度的算法，才能实时快速地对雨林中细密而复杂的采集数据进行分析和精准识别，从而准确判断并推送盗伐行为的具体地点。

针对原来RFCx的电锯监测模型，华为基于华为云人工智能服务（HUAWEI CLOUD AI）及其工具（ModelArts），开发出能够更精准识别电锯和卡车噪声的智能算法模型，并通过在真实环境中的应用来不断调整模型精度。在投入初期，RFCx反馈蚊子的声音经常被误报成电锯声，其实人耳也很难分辨出这两种声音。对这类误报数据，华为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。RFCx的首席运营官Bourhan Yassin提到“使用更高精度的模型，帮助我们显著降低了误判率，减少了护林员大量无效的出现”。事实上确实如此，哥斯达黎加当地有一群雨林护林员。原来他们每天穿梭在丛林中，耗费大量的时间与体力各处巡视，以防盗伐行为发生。当地的护林员Juan表示，他现在每天要行走的范围越来越小，但是却可以保护到更广阔的土地。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AI同行，让我们理解动物的表达

哥斯达黎加盗伐行为的发生，不仅使我们失去保贵的原始森林，更威胁着以蜘蛛猴为代表的濒危物种的繁衍生息。蜘蛛猴不仅稀有珍贵，它们还是播种能手，可以将植物种子分散到各处帮助树木繁殖，是维持整个哥斯达黎加雨林生态的重要角色。

保护它，首先需要找到它。在这么大一片丛林中，找到蜘蛛猴真的很难。生物学家Ruth每次通常需要花费一整天去追踪蜘蛛猴的踪迹，Ruth就这样做了一年，她觉得工作效率很难提高，而且一天下来很疲惫。为了更好更高效地保护蜘蛛猴，华为还帮助RFCx构建能够检测、分析蜘蛛猴叫声的智能模型，通过AI技术来识别它的叫声并实时发送精准定位。从而获悉它们的位置和情绪，了解它们的生活习性和状态，以更好地协助护林员和生物学家保护蜘蛛猴这一濒危物种。

但在项目初期，AI模型识别蜘蛛猴声音也遇到了不少挑战：首先，雨林组织提供的蜘蛛猴声音样本太少，而且很少有人听过，AI模型没有足够的学习样本；其次，蜘蛛猴叫声持续时长不固定，而且可以细分为3类，每类叫声之间又有不小的差异，这些类别之间样本分布极其不均衡。

针对这些问题，华为云AI技术团队将少量样本与雨林环境进行叠加，生成大量接近真实环境的数据，缓解样本过少的问题。然后从“时域”和“频率特征数量”这两个层面着手，将模型的时间检测窗口从1秒降低到了500毫秒，在这个频率范围，将频率的特征数量从40提高到96，大大提升了模型检测准确性。同时，为了更好地帮助AI工程师对蜘蛛猴模型的优化和训练，华为的“动物语言翻译师”会从雨林收集到的声音音频里面，准确地标记出蜘蛛猴声音出现的起止时间。她用一个词来概括自己的工作角色——AI模型饲养员，因为被她标注的声音数据可帮助AI模型更精准地识别和学习。

目前电锯监测模型与蜘蛛猴声音模型，已经在不同的国家和地区分开部署。RFCx与华为合作所保护的雨林范围已超过2000平方公里。虽然蜘蛛猴模型的召回率尚未得到相关数据反馈，但当地团队的反应都非常积极正面。生物学家Ruth可基于这样的数据分析来创建蜘蛛猴的分布图，以精确预测其活动行径。通过更好地了解它们的行为模式，她可以改善其研究和保护工作。伦敦帝国学院生物博士生研究员Jenna Lawson表示：“AI让我能够训练机器，训练算法，让它们帮助我探测物种。现在，我正在努力搜集20万条数据。如果是我自己进行分析，每天都听要花60年的时间。没有AI，我无法对这些大型数据集进行分析。我们将会使用这些数据，找到不同动物的叫声，然后制作出不同物种的栖息分布图。

2019年6月25日23:23（当地时间），哥斯达黎加奥萨半岛发生地震，半夜地震发生后，蜘蛛猴立即发出了异常叫声，AI声音模型准确地监测到了这一重要警示事件。

有AI同行，让生态保护再升级

预计通过双方合作，到2020年将会保护超过6000km²的雨林、40亿棵树，减少3亿吨二氧化碳排放；同时收集到450年左右的声音数据，帮助人类更好地了解雨林、保护雨林的生物多样性。

可见，有了AI科技的助力，对于远在雨林的护林员与生物学家们而言，守护他们所热爱的这片绿色土地，不再是一个人的战斗。期待更多的伙伴加入，共同努力，积小行动，谋大进展，最终实现科技普济天下，构建万物互联的智能世界。