人工智慧的影片辨識技術,能防止鯊魚攻擊人類嗎?

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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
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
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本文獲合作媒體 36kr 授權轉載。 對於海灘城市來說,鯊魚一直是一個威脅。雖然鯊魚的無端攻擊帶來的致死率並不高,但是出現鯊魚,會嚇跑很多人。如果是頻繁出現鯊魚,後果可想而知。在澳洲,很多人都想殺了鯊魚,但是很多人也反對殺害鯊魚。所以,就有了鯊魚監測的做法,但是人力監測鯊魚,不僅勞動力成本高,而且效率也很低。於是,一些新創公司將人工智慧運用到了監測鯊魚過程中,雖然也存在一些障礙,但看來也是一個可行的方法。文章原發表在 《大西洋月刊》,由 36 氪 編譯。

澳洲,可能是少數幾個會因為大白鯊引發激烈政治辯論的國家之一。因為在這裡,無端的鯊魚襲擊致死率居世界之首。在過去 10 年中,澳洲平均每年有 2.1 人死亡。雖然這是一個非常低的風險,但對於主要生活在海岸附近,又非常熱愛水的澳洲人來說,這仍然是一個問題。解決這個問題的方法——用鯊魚網或有餌的釣線殺死鯊魚——在許多批評人士看來,過於激進了。

這也讓一些官員和保護主義者接受了新的鯊魚監測系統,使用人工智慧技術自動辨識水中的鯊魚。儘管這項技術還處於早期階段,仍然存在許多障礙。但人工智慧支持的鯊魚監測系統的支持者希望,這種系統能為澳洲對立的政治派別提供一個中間立場,因為這些派別經常在對付鯊魚攻擊的致命性和非致命性方法上爭執不休。隨著科技新創公司尋求將他們的創新成果推廣到人類與鯊魚相遇比較頻繁的地區——不僅僅是澳洲,還有加州和開普敦。自然資源保護主義者們希望,有一天鯊魚和人類能夠和平共處。

「很明顯,使用這種技術,海灘遊客和海灘娛樂活動將變得更加安全,但對我們來說,不要打擾海洋生物也很重要。」雪梨科技大學的納賓·夏爾馬(Nabin Sharma)表示。「這是鯊魚和人類雙贏的局面。」

現在,澳洲有一些加強鯊魚監測的方法,使用無人機在新南威爾士州的 40 個海灘和東海岸昆士蘭的 8 個海灘巡邏。每小時一次,設備的最大飛行時間為 28 分鐘,其餘時間處於待機狀態。除了辨識像激流這樣的游泳危險區域之外,十幾架無人機還配備了一種叫鯊魚監測器的人工智慧演算法,它可以區分游泳者、衝浪者、船隻、魟、海豚和鯊魚等物體。

這種無人機由 Ripper Group 開發,並得到了澳洲西太平洋銀行的支持。無人機的演算法經過從澳洲海灘上拍攝的影片的訓練,可以識別出不同的物體。「人工智慧系統在部署後可能不會立即運行,因為還有很多未知的場景。」夏爾馬說,他與邁克爾·布盧曼斯坦(Michael Blumenstein)以及雪梨科技大學的其他人工智慧研究人員一起工作。「在進一步微調的基礎上,它將變得更好、更準確。」

另一個被稱為「智慧浮標」(Clever Buoy)的鯊魚監測系統,由位於伯斯的智慧海洋系統(SMS)開發,依靠水下聲納陣列發出聲波脈衝,並返回附近物體的迴聲。這種主動聲納可以追踪在一定半徑內的任何大型海洋動物,與許多鯊魚研究人員用來追蹤帶有發射器的特定鯊魚的被動聲學系統不同。「我們正在開發一種海洋模式的識別算法。」SMS 的聯合創辦人兼執行董事克雷格•安德森(Craig Anderson)表示。「海洋中的每一種動物都有自己獨特的聲學指紋,這種指紋就是它游泳的方式。」

如果系統中的模式辨識軟體辨識出這個物體獨特的游泳動作屬於大型鯊魚,而不是海豚,智慧浮標就會向救生員發出警報。警報中的文本會提示他們打開一個行動應用程式,裡面會顯示更多有關鯊魚大小的資訊,並讓他們使用可以更新的 GPS 坐標來追踪鯊魚的位置。

2015 年,澳洲新南威爾士州政府宣布了一項為期五年的規劃,在東海岸的海灘安裝智慧浮標。這個系統已部署在雪梨附近的邦迪海灘和西海岸伯斯市等主要海灘城市的海灘。在澳洲和南非舉行的世界衝浪聯盟錦標賽期間,這個系統也提供了保護。

當然,這些方法也有局限性。無論是鯊魚監測系統還是智慧浮標,都無法分辨出特定鯊魚物種之間的差異——這一因素可能對人類的潛在威脅產生巨大影響。「我們學習的下一步是區分鯊魚的種類。」安德森說。「如果它是一條友善、可愛的鯊魚。我們不想關閉海灘,把人們從水裡拉出來。」

這些區別很重要。在已知的 400 多種鯊魚中,只有大約 30 種鯊魚在無端攻擊人類的事件中表現出積極的特徵。但是澳洲有其中 22 種鯊魚,會參與了無端的致命攻擊。此外,澳洲水域還有三種經常發動致命攻擊鯊魚:虎鯊、公牛鯊和大白鯊。

然而,政治和媒體對鯊魚襲擊的反應,與鯊魚襲擊受害者死亡的可能性相比不大相稱。據位於蓋恩斯維爾的佛羅里達自然歷史博物館的國際鯊魚襲擊檔案顯示,2017 年,全球範圍內無端的鯊魚攻擊只有 88 起,其中包括 5 起致命事件。相比之下,每年大約有 3500 名美國人死於意外溺水。同時,人類每年殺死大約 1 億條鯊魚。就連好萊塢電影《大白鯊》(Jaws)中臭名昭著的大白鯊,也從海洋的頂級捕食者變成了一個容易成為漁船攻擊的脆弱目標。

關於鯊魚的行為和物種,存在太多的未知因素,從而無法解釋為什麼近年來鯊魚發動攻擊的總次數似乎有所上升。例如,沒有證據表明,某些受法律保護的鯊魚物種的恢復與鯊魚襲擊風險變得更大有關。相反,鯊魚專家說,更大的因素是,有更多的游泳者和衝浪者進入了水中。

「在加州,有證據表明,在很大程度上,鯊魚對人類的攻擊頻率變高,是因為過去 20 到 25 年中水上活動的大幅增加。」加州立大學鯊魚實驗室主任、海洋生物學家克里斯托弗·洛(Christopher Lowe)說。「儘管鯊魚的數量有可能上升,但人均咬傷率實際上在下降。」

但鯊魚襲擊的影響,並不僅限於肢體或生命損失的悲劇。即使是單獨的鯊魚襲擊也能嚇跑海灘遊客,對依賴當地人群和遊客的商家造成影響。短時間內發生的一系列鯊魚襲擊事件,可能會損害一個社區的安全感,因為所有的家庭都可能目睹在近海發生的襲擊事件。

「如果你和世界上任何一個出現鯊魚咬傷地區的人交談,他們會說,當一兩次鯊魚咬傷發生時,這是令人難以置信的悲傷和悲劇。」南非開普敦鯊魚觀察者計畫的負責人薩拉·沃利斯(Sarah Waries)說。「尤其是一連串的鯊魚咬傷使一個社區的人不再感到安全時。你根本不能體會到那種難以置信的內心情感反應。」

2004 年,開普敦遭受了一連串的鯊魚襲擊,隨後採取了行動。當地的商業和衝浪者社區開始非正式地組織救生員和警衛,用望遠鏡觀察 False Bay 附近的海灘。如果監測員看到有鯊魚接近海灘,他會用無線電通知海灘上的監測員,後者會手動啟動一個簡單的警報系統,其中包括不同顏色的旗幟和警報,提醒人們離開水面。

開普敦市和拯救海洋基金會提供資金,幫助這項工作發展成為正式的鯊魚監測計劃(與澳洲無人機計劃無關)。14 年來,這個計畫顯示,一個低技術的社區方法如何幫助降低鯊魚襲擊的風險。

和澳洲一樣,南非的鯊魚監測計劃也嘗試過使用無人機。但是這些無人機的電池壽命有限,續航時間只有 15 到 20 分鐘,加上這地方的大風天氣,使得它們在持續監測鯊魚方面沒有什麼效果。不過,在人類監測員作出初步發現後,它們在幫助確認特定鯊魚物種的身份上很有用。

在高桿或高塔上面安裝固定的攝影機來自動發現鯊魚,是一個更有希望的努力。鯊魚監測計劃已經與位於瑞士洛桑的一家名為 PatternLab 的公司合作,開發了必要的模式辨識軟體。但與澳洲相比,南非的計畫通常只佔用了有限的資源。

就美國鯊魚研究人員而言,他們似乎對最新的「智慧」鯊魚監測技術持更加謹慎的態度——特別是考慮到它們無法區分不同的鯊魚種類時。「大白鯊和我們在沃盧夏縣看到的黑鰭鯊是截然不同的生物。」佛羅里達自然歷史博物館佛羅里達鯊魚研究項目負責人加文·納勒(Gavin Naylor)說。「之間的差別,就像人類和狗相比一樣。」

麻薩諸塞州海洋漁業部門的海洋生物學家格雷戈里·斯科爾(Gregory Skomal)說,環境也是技術有效性的一個影響因素。他列舉了在當地水域測試這種設備的費用和缺乏資金的情況。「這些技術能否發揮效用,將在很大程度上取決於你試圖部署它們的區域。」斯科爾說。「在澳洲開發的用於清澈水源的東西在科德角的渾濁水域可能不會有效。」

儘管如此,如果這些技術能夠幫助澳洲,在保護人類和保護受威脅的海洋物種之間取得更好的平衡,那就意味著出現在水中的血液將大大減少,其他地方對這些創新的支持也會增加。就目前的情況而言,高昂的價格並沒有挫傷澳洲創業公司拓展市場的熱情。Ripper Group 的運營長本·特羅洛普 ( Ben Trollope ) 表示,Ripper Group 一直在與七個不同的國際組織討論,將無人機監控擴展到全球。

「我認為我們很快就會在佛羅里達和麻薩諸塞州部署。」安德森說。「這只是我們所認為的重大推廣的開始。」


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