智慧環(huán)保未來很驚艷

劉國(guó)偉

人工智能是新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的重要驅(qū)動(dòng)力量，加快發(fā)展新一代人工智能，事關(guān)我國(guó)能否抓住新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的戰(zhàn)略機(jī)遇。在環(huán)保領(lǐng)域，已有不少身懷人工智能和大數(shù)據(jù)技術(shù)的企業(yè)躍躍欲試。那么，人工智能等技術(shù)在環(huán)保領(lǐng)域的哪些方面大有用武之地？請(qǐng)看世界各國(guó)的一些成功案例。

超級(jí)項(xiàng)目“地球人工智能”

人工智能（AI，Artificial Intelligence的縮寫）雖然在當(dāng)下風(fēng)靡大江南北，但其概念尚未達(dá)成普遍共識(shí)。按照現(xiàn)代人工智能概念提出者約翰·麥卡錫的說法，機(jī)器未必要像人一樣思考才能獲得智能，重點(diǎn)在于讓機(jī)器能解決人腦所能解決的問題?？v觀天下，人腦所能解決的問題成千上萬，但是有些問題真要用人腦來解決，不僅靡費(fèi)時(shí)光和金錢，效果也未必佳，這時(shí)候就該人工智能登場(chǎng)了。美國(guó)微軟公司目前主推的“地球人工智能”就是這樣一個(gè)超級(jí)項(xiàng)目。

2017年，微軟發(fā)起“地球人工智能”計(jì)劃時(shí)，指出該計(jì)劃主要為農(nóng)業(yè)、水資源、生物多樣性和氣候變化這四大領(lǐng)域的問題提供可持續(xù)的解決方案，因?yàn)檫@些領(lǐng)域被視為涉及地球健康和人類未來的關(guān)鍵領(lǐng)域。在新加坡出生的數(shù)據(jù)科學(xué)家卓偉雄（Wee HyongTok）率領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)，試圖用人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)和云技術(shù)來解決當(dāng)前世界上最棘手的一些問題，他們獲得了微軟5000萬美元的資金支持，目前已取得不俗成績(jī)。以地表覆蓋遙感制圖為例，這項(xiàng)工作的傳統(tǒng)做法耗時(shí)耗力，但使用機(jī)器學(xué)習(xí)算法后，人工智能技術(shù)用10分鐘就處理完2億多張衛(wèi)星圖片，為人類應(yīng)對(duì)城市化、污染、植被退化以及自然災(zāi)害等諸多環(huán)境挑戰(zhàn)提供了極大便利。在過去，這項(xiàng)工作需要耗費(fèi)數(shù)月才能完成。

農(nóng)場(chǎng)節(jié)拍：幫農(nóng)民規(guī)劃種植方案

微軟另一個(gè)著名的“農(nóng)場(chǎng)節(jié)拍”項(xiàng)目，則是為數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)型農(nóng)業(yè)而開發(fā)的，旨在幫助印度和美國(guó)的農(nóng)民以更科學(xué)的方式調(diào)整種植方案，以讓他們獲得更好的收成。

微軟還使用機(jī)器學(xué)習(xí)的方法監(jiān)控野生動(dòng)物的行為，并對(duì)當(dāng)下的自然保護(hù)工作進(jìn)行評(píng)估。微軟用精密算法支持美國(guó)康奈爾大學(xué)鳥類學(xué)實(shí)驗(yàn)室的大象監(jiān)聽項(xiàng)目，幫助科學(xué)家研究中亞吉爾吉斯斯坦雪豹和非洲剛果大象的數(shù)量，甚至幫助研究人員和生態(tài)保護(hù)者區(qū)分森林大象的聲音與熱帶雨林中的其他雜音。

微軟的“預(yù)感”項(xiàng)目則分析蚊子從同一生態(tài)系統(tǒng)中的其他動(dòng)物身上吸走的血液，來收集有價(jià)值的生態(tài)數(shù)據(jù)。該項(xiàng)目也用到人工智能技術(shù)。

植物醫(yī)生：建全球最大病蟲害數(shù)據(jù)庫

出于對(duì)氣候變化、人口增長(zhǎng)和糧食安全的擔(dān)憂，越來越多的國(guó)家也用人工智能技術(shù)，來保障和改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境。有國(guó)外市場(chǎng)研究媒體認(rèn)為，這些大體可分為三類：農(nóng)作物和土壤檢測(cè)，即利用計(jì)算機(jī)視覺和深度學(xué)習(xí)算法來處理由無人機(jī)結(jié)合軟件技術(shù)獲取的農(nóng)作物和土壤數(shù)據(jù);農(nóng)業(yè)機(jī)器人，即能以更高效率收獲農(nóng)作物和干好其他農(nóng)活的智能機(jī)器人;預(yù)測(cè)分析，即利用機(jī)器學(xué)習(xí)模型跟蹤和預(yù)測(cè)對(duì)農(nóng)作物產(chǎn)量產(chǎn)生影響的環(huán)境因素。

2017年起，印度農(nóng)民在田間地頭使用的手機(jī)應(yīng)用（ APP）“植物醫(yī)生”（Plantix），就是上述第一類農(nóng)作物檢測(cè)應(yīng)用。該APP是總部位于德國(guó)柏林的只有30人的匹特公司為農(nóng)民和園丁等開發(fā)的，能夠借助圖像識(shí)別，診斷植物病蟲害和營(yíng)養(yǎng)缺乏并提供可持續(xù)性的處理方案，還可為用戶提供社區(qū)網(wǎng)絡(luò)討論問題。匹特公司憑借“植物醫(yī)生”吸引了兩輪風(fēng)險(xiǎn)投資，在2017年9月被《財(cái)富》雜志列為“改變世界”的6家公司之一。

“植物醫(yī)生”APP開發(fā)于2016年。它利用深度學(xué)習(xí)技術(shù)，從全球上百萬用戶每天上傳的新圖像中不斷學(xué)習(xí)和提高自己的診斷能力，建立起全球最大的植物病蟲害數(shù)據(jù)庫，對(duì)土壤營(yíng)養(yǎng)和病蟲害問題給出醫(yī)治和預(yù)防措施。截至2017年底，全球155個(gè)國(guó)家的用戶安裝使用了該APP，受到業(yè)內(nèi)主流媒體的追捧。匹特公司因此還與國(guó)際半干旱熱帶作物研究所（ICRISAT）、國(guó)際玉米和小麥改良中心（CIMMYT）和國(guó)際應(yīng)用生物科學(xué)中心（CABI）等建立了合作關(guān)系。在印度這樣一個(gè)幅員遼闊，農(nóng)業(yè)飽受干旱和現(xiàn)代化手段缺乏等問題困擾的國(guó)家，農(nóng)民們經(jīng)常用不同的名詞形容同一種植物病蟲害，而圖像識(shí)別技術(shù)顯然能克服農(nóng)民語言溝通上的障礙。有鑒于此，印度安得拉邦甚至把“植物醫(yī)生”APP納入到當(dāng)?shù)卣耐茝V服務(wù)中來。

農(nóng)場(chǎng)直擊：精確顯示農(nóng)場(chǎng)虧損及原因

瑞士作物保護(hù)和種子生產(chǎn)商先正達(dá)開發(fā)的APP——“農(nóng)場(chǎng)直擊（ FarmShots）”，它不同于“植物醫(yī)生”，其特色是利用高分辨率衛(wèi)星和無人機(jī)成像設(shè)備搜集數(shù)據(jù)，并分析、傳送植物的健康狀況，甚至能精確顯示農(nóng)場(chǎng)出現(xiàn)的虧損以及具體原因。該APP甚至可以安裝在簽有數(shù)據(jù)協(xié)議的拖拉機(jī)上，用類似平板電腦的界面跟蹤農(nóng)場(chǎng)各部門使用的種子、肥料、水、除草劑和殺蟲劑的數(shù)量，有效避免資源浪費(fèi)和不必要的成本支出。值得一提的是，中國(guó)化工已經(jīng)在2017年斥資430億美元收購(gòu)了先正達(dá)。

杰斐遜項(xiàng)目：人工智能守護(hù)喬治湖

位于美國(guó)紐約州的喬治湖因其旖旎的風(fēng)光，被稱為“全美湖泊女王”，是北美著名的旅游勝地。多年來，環(huán)保組織和研究機(jī)構(gòu)對(duì)喬治湖寶貴的淡水資源不斷進(jìn)行監(jiān)測(cè)和保護(hù)。

過去30多年來，許多專家關(guān)注著這個(gè)湖泊，發(fā)現(xiàn)它的藻類和化學(xué)物質(zhì)水平變化很大。其中一個(gè)重要原因是冬季附近公路上使用的融雪鹽進(jìn)入湖里，這對(duì)整個(gè)湖泊的生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生了不利影響。為了科學(xué)準(zhǔn)確地對(duì)喬治湖的現(xiàn)狀進(jìn)行評(píng)估和管理。2014年伊始，美國(guó)IBM公司和倫斯勒理工學(xué)院合作開展了治理喬治湖的“杰斐遜”項(xiàng)目，收集、篩選大量數(shù)據(jù)并開展分析。

60多名專家和學(xué)者參與該項(xiàng)目，他們耗費(fèi)18個(gè)月時(shí)間從湖面浮標(biāo)和取樣站中的傳感器獲得了海量數(shù)據(jù)，精細(xì)程度前所未有。利用這些數(shù)據(jù)，專家們每天精確記錄降水、風(fēng)速和溫度信息，詳細(xì)計(jì)算出流入湖泊的徑流數(shù)量，還對(duì)湖泊中受鹽度影響最大的6個(gè)地區(qū)的鹽分水平進(jìn)行測(cè)量。團(tuán)隊(duì)采用圖像識(shí)別軟件來研究湖內(nèi)浮游生物，最終發(fā)現(xiàn)湖水生態(tài)和各種威脅因素之間的相關(guān)性。該成果不僅有助于喬治湖水資源的保護(hù)，也有助于為世界各地淡水水體的保護(hù)探出新路。

牡蠣的互聯(lián)網(wǎng)：讓養(yǎng)殖戶減少損失

在澳大利亞的塔斯馬尼亞，由于擔(dān)心養(yǎng)殖區(qū)受到工業(yè)污染物影響，每當(dāng)天降大雨后，養(yǎng)殖場(chǎng)都要按政府要求關(guān)閉養(yǎng)殖區(qū)，這給養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)帶來不利影響。為此，澳大利亞耶爾德農(nóng)業(yè)科技公司用人工智能和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)開發(fā)出“牡蠣的互聯(lián)網(wǎng)”系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用遍布河口的實(shí)時(shí)傳感器持續(xù)監(jiān)控養(yǎng)殖區(qū)周圍的水質(zhì)，獲得的數(shù)據(jù)發(fā)往微軟的“天藍(lán)（Azure）”云計(jì)算平臺(tái)，再通過機(jī)器學(xué)習(xí)和分析，為養(yǎng)殖戶和監(jiān)管機(jī)構(gòu)提供預(yù)測(cè)。該解決方案為牡蠣養(yǎng)殖戶顯著減少了因降雨造成的養(yǎng)殖區(qū)關(guān)閉時(shí)間，養(yǎng)殖戶由此每年多出了4周的正常養(yǎng)殖時(shí)間。

易鳥：觀鳥者繪制的鳥類全景圖

2013年的一個(gè)早晨，退休的美國(guó)野生生物學(xué)家鮑勃·馬丁卡在蒙大拿州的草原上，用望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)一棵楊樹上落了12只大藍(lán)鷺，然后他掏出自己的智能手機(jī)，他沒有打電話而是把鳥群的數(shù)量和品種信息輸入一個(gè)APP，系統(tǒng)又將信息傳送給位于紐約的研究人員。他使用的APP來自業(yè)內(nèi)鼎鼎大名的鳥類保護(hù)項(xiàng)目“易鳥（eBird）”，這是美國(guó)康奈爾大學(xué)的非營(yíng)利組織鳥類學(xué)實(shí)驗(yàn)室承擔(dān)的研究項(xiàng)目。

無數(shù)如鮑勃·馬丁卡這樣的觀鳥者用自己的肉身做了該實(shí)驗(yàn)室的“生物傳感者”，他們上報(bào)看到鳥類的時(shí)間、地點(diǎn)、數(shù)量和種類。馬丁卡目擊的12只大藍(lán)鷺不過是滄海一粟，但集腋成裘，數(shù)百萬份這樣的信息會(huì)為科學(xué)家繪出一幅巨大的全景圖。

自從2002年項(xiàng)目啟動(dòng)以來，“易鳥”的鳥類活動(dòng)數(shù)據(jù)每天都在增長(zhǎng)中。截至本文發(fā)稿，該數(shù)據(jù)庫里的鳥類圖片有9800066張，音頻412627份，視頻57993份，記錄了分布在200多個(gè)國(guó)家和地區(qū)的10萬多個(gè)物種?！董h(huán)境與生活》雜志記者發(fā)現(xiàn)，易鳥網(wǎng)站上也有中國(guó)觀鳥者的活躍身影，迄今中國(guó)提供最多記錄的是一位注冊(cè)名為QinHuang的網(wǎng)友，他留下了942條完整記錄。

系統(tǒng)將這些數(shù)據(jù)分門別類整理，以求從雜亂的數(shù)據(jù)中找出規(guī)律。系統(tǒng)也在一邊運(yùn)行，一邊學(xué)習(xí)、測(cè)試、調(diào)整，從而變得越來越完善。根據(jù)這些海量數(shù)據(jù)繪制的鳥類活動(dòng)“熱度圖”，用深淺不一的色彩在黑色地圖上表現(xiàn)鳥類活動(dòng)在時(shí)間和空間中的分布，看起來非常直觀和震撼?？的螤桒B類實(shí)驗(yàn)室的主任約翰·菲茨帕特里克認(rèn)為，“易鳥”徹底改變?nèi)祟愑^察動(dòng)物種群方式，并帶來驚喜。之前，人們認(rèn)為一種叫圃擬鸝的鳥在美國(guó)只有一個(gè)種群，但是“易鳥”生成的“熱度圖”顯示，這種鳥的分布地帶有明顯的分界線，因此專家認(rèn)為它們應(yīng)該是兩個(gè)遺傳學(xué)上相互獨(dú)立的種群。

鼻涕機(jī)器人：從鯨肺中分析環(huán)境毒素

多年來，鯨類保護(hù)專家的一項(xiàng)困難工作就是從鯨類身上取得肺內(nèi)細(xì)胞。有了它，科學(xué)家就可以分析DNA.細(xì)菌和病毒等，從而找出被鯨類吸入的環(huán)境毒素。不過，更重要的是可以分析鯨類的激素水平，因?yàn)榧に啬芊从称渖芷谛畔?，揭示人類在鯨類的自然棲息地活動(dòng)給它們帶來多大壓力。但難就難在，以往研究人員是騎著轟鳴的摩托艇，手握采樣鏢追上并射擊這些對(duì)聲音極其敏感的龐然大物，用給鯨類造成痛苦的侵入式方法取得樣本細(xì)胞。

幾年前，鯨類研究員伊恩·科爾目送一條被采完組織樣本的鯨游入深海后就在想，一定有更便利的方法來完成采樣任務(wù)。他靈光一閃，隨后在美國(guó)馬薩諸塞州的機(jī)器人俱樂部里的大學(xué)生和中小學(xué)生的幫助下，改裝了一架價(jià)格便宜的四螺旋槳無人機(jī)來研究鯨類。用無人機(jī)來觀察鯨類絕非蹭熱點(diǎn)，而是因?yàn)樵诿Ｃ４蠛Ｖ懈櫤陀^察海洋動(dòng)物要比在陸地上難得多，成本也更高。科爾的無人機(jī)從鯨類噴出的水柱（“鼻涕”）中采集了大量數(shù)據(jù)。在給這架無人機(jī)起名時(shí)，一名學(xué)生脫口而出：“鼻涕機(jī)器人（ SnotBot）！”這個(gè)名字于是被正式采用了。

在具體操作上，“鼻涕機(jī)器人”會(huì)在鯨類浮出水面換氣時(shí)飛到其上空，伸出器皿采集其噴出的“鼻涕”。之后，無人機(jī)再用AI技術(shù)來分析收集的數(shù)據(jù)，識(shí)別特定的鯨類并實(shí)時(shí)評(píng)估它們的健康狀況，同時(shí)收集視頻和圖像，這樣并不會(huì)干擾鯨類的日常生活?！氨翘闄C(jī)器人”一經(jīng)使用就有驚艷的表現(xiàn)?？茽柷巴⒗辜佑^察駝背鯨時(shí)，每隔18分鐘收集一次樣本，在一天之內(nèi)就完成了在費(fèi)用高昂的科考船上可能需要幾周時(shí)間才能完成的工作?！氨翘闄C(jī)器人”給各國(guó)科學(xué)家留下深刻印象。如今的科爾已是環(huán)保組織“海洋聯(lián)盟”的領(lǐng)導(dǎo)人，“海洋聯(lián)盟”的理念是“通過研究和公眾教育來保護(hù)鯨類和我們的海洋”?？茽柋硎?，為了讓所有人都能近距離觀察鯨類，他愿意向公眾開放“鼻涕機(jī)器人”技術(shù)。

ET城市腦：助力城市環(huán)境與管理

2017年7月，國(guó)務(wù)院在印發(fā)《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》時(shí)，將“建立安全便捷的智能社會(huì)”視為規(guī)劃的重點(diǎn)任務(wù)。該規(guī)劃明確指出：“圍繞城市管理、環(huán)境保護(hù)等社會(huì)治理的熱點(diǎn)難點(diǎn)問題，促進(jìn)人工智能技術(shù)應(yīng)用，推動(dòng)社會(huì)治理現(xiàn)代化?！敝袊?guó)在邁向經(jīng)濟(jì)大國(guó)的過程中積累了許多環(huán)境問題，這些問題非一朝一夕能夠解決，亟需人工智能技術(shù)的介入和支持。

2018年7月清華大學(xué)發(fā)布的《中國(guó)人工智能發(fā)展報(bào)告2018》指出，中國(guó)人工智能在科技產(chǎn)出和人才投入、產(chǎn)業(yè)發(fā)展和市場(chǎng)應(yīng)用以及社會(huì)認(rèn)知和綜合影響等方面，具有搶眼表現(xiàn)。在產(chǎn)品領(lǐng)域，阿里云推出的“ET城市腦”就使用了人工智能技術(shù)，目前該技術(shù)被馬來西亞用于環(huán)境保護(hù)和交通治理等領(lǐng)域。

2018年4月，“酷哇”機(jī)器人于長(zhǎng)沙橘子洲公園發(fā)布了全球首臺(tái)具備全路況清掃、智能路徑規(guī)劃的無人駕駛掃地車，并展示了道路清掃的實(shí)測(cè)效果，將人工智能技術(shù)和產(chǎn)品首次應(yīng)用到城市環(huán)衛(wèi)的具體場(chǎng)景。我們有理由相信，人工智能技術(shù)在解決環(huán)境問題方面的能力未來還將繼續(xù)攀升。