用聲音監(jiān)控來拯救雨林

王治鈞

保護(hù)雨林刻不容緩

雨林對(duì)氣候調(diào)節(jié)起到非常重要的作用。眾所周知，陸地和海洋表面的水蒸發(fā)變成水蒸氣，水蒸氣上升到一定高度之后遇冷液化成小水滴。這些小水滴組成了云，它們?cè)谠评锘ハ嗯鲎玻喜⒊纱笏?。?dāng)它重到空氣托不住的時(shí)候，就從云中落了下來，形成了雨。在巴西，構(gòu)成雨水的70%的水蒸氣實(shí)際上來自于亞馬孫雨林——它每天向大氣蒸發(fā)200億噸水，這比亞馬孫河（世界上最大的河）每天排放到大海的170億噸水還要多。

雨林地帶濕潤的氣候保證了植物的快速生長，并使其成為充滿生機(jī)的生物生態(tài)區(qū)，地球上超過一半數(shù)量的動(dòng)物和植物生活在其中。然而，在過去的百年里，熱帶、溫帶雨林卻遭受到了人類的大肆砍伐和破壞，曾經(jīng)覆蓋著14%地球土地表面的雨林，現(xiàn)在只剩下6%，全世界雨林覆蓋區(qū)域面積依然在不斷萎縮、迅速消失，生活在其中的物種正面臨失去棲息地而滅絕的危險(xiǎn)，生物多樣性遭到嚴(yán)重威脅。

非法砍伐是造成雨林消失的主要原因之一。盜砍盜伐破壞雨林，會(huì)對(duì)氣候變化和野生動(dòng)植物造成嚴(yán)重威脅，因此，如何遏制打擊盜伐者，成為拯救熱帶雨林的大難題。

雨林斗士

2011年夏天，托弗·懷特（Topher White）作為保護(hù)動(dòng)物志愿者來到印度尼西亞婆羅洲島的雨林。初入雨林深處，犀鳥的叫聲、嗡嗡的蟬聲、長臂猿的長嘯，都讓他大開眼界，雨林生物繁雜的聲音給他留下了深刻的印象。

為此，他收集了雨林的聲音，并做了進(jìn)一步分析。但就在他將不同種類的聲音逐一區(qū)隔開來時(shí)，竟然無意中在背景音里聽到了密林深處的電鋸聲，這實(shí)在是太令人震驚了，因?yàn)檫@個(gè)地方事實(shí)上是長臂猿保護(hù)區(qū)，當(dāng)?shù)夭粌H花了大量精力來保護(hù)雨林，而且有三名全職護(hù)林員駐守在這片保護(hù)區(qū)的附近，怎么會(huì)出現(xiàn)伐木者？

幾天后，托弗再次來到這片雨林，在5分鐘的步行路程中，他偶然遇見有人正鋸倒一棵樹。這里雖然離護(hù)林站僅數(shù)百米遠(yuǎn)，可護(hù)林員們確實(shí)聽不見電鋸聲，因?yàn)樯直旧淼母鞣N聲音此起彼伏掩蓋了電鋸聲，這看起來很不可思議，但它確實(shí)在茂密的雨林里發(fā)生了。

事實(shí)上，其他雨林也存在類似情況。為了保護(hù)雨林，數(shù)量有限的護(hù)林員經(jīng)常穿梭在雨林中，他們需要克服很多自然環(huán)境帶來的不便，耗費(fèi)大量的時(shí)間與體力各處巡視，漫無目標(biāo)地尋找盜伐者。但這種疲于奔命的工作效果非常不理想，僅靠人力來尋找并阻止伐木行為，和盜砍盜伐打游擊戰(zhàn)，真是防不勝防的。

如何準(zhǔn)確找到并制止非法砍伐？這是擺在各個(gè)雨林國家面前的實(shí)際問題。

雨林中的盜伐者

托弗構(gòu)想的系統(tǒng)工作原理

有人曾想過利用衛(wèi)星監(jiān)控等高科技技術(shù)來解決這一問題。但事實(shí)上，當(dāng)你身處發(fā)展中國家的雨林當(dāng)中，你會(huì)發(fā)現(xiàn)操作簡單、切實(shí)可行且易于大規(guī)模推廣的方法才是行知有效的。

變廢為寶

擁有物理學(xué)和工程學(xué)學(xué)歷的托弗·懷特從工程師角度多番思考這個(gè)問題：如果想低成本地建立一個(gè)阻止非法砍伐的系統(tǒng)，那首先要幫助護(hù)林員們知道森林里發(fā)生了什么事。

托弗發(fā)現(xiàn)這片雨林里擁有良好的手機(jī)信號(hào)，那是否可以利用手機(jī)設(shè)備去監(jiān)聽、用程序去分析森林里的聲音，設(shè)備監(jiān)聽到電鋸聲后自動(dòng)觸發(fā)警報(bào)，通報(bào)給護(hù)林員準(zhǔn)確的地址呢？說干就干。在托弗構(gòu)想的系統(tǒng)中，當(dāng)森林中的電鋸聲被聽見的那一刻，這個(gè)裝置就會(huì)擷取電鋸聲，透過現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)GSM手機(jī)網(wǎng)發(fā)出警示給當(dāng)?shù)氐淖o(hù)林員，這樣，護(hù)林員們就可以即時(shí)出現(xiàn)、阻止非法砍伐了。

被丟棄的舊手機(jī)

托弗·懷特及其制造設(shè)計(jì)的森林“報(bào)警器”

不過，實(shí)施這個(gè)項(xiàng)目也存在一定挑戰(zhàn)：即如何在高溫、高濕和沒有固定電源的環(huán)境下收集和傳輸聲音數(shù)據(jù)？重新設(shè)計(jì)一款設(shè)備肯定是昂貴的，于是他想到了一個(gè)最便宜、最迅速的方法——舊手機(jī)。如果樹上的裝置是舊手機(jī)的話，成本將會(huì)變得相當(dāng)?shù)汀驗(yàn)槭謾C(jī)中的聲音傳感器不需要重新設(shè)計(jì)就可以直接拿來聆聽森林的聲音。另外，每年全球都有幾億只舊手機(jī)被丟棄，變廢為寶才是舊手機(jī)最佳的處置方法。

托弗按照雨林濕熱氣候設(shè)計(jì)了一個(gè)手機(jī)保護(hù)盒，為了解決充電問題，他在家里設(shè)計(jì)了一個(gè)獨(dú)特的太陽能充電面板（這也是工業(yè)生產(chǎn)過程中回收的剩料副產(chǎn)品），使該裝置能夠在樹冠下通過太陽能發(fā)電，從而使所有裝置能夠持續(xù)使用，而不用頻繁帶回基地充電。

從遠(yuǎn)處看來，這個(gè)設(shè)備在樹冠下相當(dāng)不起眼，但它們卻能接收到遠(yuǎn)至1000米處的電鋸聲，范圍可覆蓋約3平方千米。做完第一個(gè)測(cè)試版后，托弗把它帶到印度尼西亞一個(gè)經(jīng)常遭到盜砍盜伐的長臂猿保護(hù)區(qū)，安裝完第二天，這個(gè)設(shè)備就獲取到非法砍伐的電鋸聲，并即時(shí)發(fā)出了第一封電子郵件。收到這封警示電郵，托弗立刻動(dòng)身去阻止那些伐木者。他和同伴的到來讓盜木者們吃了一驚，畢竟他們之前從來沒有被發(fā)現(xiàn)過。

這次的成功實(shí)踐使托弗確信這套簡易系統(tǒng)是切實(shí)可行的，一旦通報(bào)時(shí)間縮短，就可以在伐木卡車進(jìn)入林區(qū)附近、或是鋸木聲響起時(shí)及時(shí)制止，從而大幅降低巡邏守林員的成本和風(fēng)險(xiǎn)。很快，這件事就在網(wǎng)絡(luò)上傳開了，來自世界各地的人通過電子郵件和打電話咨詢，希望也能安裝這套“報(bào)警器”。

掛在樹上的設(shè)備

升級(jí)改造后的守衛(wèi)者

和全球多個(gè)雨林管理機(jī)構(gòu)溝通后，托弗確認(rèn)了在很多深受盜伐者困擾的雨林周邊地區(qū)其實(shí)是有手機(jī)信號(hào)的，更令人驚喜的是世界各地的環(huán)境保護(hù)組織和一些有環(huán)保意識(shí)的人都愿意免費(fèi)為他提供舊手機(jī)以進(jìn)行設(shè)備的改造。

平臺(tái)和挑戰(zhàn)

托弗認(rèn)為他最初設(shè)計(jì)的版本其實(shí)并不是什么高科技解決方案，只是就地取材。通過用工程師思維來思考，他相信，即便是不使用手機(jī)，總會(huì)有足夠的東西讓人們建構(gòu)相似的解決方案，并在新環(huán)境中發(fā)揮良好的作用。

為了持續(xù)改進(jìn)這個(gè)設(shè)備，服務(wù)更多雨林，托弗成立了一個(gè)非盈利政府組織——Rainforest Connection（RFCx）雨林保護(hù)組織，他大量回收舊手機(jī)，對(duì)已有的設(shè)備進(jìn)行升級(jí)改造。與此同時(shí)，隨著設(shè)備的增多，項(xiàng)目越來越復(fù)雜，RFCx也面臨很多技術(shù)挑戰(zhàn)。比如，如何在后端平臺(tái)上安全有效地存儲(chǔ)和管理這些龐大且不斷增長的數(shù)據(jù)？如何對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)、快速的分析，并準(zhǔn)確告知進(jìn)行日志記錄的位置……面對(duì)如此龐大的數(shù)據(jù)管理與算法優(yōu)化，必須采用系統(tǒng)性的技術(shù)支持來提升創(chuàng)新方案，但這明顯超出了這個(gè)非政府組織的能力，于是一些科技企業(yè)，比如谷歌（Google）和華為，也開始參與其中。

RFCx的一些項(xiàng)目曾和谷歌合作，實(shí)時(shí)分析音頻數(shù)據(jù)，識(shí)別卡車、電鋸等與砍伐有關(guān)的聲音，同時(shí)通過聲音記錄了解雨林生物的行為;RFCx開發(fā)了一套以華為手機(jī)設(shè)備為核心的太陽能式雨林監(jiān)聽系統(tǒng)，名為“守衛(wèi)者（Guardian）”。這些守衛(wèi)者散布在雨林各地，能夠在高溫高濕、烈日暴雨等極端環(huán)境下保持24小時(shí)不間斷通話，從而監(jiān)聽熱帶雨林中密集而繁復(fù)的聲音，并將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳遞到云端搭載了人工智能系統(tǒng)的服務(wù)器中。一旦監(jiān)測(cè)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)盜伐異響，比如電鋸或卡車聲，便會(huì)第一時(shí)間將具體盜伐定位推送給當(dāng)?shù)氐淖o(hù)林員，幫助他們快速進(jìn)行搜查。此外，RFCx也正和華為展開一系列密切合作，開發(fā)包括采集設(shè)備、存儲(chǔ)服務(wù)、智能分析的創(chuàng)新平臺(tái)，利用系統(tǒng)的人工智能技術(shù)幫助讀懂動(dòng)物的聲音，從而為瀕危動(dòng)物提供援助。

人工智能帶來的新提升

哥斯達(dá)黎加雨林中的蜘蛛猴

現(xiàn)如今，RFCx正在使用更好的技術(shù)來幫助保護(hù)雨林。

對(duì)于RFCx已經(jīng)收集多年的錄音數(shù)據(jù)，華為幫助調(diào)整這些數(shù)據(jù)中的電鋸監(jiān)測(cè)模型精度。比如在初期版本中，根據(jù)雨林組織的反饋，蚊子的聲音經(jīng)常被誤報(bào)成電鋸聲，人耳也很難分辨出這兩種聲音。對(duì)這類誤報(bào)數(shù)據(jù)，RFCx開始利用蚊子聲音數(shù)據(jù)對(duì)模型進(jìn)行重新訓(xùn)練。經(jīng)過反復(fù)測(cè)試與提煉，最新的模型應(yīng)用可以探測(cè)到96%的電鋸事件。隨著模型的不斷改善與優(yōu)化，發(fā)生錯(cuò)誤警報(bào)的情況也越來越少。

有了AI科技的助力，采用相同技術(shù)可以更快分辨電鋸、鳥類和其他動(dòng)物的聲音，對(duì)聲音的研究是一種新的科學(xué)工具。生物學(xué)家和生態(tài)學(xué)家在很多場(chǎng)合都可以利用這套系統(tǒng)，無論是在人跡罕至的雨林，還是倫敦的公園，甚至托弗披露有一些請(qǐng)求是希望將設(shè)備用于監(jiān)聽城市里的槍聲，或者用于追蹤非法漁船。

此外，在哥斯達(dá)黎加雨林項(xiàng)目里，除了盜伐行為，蜘蛛猴等瀕危物種成為另外的研究對(duì)象。華為與RFCx構(gòu)建了蜘蛛猴語言智能分析模型，通過AI技術(shù)來識(shí)別它的叫聲并實(shí)時(shí)發(fā)送精準(zhǔn)定位。

為了更好地保護(hù)雨林，我們采取了各種切實(shí)可行的措施和技術(shù)，但這還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，還需要政府、企業(yè)和民眾等多方的關(guān)注和參與。

（責(zé)任編輯 / 岳萌美術(shù)編輯 / 鄭博仁）