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预测性人工智能是保护濒危动物的最新武器

  • 2019-07-07 18:20:26

Sothear Chheng在任何地方都是最艰难的工作之一。两代人以前,这是柬埔寨东部胡志明小道的一个偏远角落。现在,在这个充满活力的二月早晨,Chheng带领他的团队进入Srepok野生动物保护区,度过了另一个漫长,令人筋疲力尽,充满危险的一天。

Chheng穿着迷彩绿色,带领七名护林员落在他身后。他们走单个文件。他们坚忍的面孔背叛了决心和轻微的恐惧,他们的眼睛不断扫描动物的网罗,脚印,子弹和摩托车轨道 - 偷偷摸摸的迹象。突然间,远处电锯的声音打破了沉默。

Chheng的脸紧张起来。非法伐木者可能意味着偷猎者。去年,偷猎者杀害了四名柬埔寨护林员,他们在过去的五年里已经杀死了10名护林员,根据负责亚洲游侠训练的游侠联盟亚洲区巡视员兼总裁罗希特·辛格的说法。2月初,非法猎人在一次交火中射杀了一名Srepok游侠。撤离后,偷猎者用13颗子弹抽出他的废弃摩托车。

Chheng抬起手臂让护林员停下来,然后张开双臂,向他们伸出一个标志,在树木后面展开干草和干草。游侠慢慢前进。

柬埔寨的游侠人数不足,面目全非,面临着无情,动机和狡猾的坏人不断攻击保护动物的艰巨任务。“游骑兵每天冒着生命危险,”世界自然基金会(Zero Wild)进行零偷猎活动的辛格说。他的前臂上刻着“护林员”这个词。

更糟糕的是,Chheng和他在Srepok的71名同事巡逻了一个面积为3700平方公里的区域 - 超过洛杉矶的三倍,比新加坡大五倍。

就在20年前,柬埔寨的老虎数量很多。今天,这个国家没有老虎。偷猎使柬埔寨曾经强大的豹子人口濒临灭绝。据“皇家学会开放科学”杂志发表的一项2016年研究显示,不分青红皂白地使用陷阱已经清空整个动物园区,东南亚的113种物种因野生动物狩猎和诱捕而面临迫在眉睫的危险。没有市场价值的野狗和其他动物会腐烂。

对于游侠而言,决定何时何地巡逻以阻止偷猎已经在很大程度上是一种受过教育的猜谜游戏 - 直到现在。

偷猎者的新武器

Chheng在与偷猎者的战斗中拥有一种新武器:野生动物保护保护助理(PAWS),预测性人工智能软件,可以处理大量数据并利用机器学习来建议最有效的巡逻路线。该软件比人类直觉更准确,采用数学建模和博弈论。

作为南加州大学维特比计算机科学家,USC中心人工智能中心(CAIS)联合创始人Milind Tambe教授的心血结晶,PAWS使用算法智能随机化游侠计划,通过保持偷猎者失去平衡来打击偷猎,他们无法确定可利用的巡逻模式。偷猎者不知道游侠何时何地出现。

通过与空间监测和报告工具(SMART)的整合,PAWS可以在明年年初引入非洲和亚洲的约100个野生动物保护区,到2020年底将在全球范围内引入300到600个野生动物保护区,首席技术人员Jonathan Palmer表示SMART伙伴关系的官员,由九个全球保护机构组成的联盟,包括野生动物保护协会(WCS),世界自然基金会和Panthera,以及60多个政府合作伙伴,致力于改善世界各地保护区的管理。

SMART是一种数字跟踪工具,允许护林员收集和管理巡逻数据,帕尔默说,他还兼任WCS战略技术执行总监。保护机构已成功将其部署在世界各地的自然保护区,利用历史数据帮助游侠识别可能吸引非法狩猎和伐木的地区。然而,与PAWS不同,SMART无法预测偷猎热点。这就是SMART和PAWS的结合应该如此强大的原因。

“PAWS将利用五年前甚至无法实现的人工智能,为世界各地的保护区提供见解,”帕尔默说。“这些见解将有助于护林员更好地保护各地的野生动物。”

南加州大学维特比计算机科学助理教授兼CAIS副主任Bistra Dilkina补充说:“我们可以在全球超过55个国家的600个保护区内开展工作。这真的会使PAWS成为打击偷猎行动的最前沿全球范围。“

Tambe,Helen N.和Emmett H. Jones工程学教授,已进行人工智能研究超过30年。他和他的研究团队采用了类似于PAWS的人工智能技术,以提高洛杉矶国际机场的安全性,更好地保护美国港口,并优化部署联邦航空法警以防止飞机恐怖。

“计算机科学领域有一些名字立即出现在人工智能和保护的交叉点上,Milind Tambe就是其中之一,”微软首席环境官卢卡斯·乔帕说,他支持Tambe的AI工作,与他共同撰写关于PAWS的学术期刊文章。“Milind和他的学生是将关键人工智能理论部署到环境保护实践中的真正先驱。”

在柬埔寨的爪子

自去年年底以来,柬埔寨护林员在Srepok野生动物保护区测试了PAWS,结果令人满意。根据Srepok野生动物保护区执法技术顾问詹姆斯·洛伦斯的说法,从PAWS发现的24个游侠巡逻区从12月中旬到1月下旬恢复了1000多个网罗,比人工智能软件部署前增加了一倍多。游骑兵还发现了42辆电锯,24辆摩托车和一辆卡车。

“PAWS帮助我们从被动地位转变为更积极主动的方式,”他说。“我对结果非常满意。”

最初,Lourens说,游侠对PAWS持怀疑态度。然而,当他们看到它的潜力时,士气增加到他们想要花更多时间在场上停止poa的程度

野外测试预计将持续到夏季,由游侠在该软件识别的新的和更大的地区巡逻,一年一度的南加州大学维特比博士的Lily Xu说。与Tambe合作的PAWS学生。为了最大限度地提高成果,PAWS将利用机器学习“整合12月和1月的现场测试数据,这将为我们提供更丰富,更准确的模型,”她说。

最强大的对手

辛格说,在Srepok,估计有20%的偷猎者来自越南和其他亚洲国家,有时与黑手党有关系。他们装备精良,组织良好。在夜间巡逻期间,护林员经常听到偷猎者射杀公园动物。

该国的大多数非法猎人都是柬埔寨人,而且大多是野生野生动物,如野鹿和野猪。原因是:东南亚市场的票价如此之快。

“他们寻找食物和生意,”Srepok野生动物保护区副主任Ly Bora说。

辛格说,通过广泛的教育活动,Srepok护林员成功说服了许多当地人避免非法狩猎。他补充说,在意识到偷猎所带来的生态危险之后,他们中的一些人甚至成立了志愿巡逻队来帮助保护他们的资源。

然而,反偷猎的警告偶尔会被忽视。Nhor Lean认为他理解为什么。几十年前,精益和一群非法猎人捕获了五只老虎;他亲自亲自开枪。他们吃了肉,卖了皮,牙齿和骨头,以获取丰厚的利润。

“当我看到血液从老虎身上流出时,我很高兴,因为我们将获得所有的钱,”Lean说。

2000年,他成为了一名Srepok游侠,因为他对森林的了解以及作为偷猎者的成功而被招募。精益现在跟踪大象用于研究目的以保护它们。尽管如此,尽管如此,邻近地区的少数成员继续偷猎。“他们告诉我,当我能像他一样得到一份好工作时,他们会考虑戒烟,”Lean说。

高赌注

人类在过去500年中经历了第六次大规模灭绝。自然灾害引发了前五次,每次都摧毁了所有物种的80%至90%。然而,与普利策奖获奖作品“第六次灭绝:一个不自然的历史”的伊丽莎白科尔伯特相比,人类对我们当前的困境负有责任。主要原因包括人为引起的气候变化,栖息地丧失和不可持续的狩猎,特别是偷猎。

世界上的老虎数目现在约为4,000。根据世界自然基金会的数据,尽管近年来这种情况略有增加,但仍远低于1900年的10万。今天犀牛的数量从20世纪初的约500,000下降到30,000。同样,在20世纪之交,有数百万只非洲象和大约10万只亚洲象。根据野生动物保护组织的数据,今天估计有大约450,000到700,000只非洲象和35,000到40,000只亚洲象。

栖息地的丧失,有时是通过非法采伐,造成了大部分的下降。然而,非法狩猎在失去如此多的老虎,犀牛和大象方面也起着重要作用。有组织的团伙为他们的皮肤和部件屠杀老虎,用于传统医学,民间疗法,并且越来越多地作为亚洲文化中的地位象征;犀牛为他们的角,也用于中医;和大象的皮肤和象牙象牙,雕刻成珠宝。

不分青红皂白的捕捞和漂流网在全球范围内肆虐野生动植物。根据世界自然基金会2018年的“生命星球报告”,自1970年以来,哺乳动物,鸟类,鱼类和爬行动物的数量下降了60%。植物也消失了。地球脆弱生态系统的风险不可能更高。

“我倾向于将[生物多样性丧失]称为无声杀手,”联合国生物多样性公约执行秘书克里斯蒂娜帕斯卡帕尔默最近告诉BBC新闻。“这种影响并不像气候变化那样明显,但在许多方面,它更加危险。”

环保主义者认为,世界必须立即做出一些重要的改变,以阻止目前的大规模灭绝。建议包括更好地保护陆地和海洋,促进清洁能源以减缓气候变化,减少人口增长以保护自然资源,减少肉类消费,加倍努力打击偷猎和非法野生动植物贩运,每年为犯罪分子捕获数百亿美元。

单独PAWS肯定不会扭转第六次灭绝或停止偷猎 - 这不是银弹。然而,创新软件有可能在打击非法狩猎方面做出有意义的贡献。

“这真的拯救了森林中的动物生命,”洛伦斯说。“我认为它应该用于世界各地的其他公园。”

人工智能在行动

PAWS使用机器学习来根据护林员发现陷阱的时间和地点来预测偷猎者的行为;地形陡峭;动物聚集的河流,溪流和其他水道的位置;南加州大学维特比博士Shahrzad Gholami表示,非法猎人可能会用来进出野生动物保护区的道路。计算机科学学生在该项目上工作。

然后,PAWS生成将自然保护区划分为巡逻网格的地图。偷猎可能性最高的地区用红色标记。

Srepok分为15个区域,其中5个被指定为高风险,5个为中等风险,5个为非法狩猎风险低。徐说,游骑兵发现高风险区域的非法活动几乎是低风险区域的非法活动的五倍,这肯定了PAWS模型的预测准确性。

PAWS还通过Tambe所谓的“智能随机化”为高价值资产提供额外保护。这意味着重要的区域会得到额外的保Gholami说,未来,PAWS可以通过结合天气数据,更好的动物密度信息,甚至甚至是无人机图像来识别偷猎者及其路线,从而变得更加有效。数据越多越好。

“我们希望找出极有可能进行偷猎活动的地区 - 热点,”Gholami说,“帮助公园管理员将资源引导到这些地方,以最大限度地发现偷猎活动,如陷阱和陷阱。”

为了避免将游侠发送到同一区域,PAWS将他们引导到公园的新部分,包括他们可能从未访问过的低风险区域。这样做可以通过混淆潜在的偷猎者来保护动物,Tambe说。

“PAWS可以做的是,”鉴于我正在保护一些高风险区域,是否有其他领域现在会因为没有受到保护而面临更高的风险?“”他解释道。“因此,它将确保对这些其他地区进行随机巡逻,以确保其风险也降低。”

这项研究植根于经济学家和心理学家经常使用的数学博弈论,试图预测对手之间冲突的结果。根据贝叶斯Stackelberg博弈论,进攻(偷猎者)观察防守(公园护林员)以识别并利用安全漏洞。该软件通过创建智能随机化的时间表,让偷猎者猜测。

一个成功的故事

PAWS在柬埔寨的早期成功应该不足为奇。

Gholami表示,在有史以来进行人工智能预测的最大控制野外实验中,乌干达女王伊丽莎白国家公园的护林员在2016年11月至2017年6月期间对PAWS进行了测试。该软件指导护林员进入不常被巡逻的区域,PAWS认为这些区域是偷猎者的磁铁。尽管他们最初持怀疑态度,护林员“去了那些区域并在那里发现了很多陷阱和陷阱。我们的预测模型显示了他们本来会错过的热点,”她说。

为了强调其预测能力,2017年11月至2018年3月期间在乌干达的Murchsion瀑布进行了第二次现场测试。这一次,PAWS打破了数据,以确定非法狩猎的高风险和低风险区域。为防止确认偏差,游侠不知道他们会去哪个地区。正如在伊丽莎白女王的实地测试中一样,PAWS的预测达到了标准,护林员发现使用AI预测的陷阱数量增加了三倍。

“PAWS算法的测试非常令人鼓舞,并且显示了使游侠巡逻更加高效和有效的潜力,”Andrew Plumptre说道,他在为野生动物保护协会工作时帮助监督乌干达的试验。

他们还证明了“PAWS可以针对护林员可能会破坏非法活动的目标,”现在由13个非政府组织组成的环境非营利组织KBA Partnership主要生物多样性秘书处负责人Plumptre补充道。

两次乌干达实地试验的结果有助于导致PAWS与SMART之间即将结束。微软的支持使得将PAWS [和SMART]从桌面移动到Azure [微软的云]成为可能,使它们具有可共享性和可扩展性,“该公司首席环境官Joppa表示​​。整合这两个系统将大大有助于保护动物免受非法猎人的攻击,使得技术可用并且可以方便地到达各地的公园管理员。

AI先驱

对于Tambe来说,PAWS的采用只是三十年职业生涯中的最新高峰。

为了表彰他在使用人工智能方面的卓越地位,Tambe在2016年由白宫科技办公室主办了“人工智能人工智能”研讨会。同年,他与USC Suzanne Dworak-Peck社会工作学院的Eric Rice教授共同创立了社会人工智能中心。在CAIS,首批致力于研究人工智能作为社会福利力量的大学研究所之一,Tambe和其他研究人员利用人工智能来解决从无家可归到健康,从气候变化到军事自杀等各种问题。

他和一名研究生在21世纪初开始研究基于人工智能的博弈论算法。他们发现随机交互可以产生最有效的协调。

利用这种洞察力,Tambe和他的团队创建了ARMOR,洛杉矶国际机场反恐专家于2007年开始使用ARMOR随机安排警察检查站的六个入境道路到洛杉矶国际机场。2009年1月,在前往Century和Sepulveda林荫大道附近机场的途中,随机检查了一辆卡车,共检获10支手枪,5支步枪和1,000发子弹。

该项目的成功导致了该软件的新版本IRIS的创建,以随机化联邦航空法警的航班时刻表。2011年,美国海岸警卫队开始在波士顿港使用Tambe的PROTECT软件,后来在全国其他港口使用。更多

Tambe站在柬埔寨的Srepok野生动物保护区,对于全球潜在的推出以及PAWS与SMART的整合进行了深思熟虑。

“从乌干达的大象到柬埔寨的动物到海洋公园的海豚,在全球范围内拯救野生动物的潜力如此之大,”他说。

但是老虎最能激发他的兴趣。

游骑兵最后一次在2007年看到了柬埔寨野外的一只老虎;他们现在认为他们在该地区灭绝了。然而,PAWS正在帮助为世界自然基金会计划于2022年将雄伟动物重新引入Srepok野生动物保护区奠定基础。

“PAWS将做的第一件事就是保护老虎的猎物。我们必须增加老虎的鹿和其他食物的数量。随着我们提高安全性,我们可以帮助保护老虎自己免受偷猎者的伤害,”Tambe说。

“在我们的神话中,老虎就在那里,想到它们的灭绝令人震惊,”他补充道。“我很高兴在他们的复出中扮演一些角色。这真是太棒了。”

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