人工智能在生態領域的應用研究

白瑩

摘 要：人工智能技術作為產業革新的重要手段，將其應用至生態領域是一種必然趨勢。基于大數據作為人工智能技術發展依據，分析了人工智能在生態保護、修復、災害防治和生態管理方面的應用。分別將智能機器人、知識圖譜、大數據技術、通信技術、互聯網和虛擬現實技術等應用于生態領域，實現人工智能與生態治理結合運作。

關鍵詞：人工智能；生態領域

中圖分類號：S-3 文獻標識碼：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20190530008

1 人工智能在生態領域的應用

人工智能在各個領域的應用十分活躍，尤其是生態領域，人工智能在生態領域中的應用體系十分龐大，內容同樣極為豐富。在此，以人工智能在生態保護、修復、災害防治和生態管理方面的體現分析，完成人工智能在生態領域的應用研究。

1.1 人工智能的應用依據

人工智能運作原理復雜，需要大數據作為支撐來維持其運轉，即大數據是人工智能的依據。和以往的數據分析技術比較，人工智能技術主要依據為神經網絡，并引申出多層神經網絡，以此能夠實現深度機器學習。其與傳統算法相比，該算法沒有多余假設，完全通過輸入數據實現數據自主模擬并構建相應模型結構。

1.2 生態保護領域應用

在黨中央領導下，目前國內的生態環境保護工作已經取得了很大突破，信息時代迅猛發展及信息技術快速更迭，使得生態環境保護面臨著巨大的挑戰。鑒于現狀，必須加快落實人工智能和生態發展有機結合，并充分利用人工智能相關技術，分別在森林、草原、濕地、荒漠及生物多樣性等各方面領域構建并完善生態環境保護應用系統，以此實現生態環境保護的智能化，構成生態保護治理的新模式。

針對森林生態體系的保護，最重要的就是防止森林資源被酸雨破壞，除此外，全球變暖也對森林資源的數量有著關鍵性的作用。據國家地理雜志相關報道，依照當前環境狀態，世界雨林可能會在100a之內消失不見。對于此種情況，可利用人工智能與衛星遙感等技術相結合，實時阻止森林被酸雨破壞行為。人工智能在森林生態系統健康評估中也發揮著巨大作用。以驗證基于人工智能技術的森林評估效果為目的，利用人工智能計算森林水源涵養性能和土壤保持性能以及固碳釋氧性能等當作比較測試指標。經實驗可知，利用人工智能技術評估森林生態系統健康是真實可行的。

1.3 生態修復領域應用

實際上，生態修復指的是對生態體系不進行人為干擾，以此減輕生態負荷壓力，依據生態體系調節性能與自組織性能向著有序的方向演化，或者通過生態體系自恢復性能，輔助人工舉措，使已經遭到破壞的生態體系逐漸恢復或向好的方向發展。下面從種苗培育、營造林和草原恢復等領域分析人工智能在生態修復中的應用。

1.3.1 種苗培育

在種苗培育中，智能化苗圃隨著時代需求應運而生，不僅可以節省人工費用，還可以保障種苗的質量。

智能化苗圃中有多種類機器人，其中的鋤草機器人利用多傳感器融合和小型化智能鋤草功能可以實時檢測苗草信息，還能夠控制株間鋤草刀運作速度，具備智能和高效等特性，可大規模減少勞動力，并提升鋤草速度。

除了鋤草機器人以外，還有噴霧機器人、植物轉移機器人和表型機器人等。其中的噴霧機器人主要作用為利用傳感器檢測種苗環境，可自適應避障，在強度上也能夠滿足大棚運行需求。植物轉移機器人可在多植物中起到調度作用，實現植物間距調整。表型機器人能夠輔助林木育種者檢測林木可能達到的最優質量與最高產量。

1.3.2 營造林

人工智能在營造林應用可分為3方面內容：利用大數據預測速生林產量；智能植樹機器人應用；構建專家決策支持體系。

將衛星技術與人工智能算法相結合，能夠高效處理和分析生態數據，并最大化數據價值，給出營造林技術。通過衛星圖像和深度學習等算法，構建能夠大規模處理各種各樣的地理空間數據服務平臺。

基于自動化智能系統的及其與林業相結合，通過智能化的設備以及相關信息系統的高效利用，量林區資源進行有效配置，這樣還保證了林區作業質量和林業工人的安全，這在大大促進了林業經濟的發展。林業機器人能夠利用不同軟件適應不同操作，并感知作物類型及作物所處環境產生的一系列變化。其中，比較常見的是智能植樹機器人和施肥機器人。

專家決策支持體系作為具有專業知識和豐富經驗的平臺，其利用專家求解構建模型，依據人工智能知識表示與推理解決專家構建的模型，從而具有與專家同樣解決問題能力。該體系一般由人機交互模塊、知識庫模塊、數據庫模塊、推理模塊和知識獲取模塊以及解釋器模塊組成。

1.3.3 草原修復

經上述介紹可知，草原在大陸上占據的面積很大。草原系統在為人類提供物質生產和水土保持以及防風固沙等服務時，也會受到人類活動影響，使得該系統功能嚴重退化。人類一系列活動使草原景觀一直處于被破壞的狀態，致使草原結構與功能遭到了不同程度的影響。這種情況下，不僅給生態環境帶來了非常大的壓力，還給大眾健康與生存環境等方面造成了影響，從而衍生出了生態與經濟社會相關問題。

針對上述存在的問題，提出以下2方面解決方式：利用草原監測技術恢復草原生態體系；建設蓄草均衡智慧牧場。

以上提出的解決方案中，通過人工智能技術監測草原資源和地面生態，設計并構建相對完善的草原恢復互聯網。利用人工智能恢復草原主要體現在草原資源監管、災害監測與預防、草原旅游服務方面。

1.4 生態災害防治領域應用

將人工智能應用至生態災害防治中，主要體現在以下幾方面：林草防火；防治林草病蟲害；防沙塵暴；防野生動植物瘟疫。

人工智能技術在林草防火應用中，利用熱成攝像機能夠高效監測人為生火，并實時監測林區人類活動。在比較敏感的區域安裝智能高清球型攝像設備，對該區域圖像進行實時采集，進而追蹤人類活動細節。

人工智能技術在林草病蟲害防治應用中，采用人工智能技術采集茶場、草場和苗圃等區域數據，并將其轉變為有利用價值的信息，輔助農作物產出與生成速度，并減少化肥及農藥的使用，確保農作物培育與生產過程中的安全性。開展并落實林業作物病蟲害智能圖像檢測工程，將人工智能技術應用至防治作物病蟲害領域，進而推動林業高效發展。

人工智能技術防沙塵暴應用中，人工智能能夠穿戴防沙塵頭盔，其具備口罩防塵和濾塵作用及防風眼鏡等功能，不僅透氣，還提供氧氣，更能夠以數字化形式給出沙塵風速等信息數據，其中包含數字攝影和攝像，可對當前所處情況進行實時分析。鑒于上述優點，人工智能可將沙暴對人們戶外活動影響降至最小，還便于做應急處理。

人工智能技術在防野生動植物瘟疫應用是大勢所趨。其中，野生動物的疫源疫病監測與防控平臺中存儲著禁止進境物信息數據及X光圖譜。利用在郵件分揀機上設置OCR識別系統，自適應檢測并提取申報品名和收寄件人及地址等重要數據信息，然后傳輸至云端。大規模截獲數據和X光圖譜與面單信息相互融合，形成郵檢大數據，利用機器人訓練、學習與預測，實現疫源疫病準確檢測識別與查驗。

2 結束語

當前生態治理技術比較落后，而人工智能結合了目前最為先進且適用性強的算法與技術，可有效解決當前生態治理模式存在的問題。上述分別從生態保護、修復、災害防治和生態管理幾方面研究了人工智能在生態領域的應用。

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