智慧環保未來很驚艷

劉國偉

人工智能是新一輪科技革命和產業變革的重要驅動力量，加快發展新一代人工智能，事關我國能否抓住新一輪科技革命和產業變革的戰略機遇。在環保領域，已有不少身懷人工智能和大數據技術的企業躍躍欲試。那么，人工智能等技術在環保領域的哪些方面大有用武之地？請看世界各國的一些成功案例。

超級項目“地球人工智能”

人工智能（AI，Artificial Intelligence的縮寫）雖然在當下風靡大江南北，但其概念尚未達成普遍共識。按照現代人工智能概念提出者約翰·麥卡錫的說法，機器未必要像人一樣思考才能獲得智能，重點在于讓機器能解決人腦所能解決的問題。縱觀天下，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，不僅靡費時光和金錢，效果也未必佳，這時候就該人工智能登場了。美國微軟公司目前主推的“地球人工智能”就是這樣一個超級項目。

2017年，微軟發起“地球人工智能”計劃時，指出該計劃主要為農業、水資源、生物多樣性和氣候變化這四大領域的問題提供可持續的解決方案，因為這些領域被視為涉及地球健康和人類未來的關鍵領域。在新加坡出生的數據科學家卓偉雄（Wee HyongTok）率領的團隊，試圖用人工智能、機器學習和云技術來解決當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。以地表覆蓋遙感制圖為例，這項工作的傳統做法耗時耗力，但使用機器學習算法后，人工智能技術用10分鐘就處理完2億多張衛星圖片，為人類應對城市化、污染、植被退化以及自然災害等諸多環境挑戰提供了極大便利。在過去，這項工作需要耗費數月才能完成。

農場節拍：幫農民規劃種植方案

微軟另一個著名的“農場節拍”項目，則是為數據驅動型農業而開發的，旨在幫助印度和美國的農民以更科學的方式調整種植方案，以讓他們獲得更好的收成。

微軟還使用機器學習的方法監控野生動物的行為，并對當下的自然保護工作進行評估。微軟用精密算法支持美國康奈爾大學鳥類學實驗室的大象監聽項目，幫助科學家研究中亞吉爾吉斯斯坦雪豹和非洲剛果大象的數量，甚至幫助研究人員和生態保護者區分森林大象的聲音與熱帶雨林中的其他雜音。

微軟的“預感”項目則分析蚊子從同一生態系統中的其他動物身上吸走的血液，來收集有價值的生態數據。該項目也用到人工智能技術。

植物醫生：建全球最大病蟲害數據庫

出于對氣候變化、人口增長和糧食安全的擔憂，越來越多的國家也用人工智能技術，來保障和改善農業生產環境。有國外市場研究媒體認為，這些大體可分為三類：農作物和土壤檢測，即利用計算機視覺和深度學習算法來處理由無人機結合軟件技術獲取的農作物和土壤數據;農業機器人，即能以更高效率收獲農作物和干好其他農活的智能機器人;預測分析，即利用機器學習模型跟蹤和預測對農作物產量產生影響的環境因素。

2017年起，印度農民在田間地頭使用的手機應用（ APP）“植物醫生”（Plantix），就是上述第一類農作物檢測應用。該APP是總部位于德國柏林的只有30人的匹特公司為農民和園丁等開發的，能夠借助圖像識別，診斷植物病蟲害和營養缺乏并提供可持續性的處理方案，還可為用戶提供社區網絡討論問題。匹特公司憑借“植物醫生”吸引了兩輪風險投資，在2017年9月被《財富》雜志列為“改變世界”的6家公司之一。

“植物醫生”APP開發于2016年。它利用深度學習技術，從全球上百萬用戶每天上傳的新圖像中不斷學習和提高自己的診斷能力，建立起全球最大的植物病蟲害數據庫，對土壤營養和病蟲害問題給出醫治和預防措施。截至2017年底，全球155個國家的用戶安裝使用了該APP，受到業內主流媒體的追捧。匹特公司因此還與國際半干旱熱帶作物研究所（ICRISAT）、國際玉米和小麥改良中心（CIMMYT）和國際應用生物科學中心（CABI）等建立了合作關系。在印度這樣一個幅員遼闊，農業飽受干旱和現代化手段缺乏等問題困擾的國家，農民們經常用不同的名詞形容同一種植物病蟲害，而圖像識別技術顯然能克服農民語言溝通上的障礙。有鑒于此，印度安得拉邦甚至把“植物醫生”APP納入到當地政府的推廣服務中來。

農場直擊：精確顯示農場虧損及原因

瑞士作物保護和種子生產商先正達開發的APP——“農場直擊（ FarmShots）”，它不同于“植物醫生”，其特色是利用高分辨率衛星和無人機成像設備搜集數據，并分析、傳送植物的健康狀況，甚至能精確顯示農場出現的虧損以及具體原因。該APP甚至可以安裝在簽有數據協議的拖拉機上，用類似平板電腦的界面跟蹤農場各部門使用的種子、肥料、水、除草劑和殺蟲劑的數量，有效避免資源浪費和不必要的成本支出。值得一提的是，中國化工已經在2017年斥資430億美元收購了先正達。

杰斐遜項目：人工智能守護喬治湖

位于美國紐約州的喬治湖因其旖旎的風光，被稱為“全美湖泊女王”，是北美著名的旅游勝地。多年來，環保組織和研究機構對喬治湖寶貴的淡水資源不斷進行監測和保護。

過去30多年來，許多專家關注著這個湖泊，發現它的藻類和化學物質水平變化很大。其中一個重要原因是冬季附近公路上使用的融雪鹽進入湖里，這對整個湖泊的生態系統產生了不利影響。為了科學準確地對喬治湖的現狀進行評估和管理。2014年伊始，美國IBM公司和倫斯勒理工學院合作開展了治理喬治湖的“杰斐遜”項目，收集、篩選大量數據并開展分析。

60多名專家和學者參與該項目，他們耗費18個月時間從湖面浮標和取樣站中的傳感器獲得了海量數據，精細程度前所未有。利用這些數據，專家們每天精確記錄降水、風速和溫度信息，詳細計算出流入湖泊的徑流數量，還對湖泊中受鹽度影響最大的6個地區的鹽分水平進行測量。團隊采用圖像識別軟件來研究湖內浮游生物，最終發現湖水生態和各種威脅因素之間的相關性。該成果不僅有助于喬治湖水資源的保護，也有助于為世界各地淡水水體的保護探出新路。

牡蠣的互聯網：讓養殖戶減少損失

在澳大利亞的塔斯馬尼亞，由于擔心養殖區受到工業污染物影響，每當天降大雨后，養殖場都要按政府要求關閉養殖區，這給養殖產業帶來不利影響。為此，澳大利亞耶爾德農業科技公司用人工智能和物聯網技術開發出“牡蠣的互聯網”系統。該系統利用遍布河口的實時傳感器持續監控養殖區周圍的水質，獲得的數據發往微軟的“天藍（Azure）”云計算平臺，再通過機器學習和分析，為養殖戶和監管機構提供預測。該解決方案為牡蠣養殖戶顯著減少了因降雨造成的養殖區關閉時間，養殖戶由此每年多出了4周的正常養殖時間。

易鳥：觀鳥者繪制的鳥類全景圖

2013年的一個早晨，退休的美國野生生物學家鮑勃·馬丁卡在蒙大拿州的草原上，用望遠鏡發現一棵楊樹上落了12只大藍鷺，然后他掏出自己的智能手機，他沒有打電話而是把鳥群的數量和品種信息輸入一個APP，系統又將信息傳送給位于紐約的研究人員。他使用的APP來自業內鼎鼎大名的鳥類保護項目“易鳥（eBird）”，這是美國康奈爾大學的非營利組織鳥類學實驗室承擔的研究項目。

無數如鮑勃·馬丁卡這樣的觀鳥者用自己的肉身做了該實驗室的“生物傳感者”，他們上報看到鳥類的時間、地點、數量和種類。馬丁卡目擊的12只大藍鷺不過是滄海一粟，但集腋成裘，數百萬份這樣的信息會為科學家繪出一幅巨大的全景圖。

自從2002年項目啟動以來，“易鳥”的鳥類活動數據每天都在增長中。截至本文發稿，該數據庫里的鳥類圖片有9800066張，音頻412627份，視頻57993份，記錄了分布在200多個國家和地區的10萬多個物種。《環境與生活》雜志記者發現，易鳥網站上也有中國觀鳥者的活躍身影，迄今中國提供最多記錄的是一位注冊名為QinHuang的網友，他留下了942條完整記錄。

系統將這些數據分門別類整理，以求從雜亂的數據中找出規律。系統也在一邊運行，一邊學習、測試、調整，從而變得越來越完善。根據這些海量數據繪制的鳥類活動“熱度圖”，用深淺不一的色彩在黑色地圖上表現鳥類活動在時間和空間中的分布，看起來非常直觀和震撼。康奈爾鳥類實驗室的主任約翰·菲茨帕特里克認為，“易鳥”徹底改變人類觀察動物種群方式，并帶來驚喜。之前，人們認為一種叫圃擬鸝的鳥在美國只有一個種群，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，因此專家認為它們應該是兩個遺傳學上相互獨立的種群。

鼻涕機器人：從鯨肺中分析環境毒素

多年來，鯨類保護專家的一項困難工作就是從鯨類身上取得肺內細胞。有了它，科學家就可以分析DNA.細菌和病毒等，從而找出被鯨類吸入的環境毒素。不過，更重要的是可以分析鯨類的激素水平，因為激素能反映其生育周期信息，揭示人類在鯨類的自然棲息地活動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。他靈光一閃，隨后在美國馬薩諸塞州的機器人俱樂部里的大學生和中小學生的幫助下，改裝了一架價格便宜的四螺旋槳無人機來研究鯨類。用無人機來觀察鯨類絕非蹭熱點，而是因為在茫茫大海中跟蹤和觀察海洋動物要比在陸地上難得多，成本也更高。科爾的無人機從鯨類噴出的水柱（“鼻涕”）中采集了大量數據。在給這架無人機起名時，一名學生脫口而出：“鼻涕機器人（ SnotBot）！”這個名字于是被正式采用了。

在具體操作上，“鼻涕機器人”會在鯨類浮出水面換氣時飛到其上空，伸出器皿采集其噴出的“鼻涕”。之后，無人機再用AI技術來分析收集的數據，識別特定的鯨類并實時評估它們的健康狀況，同時收集視頻和圖像，這樣并不會干擾鯨類的日常生活。“鼻涕機器人”一經使用就有驚艷的表現。科爾前往阿拉斯加觀察駝背鯨時，每隔18分鐘收集一次樣本，在一天之內就完成了在費用高昂的科考船上可能需要幾周時間才能完成的工作。“鼻涕機器人”給各國科學家留下深刻印象。如今的科爾已是環保組織“海洋聯盟”的領導人，“海洋聯盟”的理念是“通過研究和公眾教育來保護鯨類和我們的海洋”。科爾表示，為了讓所有人都能近距離觀察鯨類，他愿意向公眾開放“鼻涕機器人”技術。

ET城市腦：助力城市環境與管理

2017年7月，國務院在印發《新一代人工智能發展規劃》時，將“建立安全便捷的智能社會”視為規劃的重點任務。該規劃明確指出：“圍繞城市管理、環境保護等社會治理的熱點難點問題，促進人工智能技術應用，推動社會治理現代化。”中國在邁向經濟大國的過程中積累了許多環境問題，這些問題非一朝一夕能夠解決，亟需人工智能技術的介入和支持。

2018年7月清華大學發布的《中國人工智能發展報告2018》指出，中國人工智能在科技產出和人才投入、產業發展和市場應用以及社會認知和綜合影響等方面，具有搶眼表現。在產品領域，阿里云推出的“ET城市腦”就使用了人工智能技術，目前該技術被馬來西亞用于環境保護和交通治理等領域。

2018年4月，“酷哇”機器人于長沙橘子洲公園發布了全球首臺具備全路況清掃、智能路徑規劃的無人駕駛掃地車，并展示了道路清掃的實測效果，將人工智能技術和產品首次應用到城市環衛的具體場景。我們有理由相信，人工智能技術在解決環境問題方面的能力未來還將繼續攀升。