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野生动物保护领域的人工智能

了解人工智能如何通过改进保护森林和野生动物资源的工作来改变野生动物保护。

保护野生动物对于维持生态系统的微妙平衡至关重要。每一种动物、植物和生物都在维持清洁空气、肥沃土壤和水净化等自然过程中发挥着作用。通过保护森林和野生动物来保护这些生态系统至关重要。

随着时间的推移,野生动物保护工作也在不断发展。早期的战略侧重于建立保护区和实施基本法规,如《野生动物保护法》。然而,随着人类活动日益威胁到生态系统,更先进的方法变得必不可少。根据《动物事务》(Animal Matters)的报道,每年约有 3 万个物种--大约每小时三个--正在濒临灭绝,这凸显了对更好的野生动物保护战略的迫切需求。

如今,人工智能正在彻底改变保护工作,为监测、保护和保存野生动物提供了新的工具。本文探讨了人工智能在野生动物保护中的变革性作用,重点介绍了人工智能在加强物种识别、种群监测、栖息地测绘和反偷猎工作方面的潜力。

视觉人工智能在野生动物保护中的作用‍

随着人类活动和气候变化不断威胁着野生动物,自然保护主义者开始求助于像视觉人工智能(Vision AI)这样的先进技术。事实证明,这项处理和分析视觉数据的技术将改变游戏规则。通过解读图像和视频,人工智能视觉技术可以帮助保护工作者提高工作的准确性和效率。让我们一起来探索这项技术是如何带来改变的。

物种识别

视觉人工智能有助于识别野生动物并其分为不同的类别。通过对来自相机陷阱和无人机的图像和视频片段进行物体检测,计算机视觉模型,如 Ultralytics YOLOv8等计算机视觉模型可以准确识别不同的物种,即使是在极具挑战性的条件下。与传统方法相比,这项技术能让研究人员更有效地监测生物多样性和检测新物种或濒危物种。

图 1.YOLOv8 识别野生动物物种。

人口监测

跟踪动物种群是保护工作的一个重要方面。在无人机和相机捕捉器中应用视觉人工智能等解决方案,可以实现连续、非侵入式的观察。计算机视觉模型,如 YOLOv8等计算机视觉模型可以跟踪移动、观察行为模式,并使用目标计数来跟踪种群数量,从而为动物迁徙和行为提供有价值的见解。这些解决方案可为国家公园和畜牧业等领域提供帮助,有助于监测动物福利和收集其他有价值的数据。 

图 2.YOLOv8 数牛模型。

栖息地绘图

绘制栖息地地图是了解和保护野生动物赖以生存的生态系统的关键。计算机视觉模型可以分析卫星图像和环境数据,跟踪栖息地随时间的变化。这些信息可以帮助保护主义者确定繁殖地和迁徙路线等关键区域,并规划战略来保护这些重要的森林和野生动物资源。

弗拉芒技术研究所(VITO欧洲环境署(EEA)瓦赫宁根环境研究所合作,为荷兰、奥地利和葡萄牙南部等地区绘制了AI/ML 分类栖息地地图

图 3.奥地利 10 米空间分辨率的 AI/ML 分类 EUNIS 生境图(2 级)。

反偷猎工作

偷猎仍然是对野生动物的一大威胁。根据世界动物基金会最近发布的一份报告,偷猎是一项利润丰厚的交易,每年产生 70 亿至 230 亿美元的收入。 

视觉人工智能(Vision AI)可以帮助保护工作者发现并防止这些非法活动。通过监控摄像机和无人机对保护区进行监控,人工智能可以发现可疑活动并实时向当局发出警报。这种积极主动的方法可以加强反盗猎工作,保护濒危物种。

据《发现》杂志报道,哈佛大学 Teamcore 小组与 Air Shepherd 等组织合作开发了配备人工智能的无人机,在这项工作中发挥了至关重要的作用。这些无人机配备了热红外摄像机,即使在黑暗中也能识别偷猎者。

图 4.计算机视觉检测偷猎者。

在野生动物保护中使用人工智能的益处

人工智能为野生动物保护带来了许多优势,为更有效地保护生物多样性提供了新方法。以下是一些主要优势:

效率和准确性

人工智能大大提高了数据收集和分析的效率和准确性。传统方法通常依赖人工观察,既费时又容易出错。例如,在鸟类调查过程中,保护工作者通常会在栖息地的特定点对鸟类进行计数。这种方法既耗费人力,又会因观察者疲劳或错误识别而导致不准确。人工智能可以快速准确地处理大量数据,提供可靠的见解并减少出错的机会。

"草原鸟类调查"研究中可以找到一个案例,该研究比较了点计数和横断面两种方法。该研究强调了人工数据收集所面临的挑战,例如检测率的变化以及环境因素对观察者准确性的影响。人工调查需要大量的人力和时间,由于人工观察者的局限性,往往导致数据不完整或不一致

然而,人工智能可以快速、准确地处理大量数据,为保护工作者提供可靠的见解,减少出错的可能性。

可扩展性

人工智能的一大优势是其可扩展性。人工智能系统可以同时监测广阔的区域和众多物种,这是人类团队无法独立实现的。这种可扩展性允许对各种生态系统进行全面监测,使保护工作能够覆盖更多地区,有效地保护更多物种。

成本效益

从长远来看,人工智能技术还具有成本效益。虽然人工智能系统的初期投资可能会很高,但随着时间的推移,减少对大量人力资源的需求可以节省大量资金。自动数据收集和分析可降低劳动力成本,让保护工作者更有效地分配资源。

全天候监控

人工智能可以对野生动物及其栖息地进行持续监测。与人类的工作不同,人工智能系统无需休息,可以全天候运行。这种持续监控对于及时发现偷猎或环境变化等威胁至关重要,可以立即采取行动,保护濒危物种和重要栖息地。

挑战与弊端

虽然人工智能为野生动物保护带来了巨大的好处,但它也带来了一些挑战和弊端,需要加以解决。以下是一些关键问题:

技术限制

人工智能系统可能会面临一些技术挑战,例如准确性限制、数据处理瓶颈以及需要大量标记良好的训练 数据集。识别错误会导致数据不正确,而处理大量高分辨率图像或视频片段又会让人难以承受。

财务障碍

在野生动物保护中实施先进的人工智能系统耗资巨大。费用包括购置和维护无人机、相机陷阱和其他设备,以及数据存储和处理。此外,在国家公园等大面积、大范围区域安装摄像机也进一步增加了成本。这些资金障碍会限制许多保护组织,尤其是那些资源有限的组织。

与现有方法的整合

将人工智能与传统保护技术相结合可能很复杂。它需要在程序和人员培训方面做出重大改变。对采用新技术的抵触情绪以及将人工智能与既有方法相结合的复杂性可能会阻碍新技术的成功实施,并延长实施时间。

对技术的依赖

过度依赖人工智能会带来风险,如硬件故障、软件错误和其他故障。对技术的依赖可能会削弱保护工作者的传统技能和知识,使他们在没有技术或技术不适用的情况下效率降低。平衡人工智能与传统方法的使用对于保持保护工作的复原力和适应性至关重要。

人工智能在野生动物保护领域的未来

随着人工智能技术的不断进步,其为野生动物保护带来革命性变化的潜力越来越大。新的发展有望大大改善我们监测、保护和保存野生动物的方式,使保护工作更加有效,更好地应对未来的挑战。

自主无人机和机器人

野生动物保护领域的新发展层出不穷。例如,对配备人工智能的自主无人机机器人的研究已经开始,显示出在野生动物监测、反偷猎甚至野火监测方面的巨大潜力。 

根据一项关于使用无人机监测野火的研究,这些无人机可以有效地在人迹罕至的广阔地区巡逻,提供实时数据,更快、更有效地应对威胁。 

在野火的情况下,这些无人机可以帮助探测和监测火灾的爆发,从而做出快速反应,保护野生动物和栖息地。随着人工智能技术的发展,这些无人机和机器人 有望在飞行过程中做出更加复杂的决定,例如改变飞行路线以跟踪动物、避开障碍物或追踪野火的蔓延,从而进一步提高它们在未来保护野生动物方面的有效性。

计算机视觉的进步

计算机视觉模型的未来发展,如更复杂的物体识别和行为分析模型,将进一步提高监测和了解野生动物的能力。毫无疑问,随着计算机视觉模型的不断发展,它们将能够更高效地处理更高分辨率的图像和视频,从而对动物行为、种群动态和栖息地利用提供更准确、更详细的洞察。

主要收获 

在本文中,我们探讨了人工智能如何通过加强物种识别、种群监测、栖息地测绘和反盗猎工作来改变野生动物保护。我们讨论了人工智能的优势,包括提高效率、可扩展性、成本效益和全天候监测,同时也探讨了技术限制、资金障碍和对技术的依赖等挑战。 

展望未来,人工智能的不断发展带来了充满希望的进步,但合乎道德的使用和持续的研究对于制定有效的保护战略和为子孙后代保护生物多样性至关重要。

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