用聲音監(jiān)控來拯救雨林

王治鈞

保護雨林刻不容緩

雨林對氣候調節(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，它們在云里互相碰撞，合并成大水滴。當它重到空氣托不住的時候，就從云中落了下來，形成了雨。在巴西，構成雨水的70%的水蒸氣實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的生物生態(tài)區(qū)，地球上超過一半數量的動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，曾經覆蓋著14%地球土地表面的雨林，現在只剩下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，生物多樣性遭到嚴重威脅。

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，會對氣候變化和野生動植物造成嚴重威脅，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）作為保護動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，并做了進一步分析。但就在他將不同種類的聲音逐一區(qū)隔開來時，竟然無意中在背景音里聽到了密林深處的電鋸聲，這實在是太令人震驚了，因為這個地方事實上是長臂猿保護區(qū)，當地不僅花了大量精力來保護雨林，而且有三名全職護林員駐守在這片保護區(qū)的附近，怎么會出現伐木者？

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。這里雖然離護林站僅數百米遠，可護林員們確實聽不見電鋸聲，因為森林本身的各種聲音此起彼伏掩蓋了電鋸聲，這看起來很不可思議，但它確實在茂密的雨林里發(fā)生了。

事實上，其他雨林也存在類似情況。為了保護雨林，數量有限的護林員經常穿梭在雨林中，他們需要克服很多自然環(huán)境帶來的不便，耗費大量的時間與體力各處巡視，漫無目標地尋找盜伐者。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。

如何準確找到并制止非法砍伐？這是擺在各個雨林國家面前的實際問題。

雨林中的盜伐者

托弗構想的系統工作原理

有人曾想過利用衛(wèi)星監(jiān)控等高科技技術來解決這一問題。但事實上，當你身處發(fā)展中國家的雨林當中，你會發(fā)現操作簡單、切實可行且易于大規(guī)模推廣的方法才是行知有效的。

變廢為寶

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

托弗發(fā)現這片雨林里擁有良好的手機信號，那是否可以利用手機設備去監(jiān)聽、用程序去分析森林里的聲音，設備監(jiān)聽到電鋸聲后自動觸發(fā)警報，通報給護林員準確的地址呢？說干就干。在托弗構想的系統中，當森林中的電鋸聲被聽見的那一刻，這個裝置就會擷取電鋸聲，透過現有的標準GSM手機網發(fā)出警示給當地的護林員，這樣，護林員們就可以即時出現、阻止非法砍伐了。

被丟棄的舊手機

托弗·懷特及其制造設計的森林“報警器”

不過，實施這個項目也存在一定挑戰(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據？重新設計一款設備肯定是昂貴的，于是他想到了一個最便宜、最迅速的方法——舊手機。如果樹上的裝置是舊手機的話，成本將會變得相當低——因為手機中的聲音傳感器不需要重新設計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被丟棄，變廢為寶才是舊手機最佳的處置方法。

托弗按照雨林濕熱氣候設計了一個手機保護盒，為了解決充電問題，他在家里設計了一個獨特的太陽能充電面板（這也是工業(yè)生產過程中回收的剩料副產品），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。

從遠處看來，這個設備在樹冠下相當不起眼，但它們卻能接收到遠至1000米處的電鋸聲，范圍可覆蓋約3平方千米。做完第一個測試版后，托弗把它帶到印度尼西亞一個經常遭到盜砍盜伐的長臂猿保護區(qū)，安裝完第二天，這個設備就獲取到非法砍伐的電鋸聲，并即時發(fā)出了第一封電子郵件。收到這封警示電郵，托弗立刻動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)現過。

這次的成功實踐使托弗確信這套簡易系統是切實可行的，一旦通報時間縮短，就可以在伐木卡車進入林區(qū)附近、或是鋸木聲響起時及時制止，從而大幅降低巡邏守林員的成本和風險。很快，這件事就在網絡上傳開了，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“報警器”。

掛在樹上的設備

升級改造后的守衛(wèi)者

和全球多個雨林管理機構溝通后，托弗確認了在很多深受盜伐者困擾的雨林周邊地區(qū)其實是有手機信號的，更令人驚喜的是世界各地的環(huán)境保護組織和一些有環(huán)保意識的人都愿意免費為他提供舊手機以進行設備的改造。

平臺和挑戰(zhàn)

托弗認為他最初設計的版本其實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，總會有足夠的東西讓人們建構相似的解決方案，并在新環(huán)境中發(fā)揮良好的作用。

為了持續(xù)改進這個設備，服務更多雨林，托弗成立了一個非盈利政府組織——Rainforest Connection（RFCx）雨林保護組織，他大量回收舊手機，對已有的設備進行升級改造。與此同時，隨著設備的增多，項目越來越復雜，RFCx也面臨很多技術挑戰(zhàn)。比如，如何在后端平臺上安全有效地存儲和管理這些龐大且不斷增長的數據？如何對這些數據進行實時、快速的分析，并準確告知進行日志記錄的位置……面對如此龐大的數據管理與算法優(yōu)化，必須采用系統性的技術支持來提升創(chuàng)新方案，但這明顯超出了這個非政府組織的能力，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的一些項目曾和谷歌合作，實時分析音頻數據，識別卡車、電鋸等與砍伐有關的聲音，同時通過聲音記錄了解雨林生物的行為;RFCx開發(fā)了一套以華為手機設備為核心的太陽能式雨林監(jiān)聽系統，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小時不間斷通話，從而監(jiān)聽熱帶雨林中密集而繁復的聲音，并將數據實時傳遞到云端搭載了人工智能系統的服務器中。一旦監(jiān)測系統發(fā)現盜伐異響，比如電鋸或卡車聲，便會第一時間將具體盜伐定位推送給當地的護林員，幫助他們快速進行搜查。此外，RFCx也正和華為展開一系列密切合作，開發(fā)包括采集設備、存儲服務、智能分析的創(chuàng)新平臺，利用系統的人工智能技術幫助讀懂動物的聲音，從而為瀕危動物提供援助。

人工智能帶來的新提升

哥斯達黎加雨林中的蜘蛛猴

現如今，RFCx正在使用更好的技術來幫助保護雨林。

對于RFCx已經收集多年的錄音數據，華為幫助調整這些數據中的電鋸監(jiān)測模型精度。比如在初期版本中，根據雨林組織的反饋，蚊子的聲音經常被誤報成電鋸聲，人耳也很難分辨出這兩種聲音。對這類誤報數據，RFCx開始利用蚊子聲音數據對模型進行重新訓練。經過反復測試與提煉，最新的模型應用可以探測到96%的電鋸事件。隨著模型的不斷改善與優(yōu)化，發(fā)生錯誤警報的情況也越來越少。

有了AI科技的助力，采用相同技術可以更快分辨電鋸、鳥類和其他動物的聲音，對聲音的研究是一種新的科學工具。生物學家和生態(tài)學家在很多場合都可以利用這套系統，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求是希望將設備用于監(jiān)聽城市里的槍聲，或者用于追蹤非法漁船。

此外，在哥斯達黎加雨林項目里，除了盜伐行為，蜘蛛猴等瀕危物種成為另外的研究對象。華為與RFCx構建了蜘蛛猴語言智能分析模型，通過AI技術來識別它的叫聲并實時發(fā)送精準定位。

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

（責任編輯 / 岳萌美術編輯 / 鄭博仁）