2018年5月27日美國馬里蘭州埃利科特市一場暴雨襲來，在不到3小時(shí)的時(shí)間里降水量超過超過6英寸，造成一人死亡。主要街道變成了急流，汽車像水中的橡皮鴨一樣漂浮不定。國家氣象局將這種暴雨的概率稱為千年一遇，然而，“這是過去三年中第二次發(fā)生這種情況，”環(huán)境保護(hù)組織切薩皮克保護(hù)協(xié)會(huì)保護(hù)技術(shù)主任杰夫·艾倫比(Jeff Allenby)如是指出。

埃利科特市發(fā)洪水并不是什么新鮮事，這里有兩條支流與帕塔普斯科河匯合。但艾倫比表示，隨著開發(fā)項(xiàng)目覆蓋了曾經(jīng)是“森林天然海綿”的土地、山坡和草坪，洪水變得越來越嚴(yán)重。就在5月27日洪水發(fā)生的幾天前，美國國土安全部根據(jù)其2016年的洪水發(fā)生情況，選擇了埃利科特市開展試點(diǎn)項(xiàng)目，通過自動(dòng)傳感器為居民提供更好的洪水預(yù)警。

最近，艾倫比開發(fā)了另一種工具來幫助預(yù)測，計(jì)劃和應(yīng)對(duì)突如其來的洪水：這是一張獨(dú)一無二的高分辨率地圖，顯示出地面建筑物，人行道，樹木和草坪等信息數(shù)據(jù)——這張地圖涵蓋了從紐約州北部到弗吉尼亞州南部10萬平方英里區(qū)域，一直延伸至切薩皮克灣。在人工智能的幫助下，航拍圖像生成地圖能夠顯示的物體小至3平方英尺，比洪災(zāi)預(yù)測著以前使用的地圖精確約1,000倍。為了理解這種差異，你想象一下，此前就是試圖在擁擠的城市街道上使用只能顯示沃爾瑪超市大小的地圖來識(shí)別Uber司機(jī)。

在微軟和佛蒙特大學(xué)的幫助下，繪制這張地圖耗時(shí)一年，耗資350萬美元。艾倫比的團(tuán)隊(duì)仔細(xì)研究航拍圖像，道路圖和分區(qū)圖，以建立規(guī)則，分類對(duì)象和清楚錯(cuò)誤。 “一旦我們完成了第一個(gè)數(shù)據(jù)集，”艾倫比說，“每個(gè)人都開始問’你打算什么時(shí)候再做一次?’”從而保持地圖持續(xù)更新。

這多虧了人工智能。微軟幫助艾倫比的團(tuán)隊(duì)訓(xùn)練其人工智能來自動(dòng)識(shí)別物體。即使擁有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)集，訓(xùn)練算法并不容易。這項(xiàng)工作需要定期進(jìn)行“像素窺視” ——手動(dòng)放大對(duì)象以驗(yàn)證和修改機(jī)器的識(shí)別結(jié)果。通過多次訓(xùn)練，該算法提高了識(shí)別水道、樹木、田野、道路和建筑物的能力。隨著相關(guān)新數(shù)據(jù)的出現(xiàn)，切薩皮克保護(hù)協(xié)會(huì)計(jì)劃使用人工智能來更新地圖，比最初耗費(fèi)數(shù)百萬美元的勞動(dòng)密集型工作更頻繁、更容易。

人工智能是如何預(yù)防自然災(zāi)害的

圖示：馬里蘭州埃利科特市附近的一幅土地開發(fā)地圖，是在人工智能(左)的幫助下生成的，比它的前身(右)提供了更多的細(xì)節(jié)。

現(xiàn)在，微軟正在向更多人提供這一工具。只需花上42美元，任何人都可以通過微軟的AI for Earth平臺(tái)運(yùn)行2億張航拍圖像，并在10分鐘內(nèi)生成關(guān)于整個(gè)美國的高分辨率地圖。當(dāng)然，在美國的其他地方，由于人工智能算法沒有在當(dāng)?shù)貤l件下進(jìn)行訓(xùn)練，結(jié)果就沒有那么精確 ——一棵紅木樹或仙人掌看起來就像柳樹或橡樹。

對(duì)于一個(gè)癡迷于地理位置和地圖服務(wù)的社會(huì)來說——現(xiàn)實(shí)世界每天都在數(shù)字世界中展開——這一成就似乎并不具有開創(chuàng)性的意義。而現(xiàn)在，特別對(duì)于非盈利組織的環(huán)境目的來說，高分辨率數(shù)據(jù)和人工智能更具有成本效益。隨著微軟的倡導(dǎo)，人工智能在全球范圍內(nèi)即將成為商品。

艾倫比說，在設(shè)計(jì)雨水管理系統(tǒng)時(shí)，最新的詳細(xì)信息至關(guān)重要。他說：“用人工智能的力量觀察這些系統(tǒng)，可以顯示出何時(shí)會(huì)出現(xiàn)洪水”。位于埃利科特市的非營利組織“流域保護(hù)中心”在2001年的一項(xiàng)研究報(bào)告中指出，當(dāng)10%的自然土地得到開發(fā)時(shí)，河流的健康狀況就會(huì)下降，并開始失去控制徑流的能力。如果開發(fā)的自然土地達(dá)到20%，徑流量與未開發(fā)的土地相比會(huì)增加一倍。艾倫比指出，埃利科特城的鋪砌表面和建筑物占地面積近年來已經(jīng)達(dá)到了19%。

艾倫比說，更詳細(xì)的地圖將使規(guī)劃人員能夠跟上土地利用的變化，并規(guī)劃可以容納更多水量的排水系統(tǒng)。最終，當(dāng)新開發(fā)項(xiàng)目有可能威脅到暴雨管理能力時(shí)，該地圖的警報(bào)系統(tǒng)將提供“實(shí)時(shí)儀表板”和自動(dòng)警報(bào)。華盛頓特區(qū)的城市林業(yè)局利用新的地圖，通過在該地區(qū)搜尋沒有樹木覆蓋的地區(qū)來確定植樹位置。今年早些時(shí)候，切薩皮克保護(hù)協(xié)會(huì)開始與愛荷華州和亞利桑那州的保護(hù)組織合作，開發(fā)針對(duì)當(dāng)?shù)鼐坝^的算法訓(xùn)練集。

高分辨率成像和傳感器技術(shù)、人工智能以及云計(jì)算的結(jié)合使環(huán)保人士能夠更深入地了解地球的健康狀況。其結(jié)果是近乎實(shí)時(shí)地讀出地球的生命體征，每當(dāng)環(huán)境出現(xiàn)惡化時(shí)，就會(huì)發(fā)出警報(bào)。

世界各地的其他人也在應(yīng)用這些技術(shù)。全球森林觀察(GFW)是由世界資源研究所成立的一個(gè)保護(hù)組織，該組織在2016年開始提供每月和每周的森林砍伐警報(bào)，該警報(bào)由Orbital Insight開發(fā)的人工智能算法提供支持。根據(jù)該組織的網(wǎng)站，該算法分析衛(wèi)星圖像，當(dāng)它被刷新時(shí)，就會(huì)檢測出“可能表明即將發(fā)生的森林砍伐的模式”。使用GFW的移動(dòng)應(yīng)用程序，森林觀察者、志愿者和森林護(hù)林員就會(huì)前往警告現(xiàn)場，驗(yàn)證諸如印度尼西亞Leuser生態(tài)系統(tǒng)等地方發(fā)出的自動(dòng)警報(bào)，該生態(tài)系統(tǒng)自稱為“地球上最后一個(gè)在野外發(fā)現(xiàn)猩猩，犀牛，大象和老虎的地方”。”

新的保護(hù)方法也在向海洋拓展。 6月4日，保羅艾倫慈善基金會(huì)與卡內(nèi)基科學(xué)研究所、昆士蘭大學(xué)、夏威夷海洋生物學(xué)研究所以及私人衛(wèi)星公司Planet合作，在2020年之前繪制了涵蓋世界上所有珊瑚礁的地圖。正如Planet副總裁安德魯?佐利(Andrew Zolli)解釋的那樣：這時(shí)“歷史上第一次”，新工具達(dá)到了“從地球?qū)用娼鉀Q問題的水平”。

截至2017年底，Planet已經(jīng)部署了近200顆衛(wèi)星，在全球范圍內(nèi)形成一條鏈路，每天將整個(gè)地球的衛(wèi)星圖像壓縮至3米分辨率。每天都有數(shù)萬億像素生成，如果沒有訓(xùn)練有素的人工智能算法來解釋它們，它們永遠(yuǎn)不會(huì)轉(zhuǎn)化為有用的地圖。該合作伙伴關(guān)系利用了卡內(nèi)基研究所的計(jì)算機(jī)視覺工具和昆士蘭大學(xué)的當(dāng)環(huán)境數(shù)據(jù)，其中包括珊瑚，藻類，沙子和巖石的信息。

“今天，我們還不知道全球珊瑚白化事件的確切地理位置，速度和頻率，”卡內(nèi)基全球生態(tài)系科學(xué)家格里格?阿斯納(Greg Asner)解釋道。根據(jù)已知情況，科學(xué)家們預(yù)測，到2050年世界上90%以上的珊瑚礁將會(huì)滅絕，而這些珊瑚礁包含著25%的海洋生物。保羅艾倫慈善基金會(huì)環(huán)境影響主管勞倫·凱克姆(Lauren Kickham)預(yù)計(jì)，這一合作關(guān)系將使人們清楚滴看到全球的珊瑚礁危機(jī)，使科學(xué)家能夠每天跟蹤珊瑚礁的健康狀況。

在另一項(xiàng)與Planet和卡內(nèi)基研究所合作的珊瑚礁項(xiàng)目中，自然保護(hù)協(xié)會(huì)正在利用卡內(nèi)基的計(jì)算機(jī)視覺人工智能開發(fā)了一幅關(guān)于加勒比海盆地淺水區(qū)的高分辨率地圖。“通過了解這些系統(tǒng)如何生存以及它們?nèi)绾芜m應(yīng)環(huán)境，也許不是我們這一代，但也許是下一代將能夠?qū)⒃?jīng)的珊瑚礁找回來，”自然保護(hù)協(xié)會(huì)加勒比海珊瑚礁項(xiàng)目負(fù)責(zé)人路易斯?索羅扎諾(Luis Solorzano)說。

繪圖服務(wù)對(duì)保護(hù)來說并不陌生。地理信息系統(tǒng)多年來一直是保護(hù)工具中的主要內(nèi)容，通過提供交互式地圖，從而促進(jìn)環(huán)境監(jiān)測，監(jiān)管執(zhí)法和保護(hù)規(guī)劃。但是，繪圖服務(wù)的質(zhì)量取決于底層數(shù)據(jù)，而獲取和維護(hù)質(zhì)量更高的原始數(shù)據(jù)對(duì)于環(huán)保組織來說可能過于昂貴。因此，許多自然保護(hù)主義者采用了免費(fèi)提供的服務(wù)，例如美國地質(zhì)調(diào)查局提供的30米分辨率圖像。

埃利科特城和切薩皮克河流域展示了人類應(yīng)對(duì)氣候變化的挑戰(zhàn)以及人類活動(dòng)對(duì)環(huán)境的影響。自20世紀(jì)50年代以來，海灣的牡蠣礁已經(jīng)減少了80%。生物學(xué)家在20世紀(jì)70年代就在切薩皮克灣發(fā)現(xiàn)了地球上第一個(gè)海洋死亡區(qū)。藍(lán)蟹數(shù)量在20世紀(jì)90年代急劇下降。自1895年以來，海平面上升了一英尺多，根據(jù)2017年國家海洋和大氣管理局(NOAA)的報(bào)告，到本世紀(jì)末，海平面可能會(huì)上升6英尺。

艾倫比于2012年加入切薩皮克保護(hù)協(xié)會(huì)，當(dāng)時(shí)科技公司提供來一筆資金，用于探索技術(shù)如何幫助保護(hù)環(huán)境。艾倫比想辦法利用技術(shù)來來幫助土地管理者(就像埃利科特市的那些人一樣)，改進(jìn)聯(lián)邦應(yīng)急管理局曾用于洪水防范的30米分辨率航拍圖像。

2015年，艾倫比與佛蒙特大學(xué)聯(lián)系，在一個(gè)更大項(xiàng)目上尋找合作伙伴。而后者是全國公認(rèn)的制作縣級(jí)高分辨率地圖的專家。他們?cè)?016年從州和地方政府財(cái)團(tuán)以及非營利組織獲得資金。在為期一年的努力中，涉及到整合來自航拍地圖，路線圖和分區(qū)圖表等不同來源的數(shù)據(jù)。隨著數(shù)據(jù)集匯集在一起，一名保護(hù)委員會(huì)成員將Allenby介紹給了微軟，后者急于展示如何利用其人工智能和云計(jì)算來支持環(huán)境保護(hù)事業(yè)。

“我們?cè)诳吹搅私庥嘘P(guān)地球健康狀況的基本信息方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后，而看到這種能力的缺失是我人生中的挫折，”微軟負(fù)責(zé)地球人工智能的首席環(huán)境科學(xué)家盧卡斯·喬帕(Lucas Joppa)表示， “并且我也看到，那些在一線解決環(huán)境可持續(xù)性等問題的人，往往身處資源最少的組織中，卻無法利用現(xiàn)有的技術(shù)。”

然而，最終的問題是，這些由人工智能驅(qū)動(dòng)的地圖所提供的診斷是否能夠及時(shí)起效，從而幫助解決人類造成的環(huán)境問題。