西雅圖港可能有100多年的歷史了，而它正在學(xué)習(xí)一些很新的技術(shù)。負(fù)責(zé)監(jiān)管西雅圖海港和西雅圖塔科馬國(guó)際機(jī)場(chǎng)的政府機(jī)構(gòu)正在利用人工智能(AI)和計(jì)算機(jī)視覺(CV)技術(shù)在機(jī)場(chǎng)的航空貨運(yùn)區(qū)域進(jìn)行對(duì)象檢測(cè)和分類，以提高運(yùn)營(yíng)效率。
西雅圖港高級(jí)系統(tǒng)架構(gòu)師Skip Tavakkolian表示，該政府機(jī)構(gòu)認(rèn)為機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)將從根本上改變港口的運(yùn)營(yíng)方式。該項(xiàng)目(被稱為PlaneInsigh)僅僅是個(gè)開始。 Tavakkolian表示，PlaneInsight項(xiàng)目的主要開發(fā)目的是為了給信息和通信技術(shù)(ICT)團(tuán)隊(duì)提供使用現(xiàn)代機(jī)器學(xué)習(xí)和計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)的第一手經(jīng)驗(yàn)，盡管他強(qiáng)調(diào)這不僅僅是學(xué)術(shù)實(shí)踐。該港口的航空貨運(yùn)團(tuán)隊(duì)希望該項(xiàng)目能幫助他們提高效率，減少延誤，并提升對(duì)貨運(yùn)公司的責(zé)任感。
Tavakkolian說：“機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)對(duì)于信息和通信技術(shù)及港口而言都是一門新學(xué)科，對(duì)大多數(shù)技術(shù)領(lǐng)域而言也是如此。”“由于我們清楚機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)可以處理哪些工作，因此我們開始尋找未使用機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)而導(dǎo)致不可行或成本昂貴的問題。”
Tavakkolian解釋道，人工解決方案無(wú)法擴(kuò)大規(guī)模，而現(xiàn)有的自動(dòng)化解決方案往往依賴于昂貴且專門的硬件，例如傳感器。
他說：“使用計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)讓我們可以利用現(xiàn)有的監(jiān)控?cái)z像頭基礎(chǔ)設(shè)施來(lái)處理視頻流，并利用我們的數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)架構(gòu)來(lái)收集快照，創(chuàng)建訓(xùn)練數(shù)據(jù)集，訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，以及進(jìn)行圖像推理(即分析)。”
從試點(diǎn)到投入使用
PlaneInsight項(xiàng)目可利用港口的監(jiān)控?cái)z像頭來(lái)確定所關(guān)注的飛機(jī)和地面設(shè)備(梯子、地面動(dòng)力設(shè)備、皮帶裝載機(jī)等)的類型、位置和大致輪廓。它可以分析飛機(jī)艙門的圖像，確定所?？康娘w機(jī)類型，對(duì)周圍環(huán)境以及任何可見的文字(例如飛機(jī)上的航空公司名稱)進(jìn)行說明。該項(xiàng)目由于使用新興技術(shù)而使西雅圖港贏得FutureEdge 50大獎(jiǎng)。
Tavakkolian和西雅圖港首席信息官馬特·布里德(Matt Breed)于2016年開始探索在港口使用機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)和計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)。2017年，Tavakkolian與港口的航空和電氣系統(tǒng)總工長(zhǎng)克里斯·埃文斯(Chris Evans)密切合作，為港口的“創(chuàng)智贏家(Shark Tank)”創(chuàng)新活動(dòng)建立了一個(gè)簡(jiǎn)單的計(jì)算機(jī)視覺概念驗(yàn)證原型?；谠撛?，航空運(yùn)營(yíng)總監(jiān)和航空貨運(yùn)運(yùn)營(yíng)與開發(fā)經(jīng)理發(fā)起了該試點(diǎn)項(xiàng)目，其后來(lái)成為PlaneInsight項(xiàng)目。
Tavakkolian說：“最初在分類器原型上投入適當(dāng)時(shí)間和計(jì)算資源的舉措完全是在信息和通信技術(shù)部門內(nèi)部決定的，”但是“創(chuàng)智贏家”活動(dòng)幫助使分類器原型贏得了業(yè)務(wù)上的支持。“該活動(dòng)允許將想法和原型提交給港口內(nèi)的各位主管，如果可以獲得用于試點(diǎn)項(xiàng)目的一些資金，那么可將這些想法和原型帶入下一階段。”
由于高管發(fā)起支持該項(xiàng)目，信息和通信技術(shù)部門與航空貨運(yùn)運(yùn)營(yíng)團(tuán)隊(duì)密切合作，以找出對(duì)實(shí)時(shí)使用、調(diào)查分析和歷史趨勢(shì)分析都有用的信息類型。Tavakkolian指出，到目前為止，這兩個(gè)團(tuán)隊(duì)仍在繼續(xù)為對(duì)象檢測(cè)數(shù)據(jù)尋找其他功能和用途。
為PlaneInsight項(xiàng)目進(jìn)行培訓(xùn)
最大的挑戰(zhàn)仍然擺在面前：尋找讓PlaneInsight項(xiàng)目發(fā)揮作用的專業(yè)知識(shí)。
Tavakkolian說：“全面學(xué)習(xí)機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)和計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)概念以將其投入使用，學(xué)習(xí)這些工具和框架(例如Tensorflow)，然后幫助他人理解機(jī)器學(xué)習(xí)概念，這些都是最大的挑戰(zhàn)。”“如今對(duì)機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)的專業(yè)知識(shí)需求很高，那些想利用機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，并且無(wú)法僅依賴薪酬與其他公司競(jìng)爭(zhēng)的組織，就需要制定計(jì)劃來(lái)對(duì)現(xiàn)有員工進(jìn)行培訓(xùn)。”
培訓(xùn)員工并不是唯一的問題。PlaneInsight項(xiàng)目核心的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(CNN)需要訓(xùn)練數(shù)據(jù)集進(jìn)行遷移學(xué)習(xí)。創(chuàng)建這樣的數(shù)據(jù)集是一項(xiàng)單調(diào)乏味的工作：它需要注釋成千上萬(wàn)幅圖像。必須標(biāo)記每幅圖像中所關(guān)注的對(duì)象(例如，“波音737飛機(jī)”)，定義其位置(例如，在其周圍設(shè)置邊界框)，以及勾勒出其形狀(例如，在飛機(jī)輪廓上畫出多邊形)。這是非常耗時(shí)的工作，而且沒有針對(duì)飛機(jī)和地面設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)訓(xùn)練數(shù)據(jù)集。為了解決該問題，該港口啟動(dòng)了一項(xiàng)新的高中暑期機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)實(shí)習(xí)計(jì)劃。
“將近一半的訓(xùn)練數(shù)據(jù)集是由我們的高中實(shí)習(xí)生創(chuàng)建的，”Tavakkolian說。
該港口在2019年部署了PlaneInsight試點(diǎn)項(xiàng)目，此后一直在運(yùn)行。Tavakkolian表示，該項(xiàng)目不僅幫助航空貨運(yùn)團(tuán)隊(duì)提高了效率，還使其組織內(nèi)部人員對(duì)機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)提高了認(rèn)識(shí)，而且港口還找到了機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)的更多操作用途，包括尋找路徑(使用自然語(yǔ)言處理和機(jī)器翻譯)、地面操作、安全性、庫(kù)存等。航空貨運(yùn)團(tuán)隊(duì)希望利用計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)進(jìn)行設(shè)備自動(dòng)清點(diǎn)，檢驗(yàn)比較各個(gè)地點(diǎn)的實(shí)際操作與計(jì)劃操作，以及計(jì)算出計(jì)劃操作與實(shí)際操作之間的差異。甚至已對(duì)一些現(xiàn)有的請(qǐng)求建議書(RFP)項(xiàng)目也進(jìn)行了升級(jí)，以使用機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)。
Tavakkolian說：“IT專業(yè)人士熟悉技術(shù)領(lǐng)域變化的情況和速度。”“通用的機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，尤其是深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)都是現(xiàn)成的技術(shù)，自上世紀(jì)90年代中期互聯(lián)網(wǎng)的普及使用，這兩種技術(shù)可能會(huì)對(duì)信息技術(shù)領(lǐng)域產(chǎn)生最具變革性的影響。最好現(xiàn)在就為這一趨勢(shì)著手準(zhǔn)備。”
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