白瑩

摘 要：人工智能技術(shù)作為產(chǎn)業(yè)革新的重要手段，將其應(yīng)用至生態(tài)領(lǐng)域是一種必然趨勢(shì)。基于大數(shù)據(jù)作為人工智能技術(shù)發(fā)展依據(jù)，分析了人工智能在生態(tài)保護(hù)、修復(fù)、災(zāi)害防治和生態(tài)管理方面的應(yīng)用。分別將智能機(jī)器人、知識(shí)圖譜、大數(shù)據(jù)技術(shù)、通信技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)等應(yīng)用于生態(tài)領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)人工智能與生態(tài)治理結(jié)合運(yùn)作。

關(guān)鍵詞：人工智能；生態(tài)領(lǐng)域

中圖分類號(hào)：S-3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20190530008

1 人工智能在生態(tài)領(lǐng)域的應(yīng)用

人工智能在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用十分活躍，尤其是生態(tài)領(lǐng)域，人工智能在生態(tài)領(lǐng)域中的應(yīng)用體系十分龐大，內(nèi)容同樣極為豐富。在此，以人工智能在生態(tài)保護(hù)、修復(fù)、災(zāi)害防治和生態(tài)管理方面的體現(xiàn)分析，完成人工智能在生態(tài)領(lǐng)域的應(yīng)用研究。

1.1 人工智能的應(yīng)用依據(jù)

人工智能運(yùn)作原理復(fù)雜，需要大數(shù)據(jù)作為支撐來(lái)維持其運(yùn)轉(zhuǎn)，即大數(shù)據(jù)是人工智能的依據(jù)。和以往的數(shù)據(jù)分析技術(shù)比較，人工智能技術(shù)主要依據(jù)為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，并引申出多層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，以此能夠?qū)崿F(xiàn)深度機(jī)器學(xué)習(xí)。其與傳統(tǒng)算法相比，該算法沒(méi)有多余假設(shè)，完全通過(guò)輸入數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)自主模擬并構(gòu)建相應(yīng)模型結(jié)構(gòu)。

1.2 生態(tài)保護(hù)領(lǐng)域應(yīng)用

在黨中央領(lǐng)導(dǎo)下，目前國(guó)內(nèi)的生態(tài)環(huán)境保護(hù)工作已經(jīng)取得了很大突破，信息時(shí)代迅猛發(fā)展及信息技術(shù)快速更迭，使得生態(tài)環(huán)境保護(hù)面臨著巨大的挑戰(zhàn)。鑒于現(xiàn)狀，必須加快落實(shí)人工智能和生態(tài)發(fā)展有機(jī)結(jié)合，并充分利用人工智能相關(guān)技術(shù)，分別在森林、草原、濕地、荒漠及生物多樣性等各方面領(lǐng)域構(gòu)建并完善生態(tài)環(huán)境保護(hù)應(yīng)用系統(tǒng)，以此實(shí)現(xiàn)生態(tài)環(huán)境保護(hù)的智能化，構(gòu)成生態(tài)保護(hù)治理的新模式。

針對(duì)森林生態(tài)體系的保護(hù)，最重要的就是防止森林資源被酸雨破壞，除此外，全球變暖也對(duì)森林資源的數(shù)量有著關(guān)鍵性的作用。據(jù)國(guó)家地理雜志相關(guān)報(bào)道，依照當(dāng)前環(huán)境狀態(tài)，世界雨林可能會(huì)在100a之內(nèi)消失不見。對(duì)于此種情況，可利用人工智能與衛(wèi)星遙感等技術(shù)相結(jié)合，實(shí)時(shí)阻止森林被酸雨破壞行為。人工智能在森林生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)估中也發(fā)揮著巨大作用。以驗(yàn)證基于人工智能技術(shù)的森林評(píng)估效果為目的，利用人工智能計(jì)算森林水源涵養(yǎng)性能和土壤保持性能以及固碳釋氧性能等當(dāng)作比較測(cè)試指標(biāo)。經(jīng)實(shí)驗(yàn)可知，利用人工智能技術(shù)評(píng)估森林生態(tài)系統(tǒng)健康是真實(shí)可行的。

1.3 生態(tài)修復(fù)領(lǐng)域應(yīng)用

實(shí)際上，生態(tài)修復(fù)指的是對(duì)生態(tài)體系不進(jìn)行人為干擾，以此減輕生態(tài)負(fù)荷壓力，依據(jù)生態(tài)體系調(diào)節(jié)性能與自組織性能向著有序的方向演化，或者通過(guò)生態(tài)體系自恢復(fù)性能，輔助人工舉措，使已經(jīng)遭到破壞的生態(tài)體系逐漸恢復(fù)或向好的方向發(fā)展。下面從種苗培育、營(yíng)造林和草原恢復(fù)等領(lǐng)域分析人工智能在生態(tài)修復(fù)中的應(yīng)用。

1.3.1 種苗培育

在種苗培育中，智能化苗圃隨著時(shí)代需求應(yīng)運(yùn)而生，不僅可以節(jié)省人工費(fèi)用，還可以保障種苗的質(zhì)量。

智能化苗圃中有多種類機(jī)器人，其中的鋤草機(jī)器人利用多傳感器融合和小型化智能鋤草功能可以實(shí)時(shí)檢測(cè)苗草信息，還能夠控制株間鋤草刀運(yùn)作速度，具備智能和高效等特性，可大規(guī)模減少勞動(dòng)力，并提升鋤草速度。

除了鋤草機(jī)器人以外，還有噴霧機(jī)器人、植物轉(zhuǎn)移機(jī)器人和表型機(jī)器人等。其中的噴霧機(jī)器人主要作用為利用傳感器檢測(cè)種苗環(huán)境，可自適應(yīng)避障，在強(qiáng)度上也能夠滿足大棚運(yùn)行需求。植物轉(zhuǎn)移機(jī)器人可在多植物中起到調(diào)度作用，實(shí)現(xiàn)植物間距調(diào)整。表型機(jī)器人能夠輔助林木育種者檢測(cè)林木可能達(dá)到的最優(yōu)質(zhì)量與最高產(chǎn)量。

1.3.2 營(yíng)造林

人工智能在營(yíng)造林應(yīng)用可分為3方面內(nèi)容：利用大數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)速生林產(chǎn)量；智能植樹機(jī)器人應(yīng)用；構(gòu)建專家決策支持體系。

將衛(wèi)星技術(shù)與人工智能算法相結(jié)合，能夠高效處理和分析生態(tài)數(shù)據(jù)，并最大化數(shù)據(jù)價(jià)值，給出營(yíng)造林技術(shù)。通過(guò)衛(wèi)星圖像和深度學(xué)習(xí)等算法，構(gòu)建能夠大規(guī)模處理各種各樣的地理空間數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)。

基于自動(dòng)化智能系統(tǒng)的及其與林業(yè)相結(jié)合，通過(guò)智能化的設(shè)備以及相關(guān)信息系統(tǒng)的高效利用，量林區(qū)資源進(jìn)行有效配置，這樣還保證了林區(qū)作業(yè)質(zhì)量和林業(yè)工人的安全，這在大大促進(jìn)了林業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。林業(yè)機(jī)器人能夠利用不同軟件適應(yīng)不同操作，并感知作物類型及作物所處環(huán)境產(chǎn)生的一系列變化。其中，比較常見的是智能植樹機(jī)器人和施肥機(jī)器人。

專家決策支持體系作為具有專業(yè)知識(shí)和豐富經(jīng)驗(yàn)的平臺(tái)，其利用專家求解構(gòu)建模型，依據(jù)人工智能知識(shí)表示與推理解決專家構(gòu)建的模型，從而具有與專家同樣解決問(wèn)題能力。該體系一般由人機(jī)交互模塊、知識(shí)庫(kù)模塊、數(shù)據(jù)庫(kù)模塊、推理模塊和知識(shí)獲取模塊以及解釋器模塊組成。

1.3.3 草原修復(fù)

經(jīng)上述介紹可知，草原在大陸上占據(jù)的面積很大。草原系統(tǒng)在為人類提供物質(zhì)生產(chǎn)和水土保持以及防風(fēng)固沙等服務(wù)時(shí)，也會(huì)受到人類活動(dòng)影響，使得該系統(tǒng)功能嚴(yán)重退化。人類一系列活動(dòng)使草原景觀一直處于被破壞的狀態(tài)，致使草原結(jié)構(gòu)與功能遭到了不同程度的影響。這種情況下，不僅給生態(tài)環(huán)境帶來(lái)了非常大的壓力，還給大眾健康與生存環(huán)境等方面造成了影響，從而衍生出了生態(tài)與經(jīng)濟(jì)社會(huì)相關(guān)問(wèn)題。

針對(duì)上述存在的問(wèn)題，提出以下2方面解決方式：利用草原監(jiān)測(cè)技術(shù)恢復(fù)草原生態(tài)體系；建設(shè)蓄草均衡智慧牧場(chǎng)。

以上提出的解決方案中，通過(guò)人工智能技術(shù)監(jiān)測(cè)草原資源和地面生態(tài)，設(shè)計(jì)并構(gòu)建相對(duì)完善的草原恢復(fù)互聯(lián)網(wǎng)。利用人工智能恢復(fù)草原主要體現(xiàn)在草原資源監(jiān)管、災(zāi)害監(jiān)測(cè)與預(yù)防、草原旅游服務(wù)方面。

1.4 生態(tài)災(zāi)害防治領(lǐng)域應(yīng)用

將人工智能應(yīng)用至生態(tài)災(zāi)害防治中，主要體現(xiàn)在以下幾方面：林草防火；防治林草病蟲害；防沙塵暴；防野生動(dòng)植物瘟疫。

人工智能技術(shù)在林草防火應(yīng)用中，利用熱成攝像機(jī)能夠高效監(jiān)測(cè)人為生火，并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)林區(qū)人類活動(dòng)。在比較敏感的區(qū)域安裝智能高清球型攝像設(shè)備，對(duì)該區(qū)域圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，進(jìn)而追蹤人類活動(dòng)細(xì)節(jié)。

人工智能技術(shù)在林草病蟲害防治應(yīng)用中，采用人工智能技術(shù)采集茶場(chǎng)、草場(chǎng)和苗圃等區(qū)域數(shù)據(jù)，并將其轉(zhuǎn)變?yōu)橛欣脙r(jià)值的信息，輔助農(nóng)作物產(chǎn)出與生成速度，并減少化肥及農(nóng)藥的使用，確保農(nóng)作物培育與生產(chǎn)過(guò)程中的安全性。開展并落實(shí)林業(yè)作物病蟲害智能圖像檢測(cè)工程，將人工智能技術(shù)應(yīng)用至防治作物病蟲害領(lǐng)域，進(jìn)而推動(dòng)林業(yè)高效發(fā)展。

人工智能技術(shù)防沙塵暴應(yīng)用中，人工智能能夠穿戴防沙塵頭盔，其具備口罩防塵和濾塵作用及防風(fēng)眼鏡等功能，不僅透氣，還提供氧氣，更能夠以數(shù)字化形式給出沙塵風(fēng)速等信息數(shù)據(jù)，其中包含數(shù)字?jǐn)z影和攝像，可對(duì)當(dāng)前所處情況進(jìn)行實(shí)時(shí)分析。鑒于上述優(yōu)點(diǎn)，人工智能可將沙暴對(duì)人們戶外活動(dòng)影響降至最小，還便于做應(yīng)急處理。

人工智能技術(shù)在防野生動(dòng)植物瘟疫應(yīng)用是大勢(shì)所趨。其中，野生動(dòng)物的疫源疫病監(jiān)測(cè)與防控平臺(tái)中存儲(chǔ)著禁止進(jìn)境物信息數(shù)據(jù)及X光圖譜。利用在郵件分揀機(jī)上設(shè)置OCR識(shí)別系統(tǒng)，自適應(yīng)檢測(cè)并提取申報(bào)品名和收寄件人及地址等重要數(shù)據(jù)信息，然后傳輸至云端。大規(guī)模截獲數(shù)據(jù)和X光圖譜與面單信息相互融合，形成郵檢大數(shù)據(jù)，利用機(jī)器人訓(xùn)練、學(xué)習(xí)與預(yù)測(cè)，實(shí)現(xiàn)疫源疫病準(zhǔn)確檢測(cè)識(shí)別與查驗(yàn)。

2 結(jié)束語(yǔ)

當(dāng)前生態(tài)治理技術(shù)比較落后，而人工智能結(jié)合了目前最為先進(jìn)且適用性強(qiáng)的算法與技術(shù)，可有效解決當(dāng)前生態(tài)治理模式存在的問(wèn)題。上述分別從生態(tài)保護(hù)、修復(fù)、災(zāi)害防治和生態(tài)管理幾方面研究了人工智能在生態(tài)領(lǐng)域的應(yīng)用。

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