樹林良伴:人工智慧技術繪製出雨林的豐富生物多樣性地圖

作者 Jamie Beckett

秘魯雨林裡要是有棵樹倒下了,Greg Asner 可以告訴你是哪一種樹倒下了。

卡內基科學研究院與史丹佛大學生態學家 Asner,採用人工智慧與強大的光譜成像法製作出無比精細的雨林地圖。他依化學成分來區分各樹種,顯示出的雨林多樣性超乎任何人的想像。

Asner 的地圖讓人一眼就能認出地球上生態最多元的保護區之一,還有指出哪些新的地區需要進行保育。

「這的確使得我們更有能力去保護森林,遏止氣候變遷帶來的傷害。」他說。

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Asner 使用將一架雙推進引擎飛機改造成的行動研究實驗室「Carnegie Airborne Laboratory」號,以拍攝雨林的影像。

對秘魯森林的威脅

秘魯國內的森林面積達30萬平方英里,從炎熱的亞馬遜河流域低地一路延伸到白雪皚皚的安地斯山脈。石油探勘、伐木、放牧、非法採金,以及面積愈來愈廣的棕櫚樹園,都不斷威脅著這片土地。在亞馬遜河流域的某地,自2010年以來砍伐森林的面積增加了 500%。

Asner 及其研究團隊搭乘雙推進引擎飛機「Carnegie Airborne Observatory」號,機上裝有超過2,200磅(1,000公斤)的高科技感應器和多部電腦,從雨林上空數英里處進行拍攝,以瞭解和保護如此遼闊的林區。

研究團隊測量樹葉裡碳和氮等化學物質的濃度,找出23種森林裡的樹林用以存活下來的策略特徵,部分樹種大量生長以力圖存活,而部分樹種則是以防禦性化學物質來保護自己。

雨林生物多樣性其實有十倍以上

研究團隊將23種特徵歸納出區分不同樹種的七類群落。藉由資料和 GPU 加速深度學習技術,以相似生存策略產生出樹種群落圖,繪製出36種林類圖。秘魯政府及多數研究人員過去認為只有三種。

研究人員使用 CUDA 平行運算平台、NVIDIA Tesla K80 GPU 加速器及 cuDNN 來訓練他們的演算法,同時日前在《Science》期刊發表的一篇報告裡介紹了他們的發現。

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在地圖上以眼花繚亂的不同顏色區分秘魯的36類森林。

讓人眼花繚亂的地圖

這些樹種群落的 3D 立體地圖使用熱粉紅、螢光綠和其它34種顏色繪製而成,看起來像是眼花繚亂的紮染布料。研究人員將他們的地圖重疊在秘魯政府的森林砍伐和保護區地圖上,以判斷最需要進行保護的區域。

「根據對各類樹種分布位置的現有知識,人們才決定要保護哪些樹種。」Asner 說。

官方將國家公園設在他們認為最能避免土地開發的地方,而在獲得更得資訊的情況下,秘魯與地方政府就能將國家公園設在每英畝能保護最多樹種的地點。

「官方試著使用衛星資料來因應龐大的生物多樣性危機。」Asner 說。「從 Google Earth 或其它衛星影像來看,森林只是一片綠色,不會告訴你裡面還有什麼東西。」

放眼全球

Asner 及其團隊已繪製完成加州、夏威夷、婆羅州及厄瓜多的森林地圖。不過他們只有一架飛機。Asner 想將他的技術放進衛星軌道,就能每個月產生最新的全球生物多樣性地圖。

他說研發活動仍會繼續,至少他的地圖能協助政府避免最嚴重的環境損失。

「這個世界變化如此快速,人們知道得保護森林,不然它將會消失殆盡。」他說。

本文所有圖片皆由卡內基科學研究院的 Greg Asner 提供。

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