《拯救濒危物种: 实时监测海牛的新人工智能方法》

  • 来源专题:中国科学院文献情报系统—海洋科技情报网
  • 编译者: liguiju
  • 发布时间:2024-09-08
  • 海牛是捕食量巨大的水生哺乳动物,它们以海草为食,日放牧时间长达八小时。由于它们喜好在浅水环境中群聚性捕食且行动缓慢,使它们对环境变化及风险具有较高敏感度。准确统计区域内海牛聚集数量对生态系统和环境监测具有重要意义。但海牛体形独特,且常年成群聚集在浅水中,水面反射、遮挡以及伪装等因素往往对海牛计数造成干扰。

    佛罗里达大西洋大学提出了一种基于深度学习的种群计数方法,该方法可以通过低质量图像自动计算区域内海牛数量。这种方法使用高斯核(AGK)确保密度函数可以最大限度地捕获不同聚合中个体海牛的形状,并将AGK应用于不同类型的深度神经网络(VGG、SANNet、CSRNet、MARUNet等)学习海牛密度并计算场景中海牛的数量。通过使用从监控视频中提取的通用低质量图像,实验结果表明,基于AGK内核的海牛计数实现了最小的平均绝对误差(MAE)和均方根误差(RMSE)。

  • 原文来源:https://new.nsf.gov/news/saving-endangered-species-new-ai-method-counts
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    • 编译者:liguiju
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    • 海牛经常成群结队地在浅水区觅食,这使得它们容易受到环境变化和其他风险的影响。准确统计特定区域内海牛的聚集数量对于观察它们的行为习惯、设计船只安全规则、安排护理和干预计划等都具有重要意义。由于海牛独特的形状、群体生活习性、水面反射、遮挡和伪装等因素,准确计数海牛数量具有挑战性。 佛罗里达大西洋大学提出了一种基于深度学习的群体计数方法。该方法使用低质量图像作为输入,自动计算区域内海牛的数量。鉴于海牛独特的形状和常在浅水区成群出现的特点,提出使用各向异性高斯核(AGK),该方法具有可调的旋转和平移参数,以最大化地捕获不同聚集中个体海牛的形状。将AGK核应用于多种为群体计数设计深度神经网络,包括VGG、SANet、CSRNet、MARUNet等,以学习海牛密度并计算场景中的海牛数量。结果表明基于DNN和AGK内核的海牛计数方法在低分辨率图像上表现良好,尤其是在背景复杂的高密度海牛图像中,能很好地估计场景中的海牛密度,且实现了最小的平均绝对误差(MAE)和均方根误差(RMSE)。 该方法平衡了标记成本与计数效率,为海牛计数提供了一种简单而高效的解决方案。该研究方法为更广泛的应用创造了可行性,对计数技术的改进,改善了对生态系统未来预测的准确性。(张灿影 编译)
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    • 编译者:liguiju
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    • 珊瑚礁是海面下数百米众多海底生物的栖息地,这些生物包括海虾、螃蟹、小海星和软珊瑚等。珊瑚礁既坚硬但又脆弱,容易被工业渔船拖曳的渔网破坏,而这种损害需要很长时间恢复。为了帮助保护深海珊瑚礁,测绘和监测是科学家、自然资源保护主义者和可持续渔业的关注重点。 海底调查珊瑚礁是一种成本高、难度大的技术方法。基于船舶和遥感的传统调查方法不仅耗时还需要大量人力物力,限制了深海珊瑚礁保护战略数据量的获取,而通过人工智能(AI)正好可以弥补传统方法的不足之处。研究人员开发了一种深度学习系统,可以通过分析图像来识别和测量深海珊瑚礁,所需时间比人工识别减少一大半。该系统由多层人工神经元网络组成,可以通过学习如何识别数据中的复杂模式来模仿人脑。 研究人员表示,深度学习快速并准确,模型可以在不到20分钟的时间内对2300多张图像完成分类,准确率高达98.19%,而这项任务人工耗时则需三个月左右。训练数据集来自2018年塔斯马尼亚州南部海岸RV调查员收集的图像。深拖相机系统在600至1800米的深度每五秒记录一次连续视频并拍照。研究人员手动查看了近6000张照片,然后将其用于训练深度学习系统。最初的数据集由140000个数据点或“片段”组成。事实证明,这些数据太“嘈杂”了,剪影包含了各种不同的特征,太暗或太亮。研究人员开始清理数据,将其减少到大约70000个足够“干净”的片段,便于模型学习。接着尝试了不同的训练模型的方法和不同的网络结构,直到找到达到98.18%准确率的组合。最后,在未清理数据(包括具有大量特征的复杂图像)上进行深度学习,计算结果也能始终保持准确。 人工智能正在拯救深海珊瑚礁和其他脆弱的生态系统。未来,它可以用于深海渔业,以最大限度地减少对环境的影响,在保护全球海洋方面也具有巨大潜力。(张灿影 编辑)