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「空拍機找海廢」在台灣難推?現階段人眼仍勝機器

2020/06/29 顏寧(倡議專欄)

空拍技術越來越普及,近年空拍機價格已漸漸親民,許多環境調查開始廣泛使用空拍,甚至檢察官蒐證也少不了無人機空拍。如果,用空拍機來計算海廢的數量呢?搭配機器學習的電腦自動辨視,是不是就能省去在海邊曬太陽、中暑算垃圾的苦差事呢?

近年無人空拍機興起,價廉卻能產出高畫質影像。 圖/pexels
近年無人空拍機興起,價廉卻能產出高畫質影像。 圖/pexels

空拍,用什麼拍?

「空拍」簡單說有三種,一是衛星,二是飛機或直升機的航空攝影,三是最近熱門的無人機。要用什麼樣的工具,端看你的需求和目的來決定。

海岸廢棄物的調查,大致上不脫三種目的:(1)評估和量化-海廢的組成是哪些類型?集中在哪裡?(2)分佈-空間和時間的分佈;(3)清理的優先考量-海廢的種類決定使用的工具、集中熱區優先清,如何安排預算、人力、交通、機具等資源和後勤物流。

衛星看地球

2011年東日本大海嘯後,東北地方大量房舍`船隻被捲入海中,殘駭隨著太平洋環流沖向夏威夷和阿拉斯加,當時美國運用衛星影像來掌握漂流物動向和位置。

衛星的好處是,它的影像範圍能比其他任何方式都來得廣,且有許多感應器和分析技術持續發展中,不過費用也較高昂。此外,衛星影像面臨的挑戰是,衛星超看老天臉色,一片雲或一個浪來,看不見就是看不見。另外,海廢的尺寸通常都小於1公尺,大部分少於30公分,衛星影像的解析度沒這麼高。最後,應該是最重要的一點,資料處理非常耗費人力。

航空攝影的好處是已有行之有年的方法和技巧,照片可用來幫助決定要優先清哪一段海岸。...
航空攝影的好處是已有行之有年的方法和技巧,照片可用來幫助決定要優先清哪一段海岸。 圖/pixabay

飛機上看海廢

早在2006年和2008年時,美國海洋大氣總署(NOAA)在夏威夷的幾個大島上,出動直升機飛行500航次,空拍調查廢棄漁具。直升機上的觀察員會在看見廢棄漁具時,記錄其顏色、大小等級與材質類型。

2006年的調查發現了711個廢棄漁具點,藉由調查結果,移除了歐胡島和拉奈島上共計33噸的廢棄漁具。後來,NOAA改良飛行方式,記錄到更多廢棄漁具位置,並持續在深受海廢困擾的阿拉斯加和夏威夷拍攝航空影像。

航空攝影的好處是已有行之有年的方法和技巧,照片可用來幫助決定要優先清哪一段海岸。不過,就像衛星影像面臨的門檻,航拍很難偵測和辨視小型海廢。另外,調查的費用與後處理的人力其實也不在話下。

無人機空拍海廢

近年無人空拍機興起,價廉卻能產出高畫質影像。相較於傳統海岸監測需動員大批人力,調查範圍卻有限。空拍機可更快更頻繁的調查,不但減少現場人力,也能擴大調查面積。

紅海和印尼的研究人員,都曾透過無人機加上影像辨視和機器學習,來了解當地的海廢汙染情況。紅海的研究團隊同時用空拍和人力監測,在準確度上,相同範圍裡人眼辨視出123件海廢,空拍僅辨視出76件,偵測準確率為61.8%。

印尼的研究人員,在西大魯河的高中低汙染河段,用無人機辨視海廢,在中汙染和高汙染河段的準確率有八九成,而在低汙染河段則易受水生生物如開花的布袋蓮干擾,準確率六成多。除了植物,風造成的河面漣漪,以及船經過時的水波蕩漾,也都是造成空拍誤判的變因。

另外,西班牙維戈大學(University of Vigo)與西班牙海廢協會共同合作,在歐盟執委會的支持下,開發了「垃圾無人機」(LitterDrone)計畫,率先在加利西亞國家公園的小島上測試。當地擁有豐富的生態價值,而民眾難以到達,所以用傳統的調查方式很難監測。

國外用得好,不一定適合台灣

國外的研究指出,無人機空拍在顏色統一、單一地質的沙岸有比較好的表現。要讓機器學習辨視海廢,得先在高度同質的沙岸上,有明顯的乾燥沙丘區、潮溼的沙帶、腳印、陰影、植被與可觀的漂流木和海廢物體,在背景對比大的情況下,有較好的表現。

台灣東海岸線。 圖/王思慧攝影
台灣東海岸線。 圖/王思慧攝影

但是,台灣海岸地形地貌豐富,有斷崖、岩岸、海蝕平臺、珊瑚礁岩、砂礫混合灘、消坡塊、人工海堤、沙岸等等。海廢更是百百款,在材質、色調、類型上擁有多樣性,都是台灣海廢在空拍上所面臨的限制。

以寶特瓶為例,真實海廢世界的寶特瓶有完整的、破碎一半或殘缺不全的、只剩瓶蓋的、壓扁的、被沙埋住一半的,另外還有路邊椰子汁柳橙汁這種「非正式」塑膠瓶。即使只讓機器學習辨視單一海廢類型如寶特瓶,目前仍有不小的門檻。

此外,台灣外帶飲食文化當中常見的吸管、手搖杯和飲料袋,許多皆是透明材質且體積偏小。與夏威夷苦惱的巨大糾纏廢棄網具,或印尼滿滿河面的塑膠垃圾相比,台灣的海廢在辨視上有極大挑戰。

近年不乏公部門和民間團隊,都嘗試以AI人工智慧和機器學習來做空拍影像辨視。但受限於台灣海岸地形多元,海廢更是千奇百怪,目前辨視率最高還不到五成,遠遠不及現場調查的完整和精確紮實。

雖然空拍機能節省調查人力成本,也能不受空間限制的拍攝離島或難以到達的海岸。不過,台灣島嶼面積小又高度開發,所有海岸幾乎都有公路能到,像海廢快篩調查能在短時間內快速完成大範圍的調查,現階段人眼仍然是略勝一籌。

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顏寧

海洋說書人。因航行而開始喜歡海洋,目標是成為一位海洋博物學家。

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