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AI阻路殺-提醒用路車減速,提醒石虎「停看聽」!

2020/07/06 生命力新聞:陳俞晴、林澤衛

石虎為台灣一級保育類動物,經常活動於苗栗、台中、南投的中海拔、淺山環境區。 圖/...
石虎為台灣一級保育類動物,經常活動於苗栗、台中、南投的中海拔、淺山環境區。 圖/聯合報系資料照片

石虎為台灣一級保育類動物,經常活動於苗栗、台中、南投的中海拔、淺山環境區。近年來,因大量山區道路開發,棲息地遭受到嚴重破壞,與人車共道的情形,衍生出許多因道路致死的「路殺」事件,甚至威脅到人類的交通安全。於是,交通部公路總局、農委會特生中心與中興大學團隊合作策畫「中部地區友善道路改善計畫」,運用人工智慧技術開發「AI路殺預警系統」、「聲光波系統」及建立智慧道路,來阻止保育類動物被路殺的情形發生。

跨單位跨領域合作 開發路殺預警系統

為了保護保育類動物的安全,二〇一七年起,由中興大學機械系蔣雅郁教授所帶領的團隊、交通部公路總局規劃組的環境工程科以及農委會特有生物研究保育中心(以下簡稱特生中心),三個單位跨機關、跨領域合作策畫「中部地區友善道路改善計畫」,一同研發出石虎,以及鼬獾和白鼻心的「路殺預警系統」,期望能以更有效、有系統性的方式,來避免保育類動物被路殺情形發生。交通部公路總局副總工程司李忠璋說,「只要使用到道路的任何生物,我們也要把牠視為用路人,只要是用路人,基於使用道路的安全,我們都有責任去保護他。」

計畫的一開始是因為本身有在養貓的蔣雅郁,對於台灣原生種貓科動物和石虎的路殺新聞事件,一直以來都有在特別留意。因此,二〇一六年年底,蔣雅郁開始與中興大學機械系的博士後研究員、學生以及特生中心的三位研究員,一同進行石虎保育的相關研究與討論。蔣雅郁說,「就用我研究計畫剩餘的費用,然後慢慢做、慢慢做」,希望能透過工程技術或影像辨識等高科技的方法,來解決石虎路殺的問題。

實驗確保石虎可受聲光波系統趨避,在有車時避開危險。  圖/中興大學機械系提供
實驗確保石虎可受聲光波系統趨避,在有車時避開危險。 圖/中興大學機械系提供

後來,也因為特生中心與公路總局一直都有在合作,於是同樣關心石虎保育議題的公路總局主動聯繫上了特生中心,並且提供相關經費,一同加入相關研究以及其他物種的路上調查,進而正式開始了「中部地區友善道路改善計畫」,才讓「路殺預警系統」相關研究發展下去,而此系統也在二〇一九年五月,於苗栗卓蘭台三線一百三十二公里處到一百四十四公里處路段正式上線。

團隊分工合作 完成友善道路改善計畫

道路改善計畫分為四個部分進行,第一個部分是針對石虎調查,由特生中心在中部地區,包括苗栗、南投、台中、彰化的省道上,進行石虎出沒地點的統計。第二個部分是路殺熱點調查,透過特生中心路殺社的調查資料,統計出保育類動物經常被路殺的地點。

第三個部分是建立「路殺預警系統」,運用「人工智慧影像辨識」及「聲光波系統」,在路殺熱點上建立有效的系統,來降低動物被路殺的可能性。李忠璋說,「有點類似我們人類使用的紅綠燈,讓動物減少直接穿越馬路的機會,讓它保護牠,牠在穿越的時候是比較安全的。」

最後一個部分則是透過學校或公路總局,進行教育宣導,例如說考駕照前的學習課程、教育講習,讓駕駛在拿到駕照之前,對於動物保護有一些相關的概念。當駕駛在行車時,也能因為看到路上的動物警告標誌,進行車速減速或不要超速的行為,來避免與動物之間產生衝突、碰撞,不僅能降低保育類動物被路殺情形,也能保護駕駛人的交通安全。

在此計畫中,中興大學團隊主要負責友善道路設施、偵測設備系統的開發,以及攝影機、動物通道、圍網、太陽能聲光波系統等設施的架設;公路總局負責道路設施、場域、車輛偵測設備的提供與架設,以及相關工程的咨詢;特生中心則是負責石虎出沒的場域研究與調查,以及協助聲光波系統實驗等研究。而二〇一八年起,與中興大學合作的廠商DT42科技公司也開始參與部分技術,例如影像識別系統開發和電腦識別準確率提升等技術。

中興大學團隊在三米高空中安裝AI自動化動物辨識系統。 圖/中興大學機械系提供
中興大學團隊在三米高空中安裝AI自動化動物辨識系統。 圖/中興大學機械系提供

路殺預警系統 拯救保育類動物

而「路殺預警系統」分為「AI影像辨識」和「聲光波系統」兩大技術。透過長期追蹤與雲端資料庫的建立,來訓練辨識不同動物的AI模型,「在訓練深度學習的模型時,需要蒐集大量實際上的資料,例如石虎資料、人、車或不是石虎動物的資料,讓模型去學習出辨識的機制」,DT42執行長陳嘉臨說,「將初始模型佈署到實際的場域裡後,再持續去蒐集場域裡的資料,當我們一直蒐集、一直去訓練這個資料,我們就可以持續改善模型」,來提升辨識系統的準確度。

另外,為了達到減緩車速以及讓動物使用路面的目的,除了針對進入熱點的駕駛進行車速偵測外,也引進了AI自動化動物辨識系統,將其放置於動物可能出沒的路徑上,當它偵測到石虎、鼬獾、白鼻心在狩徑上出現時,此AI系統就會將訊息傳輸至前方的資訊可變標誌,來提醒用路人。蔣雅郁說,「用路人收到的資訊就不只有車速,它同時還告訴你前面的路段是路殺熱點,顯示前方有石虎即將通過,請你小心慢行,這個時候用路人的車速就會很明顯的下降非常多。」

然而,當駕駛人車速超過安全速度時,AI系統會連結聲光波緩速系統,發出聲音和閃光警示正在附近的動物,讓牠不要在第一時間穿越馬路。而聲音和閃光對於每種動物的效果都不同,例如鼬獾聽到聲音或看到光,都會害怕地往回走,藉此達到趨避的效果;而石虎聽到聲音會去尋找音源,當牠停留在原地就與車輛製造出時間差,等車子過就能使用馬路。DT42專案管理經理鐘婉嘉說,「當人與動物共用同一個地方的時候,不是一昧地去驅趕牠,是沒有幫助的,牠還是會過馬路,牠還是會被撞到,那唯一我們可以去做的是,盡量改變動物的習慣」。例如公路總局會在道路底下建立動物通道,引誘牠走這個地下道,以及在道路一旁架設圍網,讓動物不容易走到馬路上,並且習慣走動物通道,藉此達到保護動物的效果。

中興大學團隊在特生中心測量石虎實際大小與眼高。 圖/中興大學機械系提供
中興大學團隊在特生中心測量石虎實際大小與眼高。 圖/中興大學機械系提供

齊力克服外在因素 提高辨識系統效果

然而計畫也會遇到一些困難,像是動物的資料蒐集並不是這麼順利,蔣雅郁說,因為石虎是保育類動物不常遇到,特生中心也不是每天都有。要訓練AI模型視覺辨識時,資料的來源就比較少,且現有照片大多是沙龍照,跟實際上出現的背景都不太一樣,「花了一點時間去調整我們的模型,還包含架設一個非常類似現場的狀態,我們這時候去拍石虎、去收集那些照片,就會跟真正架設預警系統的現場比較符合,AI在辨識時準確率會比較高一點。」

而預警系統設備裝設上去後,外在的影響因素又更多,例如戶外環境常有螞蟻、蟲子或是蜘蛛絲,在機器上會影響到辨識的效果。為了解決這個問題,團隊將攝影機的帽簷拆除,讓蜘蛛爬在平滑面上無法結網,或是在攝影機上綁樟腦丸,讓蟲子不喜歡靠近,沒有蟲子蜘蛛就沒食物吃,也就會放棄在機器上結網。另外,也會透過設備的維護、角度調整,或增設其他設備,來降低沒有預期到的影響,進而克服外在因素的影響。

系統上路後 示範路段無路殺

目前,在苗栗卓蘭台三線的示範路段,執行此計畫一年多以來,沒有任何石虎、鼬獾、白鼻心被路殺的情況,李忠璋說,「的確這中間有辨識到石虎,大概有五六次之多,也都很成功的讓石虎不在第一時間就穿越道路,當然除了石虎之外,其他物種也都有,所以這些成果都還蠻豐碩的,那也提供了我們對這個設備的信心」,「希望透過這樣的做法,讓所有在省道上面,甚至於其他道路上面,對於任何要使用這個道路的所有動物,都能夠是友善的。」

蔣雅郁說,「不管怎麼樣的預警系統,或是動物通道,或是什麼樣的工程建設,都還是建立在整個全民的行為,行經這個路段的時候要減速,或是知道這個地方有這個棲地,或者是不再去支持道路大量的開發的這個觀念,所以我覺得這個預警系統算是一個範例來講,它是一個很成功的。」

中興大學機械工程學系學生與他們合力研發的道路預警系統。 圖/中興大學機械系提供
中興大學機械工程學系學生與他們合力研發的道路預警系統。 圖/中興大學機械系提供

採訪側記

採訪完不同領域、機關的受訪者後,看到他們以創新、高科技的方式,面對著沒有人開發過的領域,即便很困難還是很努力,且持之以恆地去做,讓我們覺得非常厲害。也讓我們看見每一個人的努力,不管是計畫研究、系統開發或是保護動物的樣子,甚至蔣教授是在沒有什麼額外收入的情況下做了這麼多,真的很讓人佩服。

本文轉載自《生命力新聞》(原文標題:用AI技術阻止路殺 拯救石虎)。

延伸閱讀

>>注意動物出沒!全球首個「路殺預警」導航app在台

>>在「動物黃泉路」上工作 「路殺社」撿屍護生態

>>【酷媽倡議】母親節快樂!愛貓一生的「石虎媽媽」


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