創意無線技術保護全球森林和生物

作者 : Nordic Semiconductor

由AKQA主導的設計師、工程師和內容創作者集體組織於2019年9月推出「良知守則」(Code of Conscience)是一個經概念驗證(PoC)的程式碼架構,旨在防止非法濫伐。該合作專案採用Nordic Thingy:91多感測器蜂巢式物聯網(IoT)原型設計平台,在亞馬遜進行一項試點,用於追蹤陸地和水上的林業和農業車輛...

地球上約有三分之一的土地是森林。森林為野生動植物和土著居民提供食物和棲息地,保護脆弱的生態系統,穩定天氣狀況,並且在減少氣候變化影響方面發揮越來越重要的作用。聯合國(UN)環境、發展和農業的負責人在2018年聯合聲明中表示:「由於森林擁有無與倫比之吸收和儲存碳的能力,因此是全球因應災難性氣候變化的主要戰線。」

遺憾的是,這些森林持續減少,並響起了警報。全球對食物、材料和能源的需求不斷增加,導致濫伐和森林退化的破壞程度不斷提高。嚴酷的現實是,包括農業、放牧、採礦、鑽探、伐木和都市化的人為威脅不斷增加,以及乾旱和野火等自然事件,都使得森林枯竭並損害了陸地生物多樣性。根據生物多樣性和生態系統服務機構「政府間科學政策平台」(IPBES)發表的重要報告,從1990年到2015年,由於砍伐清理和砍伐木材,約有290萬平方公里的原始森林消失了;原來50%的農業擴張是以犧牲森林為代價的,並且全球10%至15%的木材供應是由非法林業提供的。該報告指出,僅在已開發國家和發展中國家的原始森林,從2000年到2013年就減少了7%。

這已經成為一個長期的問題。根據世界銀行的「世界發展指標」(World Development Indicators)資料庫,1990年至2016年間,全世界失去了130萬平方公里的森林,佔地超過了南非的面積。根據世界資源研究所(World Resources Institute)發起的全球森林觀察組織(GFW)提供的資料,僅在2018這一年,全球熱帶樹木覆蓋面積就減少了12萬平方公里,這是自2001年記錄以來得到的第四大年度下降數值。GFW開源網頁應用程式使用衛星影像和遙感技術,即時監控從巴西到迦納的樹木覆蓋損失;同時,世界自然基金會(WWF)宣稱,全世界每年平均損失75,700平方公里的森林,相當於每分鐘少掉了27個足球場的森林面積。

阻止濫墾濫伐的關鍵在於保護區,特別是在熱帶雨林內。事實證明,這些措施對於保護生物多樣性以及具有豐富文化底蘊的當地社區的持續存在至關重要。然而,國界、法規和限制並不能完全保證森林的健康和安全。

例如,根據世界自然基金會的資料,儘管推行了保護計畫並在當地做出了不懈的努力,但在過去的五十年中,全球最大的原始森林亞馬遜(Amazon)約有20%消失了。巴西航空局(Brazilian Space Agency)森林砍伐監測系統發佈的衛星資料顯示,在新冠(COVID-19)疫情肆虐期間,入侵亞馬遜開採自然資源的事件激增,巴西亞馬遜森林(佔690萬平方公里亞馬遜流域的64%)的森林砍伐速度急劇加快。救助森林實在刻不容緩。

良知守則

值得慶幸的是,與環保相關的技術創新或許能夠提供重要的希望和幫助。日前一項倡議旨在幫助世界各地的非政府組織(NGO)、政府和社區監控並限制重型車輛在保護區的使用,這些重型車輛在合法和禁止的伐木作業中用於穿越森林運輸木料。由全球代理商AKQA主導的設計師、工程師和內容創作者集體組織於2019年9月推出的「良知守則」(Code of Conscience)是一個經概念驗證(PoC)的程式碼架構,旨在防止非法濫伐。這個開源軟體提供給公眾使用,用於定期更新、快取暫存和壓縮的地圖資料,以及安裝在工程車輛中的現有GPS追蹤技術,以自動限制工作人員進入保護區(以聯合國世界保護區資料庫為準)。這個開源軟體提供了基於GPS的地理圍欄(geofence)功能,該功能與機械的燃油泵系統互鎖,可以把進入禁區的設備自動關閉。

整合的蜂巢式連接功能可以在正常運行期間通知和審核運作機械的位置,還提供了一種更新地圖資料的方法。該組織還開發了一款低成本小型晶片,使得舊式非GPS車輛能夠使用同樣的監控程式碼。為了實現所有新機械都預裝良知守則技術的願景,該合作夥伴組織邀請全球十大建築設備製造商的執行長參加這項計畫,並提供了嵌入在瀕臨滅絕動物之木雕產品中的‘Code of Conscience’晶片。

AKQA(澳洲和紐西蘭)執行創意總監Tim Devine表示:「我們決定提供良知守則技術開源軟體,因為從技術的角度來看,我們希望人們能一目瞭然地理解這個計畫有多麼簡單。最迫切需要解決的問題在於大規模實施此項策略所帶來的社會政治挑戰。‘Code of Conscience’將適用的許多地區,都有著複雜的社會政治條件和極端的環境變化狀況。」

這項始於與非政府組織、政府和當地社區的合作專案,使用Nordic Semiconductor的Nordic Thingy:91多感測器蜂巢物聯網(IoT)原型設計平台在亞馬遜進行一項專案試點,以展示其概念性驗證設計,用於追蹤陸地和水上的林業和農業車輛。展望未來,發展目標是建立更多關鍵的合作夥伴關係,以協助加快‘Code of Conscience’從概念性驗證到實際採用的過渡期。

Devine表示:「全球有數以億計的車輛配有車載資訊系統,其中許多是用於林業和農業的重型車輛。只要有心,我們也許可以使用它們來監視那些車輛,從而可能拯救數百萬公頃的受保護森林。」

澳洲科技公司Tekt Industries總工程師Matthew Adams也同意此一觀點,該公司負責開發基於Thingy:91的‘Code of Conscience’原始硬體。他表示:「各國公民開始思考產品設計的意圖,製造這些機器的企業有機會和能力透過負責任的機器設計來塑造地球的未來。從長遠來看,我們希望在全球受保護地點附近工作的所有機械都提高問責性和透明度。」

Adams並指出,Thingy:91證明了是理想的開箱即用解決方案,為將來的客製化設備奠定了基礎。他說:「考慮到硬體的遠端安裝和潛在的支援問題,經過驗證的Thingy:91低風險技術是很自然的選擇,OEM合作夥伴可以輕易採用,並且可以輕鬆地整合到他們的機器中。」

展示倡議

無線技術也獲得創新者接受和歡迎,作為因應其他全球森林環境保護挑戰的潛在解決方案。例如,在聯合國全球目標(Global Goals)計畫的啟發下,非營利性教育基金會Micro:bit邀請兒童和青少年使用Nordic供應的micro:bit (一款微型但功能強大,並且具有無線功能的袖珍電腦)來設計永續性的開發解決方案。

世界各地有興趣撰寫程式的年輕族群透過創建各種出色的永續性解決方案以回應BBC micro:bit的‘do your:bit’挑戰,其中包括旨在保護陸地生物的一系列技術解決方案。

北美冠軍Lynn創建了一款獨特的設備,透過檢測森林中的響亮聲音來找出砍伐森林對當地社區的危害情況。該設備使用了一台樹莓派(Raspberry Pi)超小型電腦,具有連接的攝影鏡頭以及micro:bit通訊的麥克風,以無線方式中繼傳輸音訊訊號,然後自動拍攝照片並將其發佈到公共推特(Twitter)帳戶。然後,當地的公園保育巡查員可以查看圖片以確定雜訊來源(可能是照明裝置損壞或更險惡的事件,例如電鋸的嗡嗡聲),並且做出相應的行動。

中東地區的冠軍Zayd創建了Z Palm Tree,這是一種可以使樹「傳達」其需求的複雜設備。該系統使用了多個感測器,包括振動感測器(用於檢測被砍伐的樹木)、火焰感測器(用於檢測被燒毀的樹木)、地面中的濕度感測器(用於檢測水位)和溫度感測器(用於測量空氣溫度)。使用低功耗藍牙或Wi-Fi連接,將所有收集的感測器資料發送到量身訂製的智慧型手機應用程式(App),為使用者提供樹木狀態的更新,並警告任何即將發生或正在發生的危險情況。

在2019年哥倫比亞波哥大的Zoo Hackathon活動上,各團隊提出了許多技術解決方案來控制生產鏈,以打擊非法伐木和濫伐。這些解決方案必須便宜、具擴展性、能夠配合哥倫比亞環境與永續發展部的資訊系統操作,並且必須完全基於開源開發服務。獲勝的團隊提出了一款解決方案,使用卡車中安裝的IoT裝置追蹤從伐木取貨到製造商的運輸日誌記錄。該設備能夠檢測異常情況,例如偏離已建立的路線,並向當局發送可疑的活動警報。

遠端森林監測

許多其他環境保護創新者將遠端監控森林活動的能力視為減少全球濫伐和保護生物多樣性的關鍵。巴西的新創企業Treevia開發了SmartForest,這是一款基於無線感測器技術的監測系統,可以即時從遠端追蹤森林生長速度。一旦固定在樹木周圍,感測器便會定期捕獲樹木直徑的變化。收集的資料透過無線網路中繼傳輸到該公司客製化的網頁式系統。然後將這些資訊與衛星影像結合起來,並透過機器學習(machine learning)演算法進行分析,以檢測人工林感染或蟲害侵襲的早期跡象,並為研究人員和技術人員提供有關森林發育狀況的可靠估算。

總部位於美國舊金山的非營利組織Rainforest Connection (RFCx)開發出一款太陽能無線聲學監控系統,使用經過改造後的回收智慧型手機,並配備了額外的麥克風,可以連續監控森林的聲音。使用標準的本地蜂巢式網路,所有音訊都從頂篷安裝的「Guardian設備」中繼傳輸到雲端式伺服器。然後,Google的TensorFlow機器學習架構會使用人工智慧(AI)技術來持續監視和檢測非法砍伐森林活動的跡象,例如重型機械發出的特定聲音。接著,它將會自動發送文本警報給地方當局進行進一步調查,而全面的生態系統資料也可配合談判,以便在這些地區加強環境保護。多個合作夥伴正在各個專案中使用RFCx系統來保護巴西、秘魯、厄瓜多爾、哥斯大黎加、羅馬尼亞、喀麥隆、南非和蘇門答臘島等地的雨林。

同時,國際應用系統分析研究所(IIASA)與商業智慧工具公司SAS的合資企業發起了一項打擊濫伐的倡議,招募了群眾外包(crowdsourced)的「公民科學家」檢查亞馬遜雨林的衛星影像是否有人類活動影響的跡象(例如道路和森林砍伐);同時,系統使用人工輸入作為訓練AI的方法,以檢測未來的人類活動。當志願工作者使用雲端平台工作時,AI引擎將不斷學習如何以更快的速度準確地執行相同任務。

無論是為了防止非法伐木活動而安裝在工程車輛上的客製化蜂巢式IoT裝置、用於追蹤森林生長資料的機器學習系統、報告破壞聲音的基於智慧型手機之聲學監測設備,還是使用地球影像衛星繪製土地用途的變化以供志工審查,如今,各項技術在反擊濫伐和保護生物多樣性的鬥爭中處於最前線。無線和非無線監測解決方案可能無法單獨保護森林,但是遠端存取可操作的資訊和即時警報,可以有效地支援有志於保護林木的人士、組織和社區。

亞馬遜河流域的巴西土著部落Kayapó領袖Raoni MetuktireCode of Conscience晶片前拍照;該晶片已嵌入於目前正遭受濫墾濫伐威脅的動物木雕產品,並送給全球十大重型機械製造商的執行長們。

文同步刊登於EDN Taiwan 2021年7月號雜誌

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