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利用深度学习找到杀人大黄蜂(并保护蜜蜂!)

杀人大黄蜂是一种体型过大的黄蜂,长着凶狠的怒容,有毒刺,其毒液足以对人类致命。但这并不是让大多数人紧张的:杀人大黄蜂,也被称为亚洲大黄蜂(Vespa mandarinia),在亚洲攻击蜜蜂已经有一段时间了。现在,在美国和加拿大也发现了它们。

图片来源:奎恩·贝恩/华盛顿国务院

这些大黄蜂因其行为方式而得名:它们进入蜂房,迅速将居住的蜜蜂斩首。根据纽约时报,“当一只工蜂发现一个蜂群,用信息素做标记,然后带一群2到50只的后备黄蜂,开始屠杀。虽然一个蜂房可以有成千上万的居民,但大黄蜂可以在几个小时内消灭整个种群。”

图片来源:Ruth Fremson/纽约时报

日本蜜蜂“煮”入侵的大黄蜂来保护它们的蜂巢

与这些大黄蜂共存的蜜蜂种类已经发展出了一种防御机制:蜂箱在侦察黄蜂有机会标记出蜂巢的位置并通知巢内的其他黄蜂食物来源之前就攻击它。来自东京大学的研究人员报道,“日本蜜蜂不是蜇大黄蜂,而是通过包围大黄蜂形成一个‘热防御蜂球’集体用热杀死它。”

可以看到一段蜜蜂攻击亚洲大黄蜂的视频在这里

从人工形成的热防御蜂球中采集工蜂样本。(A)用线吊着的大黄蜂到蜂巢作为诱饵。(B)数以百计的工人形成一个热的防御性蜜蜂球围绕着电线悬挂的大黄蜂。(C)在玻璃烧杯中回收的蜜蜂球。(D)大黄蜂在蜂球形成60分钟后死亡。图片来源:东京大学

华盛顿州伯奇湾的养蜂人露丝·丹尼尔森说:“日本的蜜蜂已经适应了这种捕食者,世世代代学会了保护自己。”这是在发现两只亚洲大黄蜂的地方附近纽约时报.“我们的蜜蜂,捕食者以前从未到过那里,所以它们没有防御。”

没有这种防守战术,黄蜂很难阻挡。它们的外骨骼使蜜蜂的刺不起作用。黄蜂每14秒就能杀死一只蜜蜂。这在美国和加拿大的西北各州引起了恐慌,那里正在努力保护蜜蜂,蜜蜂是该地区许多作物的关键授粉者。

利用深度学习定位和跟踪入侵的大黄蜂

自从大黄蜂首次在北美被发现以来,科学家们就一直在努力定位和追踪这种昆虫,以免它们扩散开来,并形成足够大的存在,以至于几乎不可能永久清除它们。他们设置了超大的黄蜂陷阱,利用热成像来定位地下蜂巢,并设计了一个计划,利用射频识别标签来监视被释放的黄蜂返回蜂巢和蜂王。这些大黄蜂足够大,可以带着追踪器飞行。

华盛顿州农业部的昆虫学家克里斯·鲁尼说:“这是我们阻止它建立的窗口。纽约时报.“如果我们不能在未来几年做到这一点,那就可能无法实现。”

找到黄蜂是至关重要的。去年,位于华盛顿州的一个蜂群被成功地消灭了。但是在大片的森林和农田里找到一到两英寸长的黄蜂是很困难的。

韩国安东国立大学(anton National University)的研究人员开发了一种技术可以起到帮助作用的新方法:他们设计了一个监控系统,使用深度学习算法(一种人工智能形式)来创建一个自主监控系统。该系统利用计算机视觉和模式识别技术,在观察到亚洲大黄蜂时发出警报。

研究人员发表了一篇论文,详细比较了深度卷积神经网络(DCNN)算法,如AlexNet、VGG19、GoogLeNet和ResNet50,以选择最佳模型来分类三种黄蜂。

深度学习工具箱从MathWorks中构建4个深度卷积神经网络用于性能评估。转移学习的深度学习方法,该方法以为一个任务训练的模型为起点,训练一个类似任务的模型,以提高学习的准确性和速度。

利用MATLAB进行数据标注和预处理,构建四种深度神经网络及其迁移学习,然后展示对比测试DCNN算法准确性的图。dcnn能够对不同种类的大黄蜂进行高达99%的准确分类。

大黄蜂种分类的准确性。图片来源:安东国立大学

用科技拯救蜜蜂

在这些大黄蜂对蜜蜂造成不可逆转的伤害之前,需要结合各种技术来识别和跟踪这些黄蜂。热成像、识别大黄蜂物种的人工智能和射频标签正在被部署,以在大黄蜂群体扩散之前阻止它们。

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