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使用深度学习找到杀人黄蜂(并保护蜜蜂!)

杀人黄蜂是一种超大的黄蜂,有着凶狠的怒容,毒刺和足以致人于死地的毒液。但这并不是让大多数人紧张的原因:杀人大黄蜂,也被称为亚洲大黄蜂(Vespa mandarinia),攻击亚洲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:Quinlyn Baine/华盛顿国务院

这些大黄蜂因其行动方式而得名:它们进入蜂巢,迅速砍下居住的蜜蜂的头。根据《纽约时报》,“当工蜂发现一个蜂群,用信息素标记它,然后带来一个由2到50个其他蜂群组成的后备蜂群时,屠杀就开始了。虽然一个蜂巢可以容纳数千名居民,但大黄蜂可以在数小时内消灭整个蜜蜂。”

图片来源:Ruth Fremson/《纽约时报

日本蜜蜂“烹饪”入侵的大黄蜂来保护它们的蜂巢

与这些黄蜂共存的蜜蜂物种已经发展出了一种防御机制:在侦察黄蜂有机会标记蜂群的位置并将食物来源通知巢穴中的其他黄蜂之前,蜂巢就会攻击它。东京大学的研究人员说报道“日本蜜蜂没有蛰大黄蜂,而是围绕大黄蜂形成了一个‘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

人工形成的热防御性蜂球中的工蜂样本。(A)把挂着铁丝的大黄蜂放在蜂巢里作为诱饵。几百只工蜂围着挂着铁丝的大黄蜂组成一个热的防御蜂球。(C)在玻璃烧杯中回收蜂球。(D)大黄蜂在蜂球形成60分钟后死亡。图片来源:东京大学

“日本的蜜蜂已经适应了这种捕食者,几代人都学会了保护自己,”华盛顿州伯奇湾的养蜂人鲁茜·丹尼尔森(Ruthie Danielsen)说。在那里发现了两只亚洲大黄蜂《纽约时报》.“我们的蜜蜂,捕食者从来没有去过那里,所以它们没有防御能力。”

没有这种防御战术,黄蜂很难被阻止。它们的外骨骼使蜜蜂的叮咬无效。大黄蜂每14秒就能杀死一只蜜蜂。这在美国西北部的几个州和加拿大引起了恐慌,那里正在努力保护蜜蜂,蜜蜂是该地区许多作物的重要传粉者。

使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,科学家们一直在努力定位和追踪这种昆虫,以防它们传播开来,并建立起足够大的存在,使它们几乎不可能永久消失。他们设置了超大的大黄蜂陷阱,利用热成像来定位地下的蜂群,并设计了一个计划,使用射频识别标签来监测被释放的大黄蜂返回蜂群和蜂王的过程。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:“这是我们阻止它形成的窗口。《纽约时报》.“如果我们不能在未来几年做到这一点,那可能就无法实现。”

找到黄蜂是至关重要的。去年,位于华盛顿州的一个蚁群被成功消灭。但是在大片的森林和农田中找到一到两英寸长的黄蜂是很困难的。

韩国安东国立大学的研究人员开发了一种技术可以提供帮助的新方法:他们设计了一种使用深度学习算法(人工智能的一种形式)的监控系统,以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,以选择对三种大黄蜂分类的最佳模型。

深度学习工具箱从MathWorks构建了四个深度卷积神经网络,用于性能评估。转移学习,一种深度学习方法,将一个已经为一项任务训练过的模型作为起点,训练一个类似任务的模型,用来提高学习的准确性和速度。

使用MATLAB进行数据标注和预处理,构建4个深度神经网络及其迁移学习,并展示被测DCNN算法的准确性对比图。dcnn对各种黄蜂种类的分类准确率高达99%。

大黄蜂种类分类的准确性。图片来源:安东国立大学

用科技拯救蜜蜂

需要结合各种技术来识别和跟踪这些大黄蜂,以免它们对蜜蜂造成不可逆转的伤害。热成像、人工智能识别黄蜂物种,以及射频标签被用于阻止大黄蜂的繁殖,以防它们广泛传播。

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