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使用深度学习寻找杀人黄蜂(并保护蜜蜂!)

凶杀黄蜂是一种超大的黄蜂,有着可怕的面容,毒刺,毒液足以致命。但这并不是大多数人所担心的:凶杀黄蜂,也称为亚洲大黄蜂(胡蜂),已经在亚洲攻击蜜蜂很长一段时间了。现在,它们已经在美国和加拿大被发现。

图片来源:Quinlyn Baine/华盛顿州国务院

这些大黄蜂因其作案手法而得名:它们进入蜂巢,迅速地将居住的蜜蜂斩首纽约时报,“当一只工蜂发现一个蜂群,用信息素标记它,然后带上两个到50个备用蜂群时,屠杀就开始了。虽然一个蜂巢可以有数千居民,但黄蜂可以在数小时内消灭整个蜂群。”

图片来源:露丝·弗雷姆森/纽约时报

日本蜜蜂“烹调”入侵的黄蜂以保护它们的蜂巢

与这些大黄蜂共存的蜜蜂物种已经形成了一种防御机制:蜂巢在侦察大黄蜂有机会标记蜂群的位置并通知巢中的其他蜜蜂食物来源之前攻击侦察大黄蜂。东京大学研究人员报道,“日本蜜蜂不是叮咬大黄蜂,而是通过包围大黄蜂形成一个“热防御蜂球”全体“用热杀死它。”

可以看到蜜蜂攻击亚洲大黄蜂的视频在这里.

从人工形成的热防护蜂球中采集工人样本。(A) 向蜂巢展示一只铁丝网大黄蜂作为诱饵。(B) 成百上千的工蜂在铁丝网悬挂的大黄蜂周围形成了一个热防御蜂球。(C) 蜜蜂球在一个玻璃烧杯中找到。(D) 大黄蜂在蜂球形成60分钟后死亡。图像信用:东京大学

“日本的蜜蜂已经适应了这种捕食者,并通过几代人学会了保护自己,”华盛顿州桦树湾(Birch Bay,Wash.)的养蜂人露丝·丹尼尔森(Ruthie Danielsen)告诉记者,在那里发现了两只亚洲大黄蜂纽约时报. “我们的蜜蜂,捕食者以前从未去过那里,所以它们没有防御能力。”

如果没有这种防御策略,黄蜂很难被阻止。它们的外骨骼使蜜蜂叮咬无效。黄蜂每14秒就可以杀死一只蜜蜂。这在美国和加拿大的西北部各州引起恐慌,这些州正在努力保护蜜蜂,而蜜蜂是该地区许多农作物的重要传粉者。

利用深度学习定位和跟踪入侵的黄蜂

自从大黄蜂首次在北美被发现以来,科学家们正致力于在它们传播之前定位和追踪这些昆虫,并建立一个足够重要的存在,以至于几乎不可能永久移除它们。他们设置了超大的大黄蜂陷阱,利用热成像技术定位地下蜂群,并设计了一项计划,使用射频id标签监测释放的大黄蜂返回蜂群和蜂王。这些大黄蜂足够大,可以带着跟踪器飞行。

华盛顿州农业部昆虫学家克里斯·鲁尼(Chris Looney)告诉记者:“这是我们阻止它建立的窗口。”纽约时报. “如果我们在未来几年内做不到这一点,它可能就做不到。”

确定黄蜂的位置至关重要。去年位于华盛顿州的一个殖民地被成功消灭。但要在成片的森林和农田中找到一只一到两英寸长的黄蜂是很困难的。

来自韩国安东国立大学的研究人员开发了一种新的技术帮助方法:他们设计了一种监控系统,使用人工智能的一种形式——深度学习算法来创建一个自主监控系统。该系统使用计算机视觉和模式识别技术,在亚洲大黄蜂入侵时发出警报他观察到。

研究人员发表了一篇论文,详细比较了AlexNet、VGG19、GoogLeNet和ResNet50等深度卷积神经网络(DCNN)算法,以确定三种黄蜂分类的最佳模型选择。

深度学习工具箱利用MathWorks构建了四个用于性能评估的深度卷积神经网络。迁移学习,这是一种深度学习方法,其中已针对一项任务训练的模型被用作针对类似任务训练模型的起点,用于提高学习的准确性和速度。

MATLAB用于数据标记和预处理,以及构建四个深度神经网络及其转移学习,然后显示图表,比较测试的DCNN算法的精度。DCNNs能够对各种黄蜂进行高达99%的准确分类。

大黄蜂物种分类的准确性。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,需要多种技术的结合来识别和跟踪它们。热成像、识别大黄蜂物种的人工智能和射频标签正在部署,以阻止大黄蜂群扩散。

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