인간과 호랑이의 공존 문제를 해결하기 위해 호랑이 사진을 식별하고 전송할 수 있는 최초의 AI 카메라가 등장했습니다.

20세기 초부터전 세계 야생 호랑이 개체 수는 95% 이상 감소했습니다.국제자연보전연맹(IUCN)은 이 종을 적색 멸종위기종으로 지정했습니다. 최근 수십 년 동안 여러 국가와 조직의 공동 노력 덕분에 전 세계 야생 호랑이 개체수가 회복되어 2010년 3,200마리에서 2022년 4,500마리로 증가했습니다.

하지만,또 다른 암울한 사실은 호랑이 보호구역 근처의 인구가 급격히 증가하고 있다는 것입니다.인간 활동이 호랑이 서식지로 확대되면서 밀렵과 인간과 호랑이 사이의 갈등이 심화되었습니다. 전 세계적으로 멸종 위기에 처한 호랑이의 지속적인 성장을 보장하는 동시에 호랑이 서식지 근처에서 인간의 생계를 유지하는 방법이 시급한 문제로 떠올랐습니다.

클렘슨 대학의 연구원들은 사람이 목표물에 접근할 때 이를 감지할 수 있는 AI 카메라 경고 시스템을 공개했습니다.이 솔루션이 운영하는 AI 알고리즘은 호랑이와 밀렵꾼을 감지하고 실시간 이미지를 보호 구역 관리자에게 전송할 수 있습니다.

기존의 카메라 트랩 기술과 비교했을 때, 이 시스템은 잘못된 경보와 신속한 대응 능력 부족이라는 기존 카메라 트랩 기술의 단점을 극복하고, 인간과 야생 동물 간의 갈등을 완화하고 야생 동물 보호에 진전을 이룰 것으로 기대됩니다.

저자 | 탑

편집자 | 산양, 쉐차이

100년 전만 해도 야생에 약 10만 마리의 호랑이가 살고 있었습니다.오늘날 야생에 서식하는 호랑이의 수는 5,000마리 미만입니다.

현존하는 야생 호랑이 중 약 76%가 남아시아에 분포되어 있으며, 그 중 인도에는 전 세계 야생 호랑이 개체 수의 약 66%가 분포되어 있습니다.이 나라의 영토에 서식하는 야생 호랑이의 수는 다른 모든 호랑이 서식 국가의 수와 비슷합니다(표 1).

에이. 인도의 지정된 호랑이 보호구역 외부의 호랑이 개체 수 추산

비. 인도 중부에는 마디아프라데시, 차티스가르, 마하라슈트라, 텔랑가나가 포함됩니다.

참고사항: 인도 중부는 세계에서 가장 많은 호랑이 개체수를 보유하고 있으며, 칸하펜치 호랑이 개체수가 이 지역에서 가장 많습니다. 2014년부터 2020년까지 수집된 데이터

인도 호랑이 개체 수의 약 35%가 지정된 호랑이 보호구역 밖에서 서식하는 것으로 추정되며, 이 종의 확산 필요성으로 인해 이러한 추세는 계속 증가할 것이며, 결과적으로 호랑이가 서식하는 서식지는 필연적으로 인간에 의해 심하게 교란될 것입니다.

보호 구역 주변에서 호랑이 개체수 회복, 종 확산 및 인간 인구 밀도 증가(그림 1a)둘 다 밀렵과 인간과 호랑이 사이의 갈등 위험을 증가시킵니다.

인간과 호랑이 사이의 갈등에는 몇 가지 주요 형태가 있습니다.가축을 죽이고 사람을 공격하는 호랑이 등 사람과 호랑이가 모두 피해를 입는 경우와 인간 거주민이 호랑이를 보복적으로 죽이는 경우 야생 호랑이의 증가 추세가 역전될 수 있으며, 야생 호랑이 보호에 대한 보호 구역 주변 주민들의 지지가 더욱 위협받을 수 있습니다.

에이. 2000년과 2020년 사이에 전 세계 호랑이 보호구역의 개체 수는 1,950만 명 이상 증가했으며, 이러한 개체 수 증가는 특히 인도 북부와 중부, 캄보디아, 수마트라의 호랑이 보호구역에 큰 영향을 미쳤습니다.

비. 연구진은 처음에 TrailGuard AI 카메라 경보 시스템을 주로 인도의 칸하 호랑이 보호구역과 펜치 호랑이 보호구역 사이의 삼림 복도와 인도 북부의 두드와 보호구역에 배치했습니다.

호랑이 서식지의 광대함과 산림 관리원의 제한된 존재를 감안할 때,보존 인력에게 실시간 데이터 알림을 제공합니다.밀렵이나 갈등이 발생하기 전이나 후에 밀렵 용의자를 신속하게 파악하거나 갈등의 부정적 영향을 최소화하는 데 큰 도움이 될 것입니다.

지난 20년 동안,카메라 트랩은 생물학자와 천연자원 연구자들이 야생 동물 종을 보호하는 데 중요한 도구입니다.이 기관은 종 밀도, 분포, 시기에 대한 풍부한 정보를 제공하며, 호랑이와 다른 고양잇과 동물의 개체수를 모니터링하고 추정하는 데 중요한 역할을 합니다.

그러나 기존 카메라는 사용 중에 많은 문제에 노출되었습니다.여기에는 오탐지, 데이터 수집 및 처리에 드는 높은 비용, 도난에 대한 취약성 등이 포함됩니다.이 모든 것이 야생 동물 보호에 있어서의 효율성을 떨어뜨릴 것입니다.

또한 오늘날까지도카메라 트랩에는 아직 실시간 알림 기능이 없습니다.이는 밀렵과 인간과 야생동물 간의 갈등을 예방하는 데 중요합니다.

2023년 9월 25일, 클렘슨 대학의 연구진이 BioScience 저널에 논문을 발표했습니다.TrailGuard라는 AI 카메라 경보 시스템을 도입했습니다.이 시스템은 호랑이와 다른 종을 정확하게 구별하고 관련 이미지를 보호 구역 관리자의 단말 장치(휴대폰 및 컴퓨터)로 1분 이내에 전송할 수 있습니다.

논문 링크:

https://www.science.org/doi/10.1126/science.adg7492

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트레일가드 AI 크기가 작아 숨기기 쉬움

일반 카메라 트랩과 비교했을 때,TrailGuard AI의 카메라 부분은 훨씬 작습니다.이 연구에서 사용된 버전은 큰 펜 크기(길이 138mm, 너비 14mm, 깊이 11mm)에 해당하며, 작은 메모장 크기의 통신 장치에 연결된 카메라가 장착되어 있습니다.

기존 카메라는 지면에 가까운 작은 길에서는 위장하기 어렵지만, 컴팩트한 TrailGuard AI는 통신 장비와 함께 나무에 배치하거나 지면 길에서 몇 미터 떨어진 곳에 숨어 있을 수 있습니다.높은 보안성과 기밀성을 갖추고 있습니다.

왼쪽: TrailGuard AI와 4분의 1 비교

오른쪽: Dudhwa Tiger Reserve의 산책로 근처에 위장한 TrailGuard AI는 감지되지 않고 밀렵꾼에 대한 여러 가지 실시간 알림을 보낼 수 있습니다.

TrailGuard AI는 기존 카메라와 비교했을 때 다음과 같은 장점이 있습니다.

► 비대상종 및 거짓 트리거의 지능형 필터링카메라가 촬영한 이미지의 일부만 전송됩니다.

►  동일한 충전 조건에서,다음과 같은 이유로 배터리 수명이 크게 연장되었습니다.

1. 이미지 전송 비용은 AI 모듈에 로딩하고 추론을 실행하는 비용보다 훨씬 높습니다(이 단계는 수백 밀리초 단위로 측정됨).임베디드 AI 필터링은 이미지 전송 비용을 크게 절감할 수 있습니다.

2. TrailGuard AI가 작동하지 않으면 전체 시스템의 전원이 꺼집니다.배터리가 연결된 경우 시스템은 한 번에 평균 약 2,300개의 JPEG 이미지와 텍스트 파일을 전송할 수 있으며, SD 카드에 약 1,500-2,000개의 전송되지 않은 오류 트리거 이벤트를 기록할 수 있습니다.

►  거짓 긍정 알림을 줄이고 알림 효과를 개선합니다.기존의 카메라 트랩은 잘못된 경보가 너무 많아서 결국 사용자가 경보 정보를 습관적으로 무시하게 될 수 있습니다. 그러나 TrailGuard AI가 필터링한 감지 알람을 통해 직원은 잠재적인 밀렵꾼이나 야생 동물이 있는지 확인하고 신속하게 대응할 수 있습니다.

이 연구에서는TrailGuard AI는 두 곳에 배치됩니다(그림 1b):

* 인도 중부의 Kanha와 Pench 보호구역 사이의 산림 복도목적은 임업부와 지역 주민을 대상으로 시범 교육을 위해 호랑이 사진의 첫 번째 배치를 전송하는 것입니다.

* 인도 북부의 Dudhwa Sanctuary,목표는 잠재적인 밀렵꾼이 존재하고 호랑이가 마을에 접근하는 경우 TrailGuard AI가 실시간 알림을 제공하는 능력을 조사하는 것입니다.

시스템 구축 및 결과 Kanha-Pench 회랑

인도 남서부의 펜치 호랑이 보호구역과 인도 북동부의 칸하 호랑이 보호구역에는 300마리 이상의 호랑이가 서식하고 있으며, 중부 인도에서 가장 많은 호랑이 개체수를 자랑하고 세계에서도 가장 큰 규모 중 하나입니다.

두 보호구역을 연결하는 칸하-펜치 야생동물 통로는 약 3,150제곱킬로미터의 면적을 차지하며, 길이가 약 140킬로미터인 산림 통로입니다(그림 1b).

호랑이의 이동 경로에는 이동 경로 내에 있는 수백 개의 마을과 그 주변 지역이 포함됩니다. 칸하-펜치 호랑이 보호구역을 중심으로 5km 폭의 완충지대에 270만 명 이상이 살고 있습니다. 인간과 호랑이의 융합의 결과는 다음과 같습니다.매년 수백 마리의 가축이 호랑이에 의해 죽임을 당하고, 호랑이는 마을 사람과 밀렵꾼의 보복살해 위협에 직면해 있습니다.

2022년 5월 중순부터 7월 중순까지 연구원들은 591개의 함정 밤에 걸쳐 칸하-펜치 복도에 12개의 TrailGuard AI 시스템을 동시에 배치했습니다.

연구진은 지역 순찰대원 및 경비원과 협력하여 호랑이의 최근 활동이 있었던 지역과 휴대전화 데이터 적용 범위가 교차하는 지역을 파악했습니다. 모든 TrailGuard AI는 주로 마을로 이어지는 산책로에 위치한, 숲과 농촌 지역이 경계를 이루는 반경 1km 이내에 위치해 있었습니다.

연구에서는12개의 TrailGuard AI가 모두 이미지를 보냈고, 그 중 8개가 호랑이를 감지했습니다(그림 3). TrailGuard AI는 61개의 트리거 이벤트에서 상당한 정확도로 호랑이를 감지했습니다. 정확도가 낮은 호랑이 감지기의 중앙값 확률값은 0.9883이었습니다.

TrailGuard AI는 30~42초 내에 호랑이를 감지합니다.연구원과 산림부 직원은 호랑이의 존재를 통보받았고, 마을에서 300m 이내에 있는 TrailGuard AI 지점 3곳에서 호랑이가 감지되었다는 경고가 모든 사람에게 전달되었습니다.

또한 연구자들은 최근 가축이 죽은 현장에서 호랑이 한 마리를 발견했는데, 호랑이는 그곳에서 먹이를 찾고 사체를 옮기고 있었습니다.

배치 중에는 호랑이 외에도책임자들은 또한 인간과 갈등을 일으킬 가능성이 있는 다른 종에 대해서도 신속하게 통보를 받았습니다.산림부는 표범, 나무늘보, 멧돼지 등을 포함한 동물들의 출현 사실을 마을 지도자들에게 문자 메시지로 즉시 알렸습니다.

시스템 배포 및 결과 Dudhwa 보호 구역

두드와 호랑이 보호구역은 면적이 약 1,310제곱킬로미터에 달하는 여러 보호구역으로, 멸종 위기에 처한 인도코뿔소와 아시아코끼리를 포함한 약 107마리의 호랑이가 서식하고 있습니다. 두드와 주변의 높은 인구 밀도는 호랑이와 호랑이의 많은 먹이 개체군에 대한 밀렵 위협을 특히 우려스럽게 만듭니다.

연구원들은 2022년 9월 초부터 12월 중순까지 약 705일 동안 두드와 호랑이 보호구역에 TrailGuard AI 경보 시스템 7개를 배치했습니다.

연구 중에,7개 기기 모두 실시간 이미지를 성공적으로 전송했으며, 그 중 3개 기기가 호랑이 이미지를 포착했습니다.산림 직원과 연구원은 매일 두 개의 시범 배치 지역에서 호랑이 감지 정보를 받습니다.

그 중 키샨푸르 야생동물 보호구역의 한 탐지 지점에서 총과 칼을 휴대한 밀렵꾼 집단이 두 날 모두 적발되었습니다. 두 번째로 밀렵꾼들이 나타났을 때, 그들은 밀렵당한 것으로 의심되는 시체를 가지고 있었습니다(그림 5).

TrailGuard AI가 호랑이를 발견한 지 3일 후, 밀렵꾼들이 같은 장소에 다시 나타났습니다.이는 멸종 위기에 처한 야생 동물 개체군이 밀렵의 위협에 직면해 있다는 것을 보여줍니다.당국은 전송된 이미지를 바탕으로 신속하게 범죄 조직을 파악하고 수사를 시작할 수 있습니다.

수십 년 동안 동물학자와 야생 동물 생물학자들은 스마트 카메라 경보 시스템을 갈망해 왔습니다.호랑이 및 기타 멸종 위기종 활동을 감지하고 시기적절한 경고를 제공할 수 있습니다.TrailGuard AI는 어느 정도 이 꿈이 현실이 되었음을 나타냅니다.

실시간 알림 기능을 갖춘 TrailGuard AI는 잘못된 경보와 신속한 대응 불능 등 기존 카메라 트랩의 단점을 극복합니다.야생 동물 보호를 기존의 수동적인 카메라 데이터 활용에서 적극적인 조기 경보 및 대응 수준으로 전환합니다.

복잡한 생태계를 갖춘 보호구역에서 이 기술은 호랑이와 같은 포식자의 공격으로부터 마을 주민을 보호하는 데 도움이 될 뿐만 아니라, 포식자가 밀렵꾼으로부터 피해를 입는 것도 예방할 수 있습니다. 또한 이는 인간과 야생 동물 간의 관계를 다루는 다른 보호 구역에도 좋은 참고 자료를 제공합니다.

또한,연구원들은 TrailGuard AI의 적용 범위를 확대하는 것을 고려하고 있습니다.그들은 코끼리와 같은 더 큰 동물 무리를 목표로 삼았습니다.

"코끼리는 항상 인간 거주지 밖을 돌아다니며 농작물을 파괴하고, 마을에 혼란을 일으키고, 심지어는 기차 충돌 사고를 일으켜 매년 수십 명의 사람을 죽입니다.TrailGuard AI는 이런 일이 일어나지 않도록 예방하겠다고 약속합니다."

참조 링크:

[1]https://phys.org/news/2023-10-ai-tiger-tiny-camera-predatorand.html

[2]https://phys.org/news/2023-09-reveal-ai-based-camera-coexistence-tigers.html