2019年04月16日 | 巴黎不哭！AI数字重建让圣母院永生

心痛！今晨巴黎突发的一场大火，让全世界为巴黎圣母院哭泣。而随着科技的不断发展，AI在面对突发的大火、面对巴黎圣母院的重建又能做什么呢？

　　今晨，一则消息“火”遍了全球——巴黎圣母院出大事了！一场突如其来的大火让这座850多年的世界瑰宝付之一炬。

　　根据法国媒体报道，大火起始于楼顶，火势蔓延迅猛，熊熊火焰从教堂两座钟楼“喷射”而出。巴黎圣母院主题结构没有被毁。

　　作为巴黎的灵魂，圣母院850年的历史寄托当地人的精神和信仰，也是欧洲和世界宗教史上的代表性建筑，圣母院烧毁也让塞纳河畔的民众为之哭泣，巴黎为之哭泣，世界为之哭泣。

　　然而，轰动世界的又岂止这一次失火事件。

　　2018年11月，加州森林大火蔓延了数十万英亩，当地居民被迫疏散，迅速蔓延的火势已致数十人死亡，超过300人下落不明。

　　犹如人间炼狱般的森林大火

　　野火已经烧毁了上万座建筑物，成为该州现代历史上毁灭性最强、规模最大的火灾。

　　2019年3月30日，四川省凉山州木里县境内发生森林火灾，27 名森林消防指战员和 3 名地方扑火人员因此遇难。

　　奋力灭火的就救灾人员

　　接踵而至的失火事件，无情的剥夺了一个又一个宝贵的生命，一件又一件人类的文明珍宝。

　　在巴黎圣母院失火后，法国总统马克龙宣布重建。

　　古驰母公司老板、法国奢侈品巨头开云集团（Kering）董事长兼CEO弗朗索瓦-亨利·皮诺发表声明称，其家族将捐款1亿欧元用于修复巴黎圣母院。皮诺家族曾在2009年佳士得拍卖中拍下圆明园流失文物12生肖兽首中的鼠首和兔首，并于2013年将它们归还中国。

　　在科技日益发达的现代，AI技术能为预防/消除火灾、灾后重建带来什么呢？新智元梳理了从灾情模拟、卫星定位、灾情汇总以及数字重生等几个比较重要的领域，希望能让AI在减灾重建中发挥部分作用。

　　数字重建：让巴黎圣母院永生

　　重建损毁严重的巴黎圣母院已经被法国总统提上了议程。

　　而就在去年11月去世的瓦萨大学(Vassar College)艺术学院副教授Andrew Tallon，在其生前便完成了对巴黎圣母院的扫描工作，各个角度的建筑全景、3D和细节图片。大火过后，消逝的巴黎圣母院将在数字世界里永存。

　　Andrew Tallon在实地考察

　　更多图片请至如下链接观看：

　　http://mappinggothic.org/building/1164

　　用于三维存档的技术叫做三维激光扫描/激光雷达，可以精确地（1-2mm精度）、快速地（每秒测量数十万个点）获取建筑的三维几何信息。获得的数据被称为激光扫描数据或点云数据。

　　激光扫描得到的点云数据建立了巴黎圣母院的虚拟模型

　　他在2014 - 2015年的工作发现，国王画廊(Gallery of Kings)几乎已经从铅锤中移出了一英尺，并且大教堂的这个区域可能在工作开始之前的十年内保持不变，让土壤有时间沉淀。 他的作品还表明，巴黎圣母院的内部柱子并没有完美对齐。

　　虽然Andrew Tallon已经去世，但是希望他生前的工作能够对巴黎圣母院的重建起到一定作用！

　　面对火灾，AI能做些什么？

　　早在2016年，NASA位于加州的喷气推进实验室的研究人员就在利用AI助消防员一臂之力。AI能够收集温度、气体和其他危险信号的相关数据，让消防人员更准确地对火场情况进行综合评估，并引导救火队员在执行任务时安全地通过火场。

　　由NASA喷气推进实验室和美国国土安全部联合开发的新型AI系统可以对消防活动进行指导，有望提高救火效率，降低人员伤亡

　　该系统名为AUDREY，通过对火场环境相关数据的推理，提取和理解实现辅助消防的目的。AUDREY利用物联网技术，将众多消防设备和传感器信息实现无线交互。在消防员衣服中的可穿戴传感器可以获取GPS位置信息，其他房间的热量信息、危险化学品和气体成分信息，以及卫星图像等等。

　　NASA为消防员打造“云端守护天使”

　　作为基于云的软件，AUDREY不仅可以向现场人员发送数据，还可以学习并预测后续的资源需求。AUDREY就是消防员的“云端守护天使，” AUDREY项目经理Edward Chow说。“由于传感器能够检测到所有数据，可以避免消防队员进入马上会崩溃的房间。”

　　Chow表示，AI消防的效果与分析和学习的数据量有关。“数据越多，AI提出有用建议的可能性就越大。我们利用复杂的推理来模拟人类的思考方式。这使我们能够为消防员提供比传统AI系统更有用的信息。”

　　2018年9月19日，AUDREY项目研究人员与当地消防局人员一起对系统进行了模拟火灾现场测试。模拟起火建筑的是由现代可燃物组成的特制小屋，配备了复杂的热电偶传感器，先进的热成像和可视成像设备，甚至是耐热的360°相机。

　　AI助力，卫星定位森林火灾仅需几分钟

　　2018年11月美国加州的Camp Fire森林大火共造成85人死亡，249人失踪重大伤亡，18000多栋建筑被毁。一直以来，对森林大火成功预测、及早发现、及早扑救一直是人们努力的目标。

　　众所周知，预测森林大火是非常困难的，目前，大多数火灾都是通过911报警电话，商业航班或火警了望站报告的。这种效率不一的报告方式让一些森林火灾在起火后长达数小时、甚至数天内还无法发现。

　　NASA拍摄的Camp Fire森林大火卫星图像。这场大火共造成85人死亡，249人失踪

　　目前，围绕地球轨道运行的两颗NASA卫星每天扫描几乎整个地球，并且可以发现火灾的热特征。这个过程需要至少三个小时，在此期间内，卫星需要越过华盛顿特区外的太空飞行中心，向下传输数据，并通过超级计算机运行图像。

　　不过，NASA的一位工程师James MacKinnon表示，AI神经网络可以让这个过程缩短到几分钟。他使用来自世界各地的时间跨度长达一年卫星图像对系统进行训练，系统对火灾识别的准确率高达98%。

　　灾后信息汇总：利用社交媒体，30分钟摸清情况

　　在灾后恢复的信息交流上，社交媒体也发挥着不可替代的作用。灾害响应AI（AIDR）就是一个用于标记并讨论灾后紧急状况和信息的社交开放平台。AIDR使用机器学习对数百万条关于灾难的推文和Facebook帖子进行分类。

　　紧急救灾人员可以向系统输入要查找的关键字列表来训练系统，例如＃Campfire，或“Paradise fire”，或者从中提取社交媒体信息中的地理区域，系统只需30分钟即可了解灾区情况。

　　为此，Facebook 研究团队就创建了名为“灾害影响指数(DII) 的指标，可以衡量某地区自然灾害造成的破坏程度，该指数可用来评估火灾造成的损失程度。

　　这项研究由 Facebook AI 研究部门的研究员 Saikat Basu、Guan Pang 以及 Crowd AI 公司的机器学习主管 Jigar Doshi 共同完成，目前，这套基于卷积神经网络的评估工具的准确率达到80%以上。

　　两位天才中学生利用机器学习打造的“山火预测传感器”

　　为了预测火灾，AI需要更多类型的实地数据进行训练。加州的两位高中生正在开发一种工具，可以标记容易遭受森林火灾的干燥林区。

　　一般来说，对树枝、树叶覆盖物的考察和测量是劳动密集型任务，需要对该区域进行实地勘察。使用传感器和谷歌的TensorFlow机器学习工具，Sanjana Shah和AdityaShah制作了名为“智能山火传感器”的装置，来获取附近树枝和树叶的照片，并估算当前区域内的生物指标、水分含量等数据，以确定存在多少潜在的可燃物，推算出发生火灾的可能性。

　　他们表示，该装置能够预测在100平方米范围内是否会发生火灾。该项目已入选Google的造福人类AI项目，共享2500万美元的资助。

　　位于旧金山的公司SilviaTerra做得比这两位高中生更全面，该公司绘制了一份地图，将美国大陆上的森林逐块分析。

　　该公司最初的客户是木材企业，但是在微软的AI for Earth项目的资助下，SilviaTerra也希望用该地图来对抗森林火灾。SilviaTerra联合创始人马克斯·诺瓦表示，这些地图能够自动标出森林火灾发生的高危点，帮助规划人员找出干预的方式和地点。

　　加州Paradise及其周围地区发生森林火灾的风险示意图。蓝色表示火灾风险较低，红色表示火灾风险较高。

　　乌龙插曲：AI混淆巴黎圣母院与911

　　虽然上述提到了AI对于火灾、对于建筑的重构，都能起到一定的作用。但在此次巴黎圣母院失火事件中，却出现了一个AI乌龙事件：

　　Youtube算法将“巴黎圣母院失火”与“911”混为一谈。

　　彭博社(Bloomberg)报道称，周一巴黎圣母院发生火灾后不久，YouTube错误地将现场直播的这起事故认定为911阴谋论视频。在许多有关这场大火的广播节目下面，都是关于9/11恐怖袭击的大英百科全书(Encylopedia Britannica)上的一个文本框。

　　软件错误地将巴黎大教堂的烟雾识别为2001年纽约市恐怖袭击的视频片段，导致视频下方显示了大英百科全书的文本框。

　　YouTube的一位发言人对这一错误发表了评论，他说：“我们对圣母院发生的火灾深感悲痛。这些是通过算法触发的，我们的系统有时会发出错误的调用。我们正在禁用这些面板用于与火灾相关的直播流。”

　　YouTube的AI似乎还不是非常完美，但你对AI拯救巴黎圣母院有信心吗？

　　参考文献：

　　http://mappinggothic.org/building/1164#/

　　https://www.extremetech.com/extreme/289565-notre-dame-is-burning-a-digital-archive-could-hold-the-key-to-restoring-it

　　https://www.breitbart.com/tech/2019/04/15/google-ai-made-wrong-call-flagged-video-of-notre-dame-fire-as-9-11-conspiracy/

　　https://www.businessinsider.com/california-high-school-students-create-device-to-prevent-wildfires-2018-11

　　https://www.fastcompany.com/90269483/how-ai-software-could-help-fight-future-wildfires

　　https://www.jpl.nasa.gov/news/news.php?feature=6590

　　https://www.nasa.gov/feature/jpl/ai-could-be-a-firefighter-s-guardian-angel

　　https://www.fireengineering.com/articles/2018/10/artificial-intelligence-firefighting.html