【專家觀點】清大透過AI監測川廢變化，守護頭前溪流域

位於新竹縣尖石鄉的馬胎古道，緊鄰頭前溪的上游支流—油羅溪，是很多民眾登山健行的好去處。然而，人跡所至的地方，總會留下不少垃圾。

清大資訊工程學系特聘教授黃能富帶領研究團隊，自2023年下半年開始在馬胎古道停車場架設固定智慧遙控攝影機，結合現場人工拍攝和無人機空拍頭前溪周邊區域，訓練出可自動辨認河川廢棄物的AI模型，針對廢寶特瓶、鐵鋁罐、紙杯、玻璃瓶、鋁箔包等五大川廢項目的辨識準確度平均約八成五。

「我們過去主要依賴人工智慧來解決農漁畜牧等產業問題，現在透過影像辨識技術，也能即時且準確地監測河川廢棄物。」黃能富期盼，藉由提升河川流域的自動化監測程度、及時警示和預判，作為政府制定汙染整治政策參考，以及淨河行動的重要指引。

黃能富表示，目前已建置的高解析度智慧遙控攝影機，可遠端操控鏡頭360度旋轉、33倍光學變焦縮放，同時具備紅外線夜視功能，即使夜間也能清楚拍攝影像，並以每小時固定拍攝不同角度照片、上傳AWS（Amazon Web Services）雲端方式，持續建立川廢影像資料庫。

除了在馬胎古道停車場定點拍攝外，清大團隊也規劃不定期進行無人機的飛行拍攝，例如在大雨過後或特定活動結束後拍攝川廢狀況，其最大優點是機動性高，但需要飛手不定時飛行，人力時間與經費成本負擔重。還有很多法規，禁航區、高鐵區、所有的橋樑也不能靠近。

黃能富提到，空拍具備很多優點，包括：短時間內完成大範圍取樣、取得人類無法輕易到達位置的圖景資訊、可搭配既有商業化軟體來達成操作簡單且機動性高的成效、正射影像可以完整的蒐集地物影像，以及蒐集的圖像可透過監督式或非監督式分類方法達成地物分類功能。

不過，空拍也有不足之處，包括：同一地區無法維持連續性的監測；無人空拍任務容易受限於氣候、地形、周邊障礙物、航拍限飛區等因素而無法進行即時執行；以及受限於飛行高度與鏡頭畫素，小物件的地物目標不易獲取清晰圖像等。

黃能富分享，研究團隊從雲端儲存系統抓取照片，並上傳至CVAT（Computer Vision Annotation Tool）平台上進行川廢的標記作業，再將標記完成的照片用YOLOv8工具進行訓練，並設定部分照片（Validation Set）用於檢測模型辨識效果。

「有各式各樣的河川垃圾，經過不同的處理後，例如壓扁、踩扁、撕開等，AI辨識上其實是有一點點難度的。」黃能富舉例，壓扁的鋁箔包可能變成紙杯、踩扁的紙杯可能變成玻璃罐，還是會發生少數垃圾辨識失敗或分類錯誤的狀況。

黃能富指出，未來可進一步規劃自行起降（自行降落充電）飛行的無人機巡航拍攝系統，透過自動化數據收集，節省人力時間，不過建置成本較高。或者，可以和川廢調查志工合作，透過手機拍攝或配戴AR智慧眼鏡上傳照片，人機協作發揮加乘效果。

「只要你不丟垃圾，廢棄物就會減少，AI就不用去找垃圾。」黃能富強調，河川水質對人類健康影響重大，AI可以幫助監測川廢變化，但更重要的是從正確的觀念形塑著手，零廢棄才是真正的王道。