人工智能如何正在变革地球观测

地图历来令我们着迷。如果把一切事物都绘制在地图上会非常混乱，所以我们被迫选择反映我们价值观的某些方面。数字地图不仅允许你查看地点名称和有限的概念，还可以进行搜索。但想象一下一种新的地图，在这种地图上你可以几乎搜索地球上任何东西：生态系统、生物多样性、火灾、洪水、道路、农作物等。得益于突破性的AI技术，这一愿景不再是科幻小说，而是正在成为现实。随着这些新而强大的工具逐渐普及，我们必须解决制图过程中的一些关键问题：其治理、可访问性和隐私保护。

传统的地图工具依赖于绘制点和线，而现代数字地图则基于像素。但两者都受限于将细节与大局相连接的能力。人工智能赋予我们超人的能力，可以理解从微观到宏观的两端，将原始数据转化为有意义的见解，并揭示地球表面隐藏的模式和关系——以便同时看到每一棵树和整片森林。

近期，人工智能的崛起，特别是Transformer模型（ChatGPT中的“T”）的广泛应用，已经彻底改变了多个领域，从文本生成、图像描述到医疗诊断和天气预测。这些模型的核心理念是“嵌入”，这是一种强大的技术，通过创建捕捉意义和上下文的数值摘要或索引卡来帮助AI学习。就像一位技艺娴熟的图书管理员一样，AI利用嵌入技术记录下最细微的区别和最隐蔽的模式，并能够即时指向所有相关的信息来源。为了展示这些基于嵌入的新工具的强大功能，自2019年以来，我们可以创建像“BERT”这样的AI模型，它们不仅以接近90%的精度重现维基百科的内容，而且其大小仅为原来的1%。嵌入技术是极其强大的语义压缩手段。

从像素到预测

这些基于AI的嵌入是这些新地图的核心。我们刚刚开始将这些强大的工具应用于过去几十年积累下来的大量地球观测数据档案中。长期以来，我们已经有了回答诸如世界上有多少棵树这样的问题所需的数据，但以前总是需要太多的计算机资源来逐一处理每一个数据点。现在有了Earth embeddings（地球嵌入），我们可以利用无穷无尽的像素进行工作——AI现在创建了这些密集的数学总结。一个浓缩信号的丰富织锦，在空间、时间和概念之间导航——不仅仅是森林和树木，还有河流流动、洪水、干旱和城市。Earth embeddings被专门设计用于将整个图像压缩为极短的摘要，并且它们通常小于原始数据大小的5%。当然，这些摘要并不完美，但它们已经证明非常有效。在使用我们开源模型Clay进行的测试中，这些嵌入显示出了超过90%准确率在土地利用分类、检测水产养殖和估计生物量方面。很难理解这在大规模地理空间分析中能带来多大的变革。此外，它在概念上的简单性和迄今为止的使用之少也令人惊讶。

地球是人工智能最大的未探索领域

地球观测领域的总体情况如最近指出的那样，缺乏认识。增强地球观测的全球价值世界经济论坛的一份报告。该报告指出，到2030年，全球经济增长将额外增加3.8万亿美元的机会，并且每年可减少2Gt的温室气体排放。同一份报告明确提到了人工智能是乐观的理由，可以解锁其对非专业人士的价值，包括地理嵌入技术。

尽管嵌入式技术在革新地理空间分析方面具有巨大的潜力，但其采用和应用仍然有限。这在一定程度上是因为它需要三方面的专业知识：人工智能、地理空间分析以及可持续性。甚至在一个领域拥有专业技能也相当罕见。此外，就像制作任何其他地图一样，这也需要了解如何管理这些工具的创建和部署，并解决隐私和国家安全问题、数据偏差及限制。嵌入式技术可以大大降低计算能力、访问权限或技术技能方面的障碍，但它们尚未准备好在没有上下文理解或缺乏纠正措施以防止误用的情况下盲目应用。

另一方面，AI for Earth提供为更广泛的AI治理领域提供了独特的利益。其他领域，如文本领域，充满了版权和许可方面的法律不确定性。在地球AI中，我们实际上拥有完全开放的数据，包括几十年来的全球每月数据，并且这些数据有开源许可证。此外，文本的AI模型需要考虑内容质量范围广泛的问题，包括宣传材料与历史记录混杂在一起的情况。而地球上的所有数据都代表了真实地点的实际观测结果。通过地球AI，可以极大地塑造人们对应该做什么、如何做以及谁来做这些事情的期望。

那么，我们现在处于什么位置？目前有超过60个地球AI模型，如微软的SatCLIP、NASA的Privthi或Clay。它们都验证了这种方法在技术、商业和公共领域的潜力，但大多数仍然局限于小众、学术领域且不具备实际操作性。创建这些模型难度大，使用困难，并且对于诸如自动洪水检测、农作物预测或灾害响应等关键应用场景来说，目前还不足以信任它们的能力。截至2024年10月，像ChatGPT、Llama或Claude这样的主要AI模型都没有透露在训练过程中使用过任何地球数据，也无法理解这些数据。

地理空间理解的新时代

嵌入式技术代表了我们与地球互动和理解方式的根本变革。它们有助于解决当前全球历史数据档案庞大但难以找到相关信息的问题。通过超越像素的限制，我们可以解锁关于自然世界的大量更便捷、更快捷且更好的信息访问途径，使更多的利益相关者能够为他们的未来做出明智的决策。

随着气候变化和可持续性挑战的加剧，人工智能将在帮助我们理解和保护地球方面发挥关键作用。地球嵌入技术不仅是一项技术进步——它还是一种全新的看待世界的方式，使我们能够为未来做出更好的决策。是时候拥抱这项技术并充分发挥其潜力，以实现一个更健康、更可持续的地球。

随着气候变化和可持续性挑战的加剧，人工智能将在帮助我们理解和保护地球方面发挥关键作用。嵌入式技术不仅是一项技术进步——它还是一种全新的看待世界的方式，使我们能够为未来做出更好的决策。是时候拥抱这项技术并释放其全部潜力，以实现一个更健康、更可持续的地球。