北京今年将增加12处“河湖精灵监测眼”,鸟类监测更智能:全球时讯-凯发一触即发

 北京今年将增加12处“河湖精灵监测眼”,鸟类监测更智能:全球时讯-凯发一触即发 
北京今年将增加12处“河湖精灵监测眼”,鸟类监测更智能:全球时讯
发布日期: 2023-04-10 19:38:01 来源: 新京报

水暖莺飞时,新建的沙河水库ai智能监测站点“开工”首日,便已识别鸟类物种数达50多种。

沙河水库观测站是北京市水务系统“河湖鸟类ai智能识别监测装备”今年新设的12处站点之一,该装备系统被誉为“河湖精灵监测眼”,曾于去年在官厅水库成功监测到国家一级保护动物黑脸琵鹭影像。

沙河水库的鸟儿正在嬉戏。北京市水务局供图


(相关资料图)

“ai观鸟”再添生力军

2022年,北京市水务部门改变过去“人工蹲守”的传统监测方式,开创性地将ai技术应用于水生态鸟类多样性监测,建设了3座河湖鸟类ai智能识别自动监测站(密云水库1号站、官厅水库1号站和六渡站),探索首都河湖鸟类的自动化、智能化监测。

ai智能识别自动监测最大的优点在于受自然条件影响小,对人力的依赖度低,准确度高。该装备配有超高清摄像头、鸟鸣声四向拾音器、终端计算机等硬件系统,具有模块化、低功耗优点,不仅能实现多种通讯模式,确保数据无死角传输,还能适应没有市电、光纤的野外环境,经测试在阴雨条件下可连续运行至少96个小时以上。

北京市水务局水质水生态监测中心高级工程师杨蓉介绍,截至去年12月31日,3座ai监测站共拍摄照片超过18000张,识别并记录河湖鸟类近40种。观测到的鸟类中,既有北京地区常见的普通鸬鹚、苍鹭、绿头鸭、白鹭、骨顶鸡等,也有不少“稀客”,包括部分珍稀鸟类或北京地区出现较少的鸟类,如黑脸琵鹭、黑鹳、牛背鹭、红尾水鸲等。

官厅水库的黑翅长脚鹬。北京市水务局供图

“今年,密云水库不老屯鸟岛、官厅水库野鸭湖、永定河卢沟桥和大宁水库、潮白河向阳闸、沙河水库等区域已经有新的ai监测站点‘入驻’。”杨蓉表示,鉴于去年3个站点试运行成效显著,结合前期全市水生态监测情况,今年水务系统选择鸟类聚集、繁衍、迁徙的区域,计划在全市范围内再建设12处监测站点,其中包括11处固定站点和1处移动站点。“温榆河公园、南海子郊野公园、团城湖、泃河等传统‘观鸟圣地’的站点建设也在加紧推进中。”

值得注意的是,今年新设的唯一一处移动站点将被“委以重任”。“固定站点设备牢固可靠,监测稳定连贯,但也存在监测区域局限、监测对象单一等弊端。比如,大型鸟喜欢停驻的地方,许多体型较小的鸟可能就不敢停留,如果仅依赖固定站点,就会使监测不够灵活,而移动站点就能有效规避这一问题。”杨蓉表示,下一步,移动站点将被充分利用在季节性鸟类迁徙通道、补水后的岸边及生态廊道等多场景监测中。

密云水库的牛背鹭。北京市水务局供图

闻“声”识鸟儿

除了稳定“扩编”外,今年河湖鸟类ai智能识别监测装备还增加了新的“武艺”。经过技术改造,水质水生态监测中心为系统添加了“鸟鸣识别”功能,通过采集鸟鸣声准确判断鸟的种类。

“鸟鸣声也同人声一样,具有高度差异化的特质。”杨蓉介绍,声音识别不同于图像识别,它受空间范围限制较小,而且能在树丛等复杂地形中采集信息,不易受到物体遮挡等干扰,更适合鸟类信息采集工作。

实现鸟鸣识别的第一步,就是建立本地区鸟鸣信息数据库,为声音识别系统进行建模。技术人员从鸟类公开数据集中下载了包括绿头鸭、苍鹭、鸬鹚等在内的20种北京地区常见鸟类的鸣声构建数据集。通过在站点周边安装的四向拾音器采集鸟类声频并保存,与数据库比对进行识别。

“河湖鸟类信息的采集主要会受风声、水声等环境噪声的干扰。为降低这类干扰,系统预设了适应滤波算法,能在识别前对常见的环境噪声进行消除。”杨蓉介绍,初步试用证明,鸟鸣识别对一些鸣声高亢的鸟类、背景声音不复杂的鸟类,以及非特殊的单一叫声的鸟类识别准确率还是非常理想的。

“遇到没有预存在数据库的鸟鸣,系统会对信息进行保存、检测和裁剪,经过专业人员确认后,作为新的样本扩充数据库。”谈及ai鸟类监测的“小目标”,杨蓉表示,将在数据充足、技术成熟的基础上,推动鸟鸣与图像的复合识别,这将极大提高监测的效率及准确度。

六渡的黑鹳。北京市水务局供图

打造水生态监测智慧化时代

目前,ai技术在北京市水生态监测领域主要应用于鸟类、鱼类和浮游生物三个方面。

“鸟类、鱼类的监测,大家比较容易想象,在相对微观的浮游生物监测方面,ai技术其实也可以发挥非常惊人的效能。”杨蓉介绍,过去水务部门针对浮游植物的监测主要依靠人工镜检识别的方法,需要人工肉眼在显微镜下对藻包液样品中的浮游动植物种类、数量进行识别。

“这非常考验‘眼力’,即便是熟练的技术员,每天最多也就处理10多个样品,再多了眼睛就会又花又涩。”杨蓉说,不仅如此,人工镜检对技术人员的经验和知识储备要求极高,同时容易受到悬浮物、水色等多种因素影响,检验结果误差较大。

为克服传统镜检法的不足,进一步提高浮游生物监测效能,北京市水务部门组织开展了浮游生物ai智能识别技术研究。借助ai“电子眼”,同时以先进成熟的“流式细胞技术”加持,导入样品、聚焦、拍摄、识别、计数——整个过程自动化一气呵成,能在无人值守条件下完成浮游生物种类、比例、密度等多项指标自动分析和输出。“利用ai技术,现在每天能处理100多个样品,且极大地提高了准确性和效率。”杨蓉说。

新京报记者 吴婷婷 通讯员许睿 刘波

编辑 刘梦婕 校对 李立军

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