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人工智能監(jiān)測、無人機(jī)巡護(hù)、算法推演,多地創(chuàng)新手段——科技守護(hù)候鳥越冬

媒體:國家林業(yè)和草原局  作者:內(nèi)詳
專業(yè)號:劍湖濕地管護(hù)局 2025/1/9 11:08:58

核心閱讀

灘涂、沼澤、蘆葦叢……蒼鷺、黑鸛、紅嘴鷗……正值候鳥越冬季,大江南北的不少越冬地采取人工智能監(jiān)測、無人機(jī)巡護(hù)、算法推演等技術(shù),創(chuàng)新候鳥觀測和保護(hù)手段,為候鳥和棲息地保護(hù)提供科技支撐,守護(hù)各類候鳥安全越冬。

鄱陽湖國家級自然保護(hù)區(qū)內(nèi)的候鳥。劉遠(yuǎn)慶攝(人民視覺)

江西鄱陽湖國家級自然保護(hù)區(qū)——

“無人機(jī) 算法”智慧護(hù)鳥

梅西湖位于江西省九江市永修縣吳城鎮(zhèn)境內(nèi),是江西鄱陽湖國家級自然保護(hù)區(qū)內(nèi)9個(gè)重要的碟形湖之一?!懊磕?1月至次年3月,鄱陽湖進(jìn)入枯水期,大面積湖灘、草洲露出水面,豐美的水草、豐富的魚蝦吸引了各種水鳥珍禽前來?xiàng)ⅰ!苯髹蛾柡壹壸匀槐Wo(hù)區(qū)管理局吳城保護(hù)站巡護(hù)員王小龍拿出望遠(yuǎn)鏡,仔細(xì)觀察候鳥種群信息和棲息環(huán)境。

“白色的是白琵鷺,褐色的是斑嘴鴨,湖面還有國家一級重點(diǎn)保護(hù)野生動(dòng)物東方白鸛、黑鸛。”王小龍如數(shù)家珍,“十幾年前,日常巡護(hù)、監(jiān)測全靠兩條腿,越洲涉水、風(fēng)吹日曬?!?/p>

如今,借助高科技設(shè)備、智慧化手段,保護(hù)區(qū)工作人員對候鳥監(jiān)測追蹤實(shí)現(xiàn)“人力 物力”雙重保障。

鄱陽湖畔的白鶴。張小林?jǐn)z(人民視覺)

“無人機(jī)巡護(hù)147次,巡護(hù)里程609公里……”在吳城保護(hù)站智慧管控室,平臺實(shí)時(shí)顯示智慧無人機(jī)巡護(hù)信息。2023年12月,保護(hù)區(qū)建立智慧管理平臺,眾多布設(shè)在湖區(qū)各水域的高清攝像頭和傳感器全天候運(yùn)行,通過AI技術(shù)自動(dòng)識別和記錄候鳥的種類、數(shù)量、鳥群密度等信息?!耙郧跋胍涗涾B兒的情況,需要深入湖區(qū)現(xiàn)場蹲守、人工巡查,耗時(shí)費(fèi)力,準(zhǔn)確度也比較低?!蓖跣↓堈f。如今,一雙雙“智能眼睛”將捕捉到的鳥類影像實(shí)時(shí)傳送到智慧管理平臺?!安僮魅藛T只需提前設(shè)定飛行線路,錄入無人機(jī)巡檢系統(tǒng),通過遠(yuǎn)程操控,就能用無人機(jī)對保護(hù)區(qū)進(jìn)行全域、高效、精準(zhǔn)的巡護(hù)監(jiān)測?!眳浅潜Wo(hù)站工作人員袁子期介紹,以前,湖區(qū)的沼澤、灘涂地帶監(jiān)測人員難以到達(dá),現(xiàn)在可以盡收眼底。同時(shí),無人機(jī)還能實(shí)現(xiàn)高空喊話,對危害候鳥和破壞濕地資源行為進(jìn)行警告。

“平臺可以清楚看到無人機(jī)巡護(hù)的實(shí)時(shí)畫面,遇到特殊情況,工作人員會及時(shí)通知我們?!痹悠谡f,為了讓無人機(jī)不驚擾候鳥,工作人員通常會將飛行高度設(shè)置在百米以上。返倉后的無人機(jī),還能用機(jī)械臂智能換電,做到持續(xù)巡護(hù)。無人機(jī)采取高空巡護(hù)方式,高精度相機(jī)可以及時(shí)追蹤候鳥行跡和人類活動(dòng)蹤跡,同時(shí)又不對鳥類活動(dòng)造成干擾。

“這套智慧管理系統(tǒng)還能通過仿真推演對湖區(qū)水位進(jìn)行精細(xì)調(diào)節(jié)?!痹悠谡f,系統(tǒng)結(jié)合當(dāng)前的氣象條件、水域面積、候鳥數(shù)量等進(jìn)行算法推演,提前研判湖區(qū)水生生物量和越冬候鳥食物總量,適時(shí)開、關(guān)閘口,科學(xué)調(diào)控水位,為候鳥棲息創(chuàng)造有利條件。(王丹)

南大港濕地。劉 沖攝(人民視覺)

河北滄州南大港濕地和鳥類自然保護(hù)區(qū)——

“AI聲紋識別”“聽”聲識鳥

冬日,河北滄州南大港濕地。一縷陽光穿透薄霧,在水面上灑下點(diǎn)點(diǎn)金光。遺鷗、小天鵝、蒼鷺……鳥兒們或低飛掠過波光粼粼的水面,激起一圈圈漣漪,或悠然自得地穿梭在蘆葦蕩間,漂浮在淺淺的沼澤地,三五成群,低頭覓食,好不愜意。

河北滄州南大港濕地和鳥類自然保護(hù)區(qū)是東亞—澳大利西亞候鳥遷飛路線上的重要停歇地和中轉(zhuǎn)站。2024年7月,該濕地作為黃(渤)海候鳥棲息地(第二期)的重要組成部分?jǐn)U展列入《世界遺產(chǎn)名錄》。

近年來,南大港濕地開展大規(guī)模生態(tài)修復(fù)和治理,生態(tài)環(huán)境明顯改善。據(jù)統(tǒng)計(jì),南大港濕地2023年觀測到候鳥10萬余只。濕地現(xiàn)有鳥類272種,其中國家一級重點(diǎn)保護(hù)鳥類17種,生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性和物種多樣性穩(wěn)步提升。

南大港濕地的黑翅長腳鷸。劉全勝攝(人民視覺)

“鳥類AI聲紋監(jiān)測設(shè)備‘聽到’鳥叫聲,就能識別種類?!蹦洗蟾蹪竦睾网B類自然保護(hù)區(qū)工作人員張景興介紹,近年來,保護(hù)區(qū)搭建科研監(jiān)測一體化平臺,在濕地布設(shè)3套聲紋設(shè)備,包括2艘無人船和1套立桿,在蘆葦蕩、蘆葦叢等多遮擋條件下使用智能聲紋監(jiān)測手段,對鳥類進(jìn)行大范圍、全天候、低干擾監(jiān)測。監(jiān)測到鳥叫聲,設(shè)備上傳平臺系統(tǒng),后者自動(dòng)識別。

“聽,這是黃鹡鸰的叫聲,清晰明了,悠揚(yáng)婉轉(zhuǎn)?!痹诳蒲斜O(jiān)測平臺監(jiān)控室,張景興操作電腦,點(diǎn)開一條當(dāng)天實(shí)時(shí)監(jiān)測的鳥叫聲。監(jiān)測界面上,系統(tǒng)很快識別出鳥類的名稱,并同步了照片、生活習(xí)性、分布位置等信息,“黃鹡鸰、灰鹡鸰等小型鳥類聲音清脆,蒼鷺等大型鳥類則聲音低沉?!?/p>

據(jù)悉,平臺物種庫目前已收集到鳥類音頻數(shù)量1500多種、19萬多條作為AI聲紋識別樣本。通過AI聲紋識別,保護(hù)區(qū)工作人員能更加準(zhǔn)確掌握濕地鳥類現(xiàn)狀,“可以知道本次越冬有哪些鳥類到達(dá)濕地、在哪個(gè)位置分布,并根據(jù)鳥類遷徙和生活狀態(tài)分析生態(tài)修復(fù)措施成效?!睆埦芭d說。

南大港濕地有10個(gè)保護(hù)站點(diǎn),以往人工巡護(hù),有很大時(shí)空局限性。如今,AI聲紋識別等技術(shù)構(gòu)建起覆蓋全濕地范圍的智能監(jiān)控網(wǎng)絡(luò),再結(jié)合人工,大幅提升了監(jiān)測效率。工作人員能遠(yuǎn)程監(jiān)控并及時(shí)應(yīng)對突發(fā)情況,有效彌補(bǔ)了人員不足、突破了時(shí)空局限。(張騰揚(yáng))

在滇池水域上空飛翔的紅嘴鷗。董蓉梅攝(人民視覺)

云南昆明滇池——

“AI慧眼系統(tǒng)”實(shí)時(shí)數(shù)鳥

云南昆明滇池旁,早上8點(diǎn)剛過,大理大學(xué)東喜瑪拉雅研究院研究生黃文已經(jīng)來到昆明海洪濕地公園。她一手拿著滇池鳥類調(diào)查表,一手端握雙筒望遠(yuǎn)鏡:“紅嘴鷗約1520只、蒼鷺27只……”在她頭頂約60米高處,還有一位“調(diào)查員”——一架連接到AI鳥類智慧監(jiān)測識別系統(tǒng)的無人機(jī)。

日出就開工、每天至少走幾萬步,參與鳥類調(diào)查一年多的黃文習(xí)慣了冬季每月走一遍滇池沿線。然而,滇池湖面寬闊,沿岸建有54個(gè)湖濱濕地,環(huán)滇池鳥類調(diào)查并不容易。

“傳統(tǒng)的鳥類調(diào)查選擇合適的樣點(diǎn)或樣線,由人工調(diào)查員在鳥類活躍時(shí)段計(jì)數(shù),進(jìn)而推測候鳥種群情況。”昆明市滇池高原湖泊研究院副院長潘珉介紹,滇池沿岸調(diào)查樣地有數(shù)十個(gè),每個(gè)樣地需要調(diào)查員在每月或每季度固定時(shí)間、固定路線用望遠(yuǎn)鏡觀測后查數(shù)或估算,每次調(diào)查約需10天。長期堅(jiān)持苦累不說,更難的是識鳥、拍鳥。

黃文(左)與同伴一起記錄鳥類觀測結(jié)果。張馳攝

傳統(tǒng)方式人力物力投入大,如何利用新科技助力鳥類數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)?在滇池大泊口水域附近,記者見到“調(diào)查”歸來的無人機(jī)緩緩降落至一處平臺?!霸O(shè)定好無人機(jī)巡航的時(shí)間、飛行高度和路線,它們每日定時(shí)自動(dòng)起降,對滇池草海兩岸共約24公里岸線進(jìn)行巡航,記錄實(shí)時(shí)影像,每次巡航時(shí)間不到1小時(shí)?!迸绥胝f。

打開監(jiān)測系統(tǒng)平臺的實(shí)時(shí)“直播”,畫面中每只鳥都被標(biāo)注上物種類型,左下角顯示系統(tǒng)識別出的鳥類數(shù)量,畫面來源于大泊口水域岸邊固定位置的高清攝像機(jī)。通過區(qū)域掃描、拍攝圖片,對大泊口0.52平方公里水域內(nèi)的鳥類實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)記錄。

潘珉介紹,2022年起,昆明滇池高原湖泊研究院在云南省—昆明市省市一體化重大項(xiàng)目支持下與中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所等科研單位合作開展基于AI的高原湖泊生態(tài)系統(tǒng)關(guān)鍵種群智能感知技術(shù)研發(fā)及示范項(xiàng)目,嘗試用智慧化手段滿足不同情境下的滇池湖泊生態(tài)系統(tǒng)觀測研究的需求,其中對鳥類開展固定高清攝像機(jī)、移動(dòng)無人機(jī)等智慧化監(jiān)測技術(shù)的研發(fā)。

“首先劃分觀測區(qū)域,在鳥類多樣性較高的開闊生境安裝高清攝像機(jī),在物種單一但數(shù)量較多的開闊湖面使用無人機(jī)錄影,在鳥類多樣性高、遮擋物多的地區(qū)則安裝聲紋監(jiān)測設(shè)備?!迸绥胝f,借助智能設(shè)備,不但獲取鳥類數(shù)據(jù)更高效快捷,數(shù)量統(tǒng)計(jì)從估算變得更精準(zhǔn),長時(shí)序、高頻次的記錄也彌補(bǔ)了人工調(diào)查數(shù)據(jù)碎片化的不足。

“算法包括基于圖像、視頻和聲音的識別,通過對鳥類形態(tài)和行為特征的精準(zhǔn)提取和分類,進(jìn)行物種識別和數(shù)量統(tǒng)計(jì),實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測、即時(shí)分析?!敝袊茖W(xué)院半導(dǎo)體研究所研究員鑒海防介紹,在實(shí)際應(yīng)用中,團(tuán)隊(duì)結(jié)合鳥類形態(tài)學(xué)專業(yè)知識對算法進(jìn)行大規(guī)模數(shù)據(jù)訓(xùn)練,不斷提高算法模型穩(wěn)定性、精確性。

監(jiān)測2年后,潘珉等人發(fā)現(xiàn),2024年紅嘴鷗“大部隊(duì)”抵達(dá)昆明的時(shí)間比前兩年晚10天左右。“智慧監(jiān)測和人工調(diào)查數(shù)據(jù)互為補(bǔ)充、融合應(yīng)用,可以更精準(zhǔn)掌握不同鳥類物種和數(shù)量在不同時(shí)期的變化?!迸绥胝f,根據(jù)與昆明鳥類協(xié)會共同開展的統(tǒng)計(jì),目前滇池范圍內(nèi)紅嘴鷗數(shù)量達(dá)3.97萬只。(張馳)

來源:人民日報(bào)

編輯:蔡鴻濤

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