生物多樣性是形形色色生物體的總和，包含動(dòng)物、植物和微生物，其中鳥類是最受公眾關(guān)注的類別之一。因其對(duì)生境因子及其變化比較敏感，其多度和豐度也常作為區(qū)域生態(tài)質(zhì)量的“晴雨表”和“試金石”，因此，鳥類多樣性可作為生物多樣性監(jiān)測(cè)的指示物種，這使鳥類監(jiān)測(cè)已成為濕地公園、各級(jí)野生動(dòng)物保護(hù)主管部門、科研機(jī)構(gòu)、鳥類環(huán)志站點(diǎn)和野生動(dòng)物疫源疫病監(jiān)測(cè)站等單位的常態(tài)化工作之一。

 

　　當(dāng)前鳥類監(jiān)測(cè)大多采用“人工+觀測(cè)設(shè)備”的方式，利用長(zhǎng)焦相機(jī)和高倍望遠(yuǎn)鏡可開展遠(yuǎn)距離、大范圍的靜態(tài)觀測(cè)。對(duì)比更早期的單純依靠人力肉眼觀測(cè)，用“長(zhǎng)期蹲點(diǎn)、隱蔽觀察、定期查巢”的方式，進(jìn)行監(jiān)測(cè)和計(jì)數(shù)，雖提高了監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性，并降低了對(duì)鳥類的干擾，但人力物力投入大，且對(duì)監(jiān)測(cè)人員的要求較高，不僅要具備有一定的分類學(xué)基礎(chǔ)，還要有一定的拍攝技巧，能堅(jiān)持長(zhǎng)期參與鳥類監(jiān)測(cè)工作。所以，傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)方式難以保證鳥類監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性、連續(xù)性、完整性。

 

　　隨著人工智能（AI）及大數(shù)據(jù)分析技術(shù)的發(fā)展，尤其是計(jì)算機(jī)視頻識(shí)別技術(shù)的進(jìn)步，使AI相關(guān)技術(shù)輔助鳥類多樣性監(jiān)測(cè)成為可能，為鳥類多樣性調(diào)查和動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)提供了創(chuàng)新手段。

 

　　部署在昆明滇池的鳥類智慧監(jiān)測(cè)識(shí)別系統(tǒng)

 

　　鳥類智慧識(shí)別監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與算法

 

　　使用AI進(jìn)行“鳥口普查”，AI鳥類調(diào)查員首先要安裝一套“AI鳥類智慧識(shí)別監(jiān)測(cè)系統(tǒng)”，該系統(tǒng)由硬件監(jiān)測(cè)設(shè)備和智能識(shí)別軟件構(gòu)成。前端音視頻監(jiān)測(cè)設(shè)備捕獲監(jiān)測(cè)點(diǎn)的鳥類視頻及音頻數(shù)據(jù)，不僅可以通過端側(cè)或邊緣設(shè)備進(jìn)行智能分析，獲取鳥類空間位置信息、種類信息、數(shù)量信息等統(tǒng)計(jì)信息，也可以上載云端利用AI智能計(jì)算設(shè)備進(jìn)行識(shí)別分析，并將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在云端存儲(chǔ)服務(wù)器中，供鳥類智慧監(jiān)測(cè)展示系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)分析使用。

 

　　鳥類智慧監(jiān)測(cè)前端設(shè)備主要包括鳥類視頻監(jiān)測(cè)攝像機(jī)和鳥類聲音監(jiān)測(cè)設(shè)備等。鳥類視頻監(jiān)測(cè)攝像機(jī)負(fù)責(zé)鳥類圖像拍攝和視頻監(jiān)控，并將采集數(shù)據(jù)上報(bào)AI識(shí)別服務(wù)器；鳥類聲音監(jiān)測(cè)設(shè)備通過對(duì)鳥鳴聲的自動(dòng)偵測(cè)，并基于聲紋識(shí)別算法進(jìn)行智能物種分析。此外，也可以通過手機(jī)、平板等設(shè)備錄音或者拍照進(jìn)行上傳識(shí)別。

 

　　部署在黃河三角洲的鳥類智慧監(jiān)測(cè)識(shí)別系統(tǒng)

 

　　其次是鳥類AI識(shí)別服務(wù)器，具備鳥類實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、高效分析處理的功能，采用了CPU+GPU異構(gòu)計(jì)算架構(gòu)，高速IO交換技術(shù)，集成鳥類識(shí)別算法模型，通過接入實(shí)時(shí)監(jiān)控視頻流，檢測(cè)鳥類特征并進(jìn)行即時(shí)分析，具備高性能，高可靠和易維護(hù)的特點(diǎn)。

 

　　鳥類智能監(jiān)測(cè)管理軟件可對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)化管理和多維度統(tǒng)計(jì)分析?；谖锫?lián)網(wǎng)、AI、GIS（地理信息系統(tǒng)）等技術(shù)構(gòu)建的鳥類監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)，具有視頻接入、監(jiān)測(cè)管控、圖片管理、鳥類名錄、統(tǒng)計(jì)分析等一體化的功能應(yīng)用。

 

　　鳥類智慧監(jiān)測(cè)識(shí)別系統(tǒng)的核心是鳥類智能識(shí)別算法，主要包括基于圖像和視頻的鳥類識(shí)別算法，以及基于聲音的鳥類識(shí)別算法。其中，基于圖像和視頻的算法，通過對(duì)鳥類形態(tài)和行為特征的精準(zhǔn)提取和分類模型，獲得高精度的鳥類目標(biāo)識(shí)別結(jié)果。在實(shí)際應(yīng)用中，還需要結(jié)合鳥類形態(tài)學(xué)專業(yè)知識(shí)和大規(guī)模數(shù)據(jù)訓(xùn)練，以提高算法模型對(duì)不同生態(tài)場(chǎng)景變化的穩(wěn)定性和精確性?；趫D像和視頻的鳥類識(shí)別算法，更適用于濕地或者水面等較為開闊的自然環(huán)境。在遮擋較為嚴(yán)重的山林等環(huán)境下，常常“只聞其聲，不見其影”，此種情況下，基于聲音的鳥類識(shí)別算法便更加有效。該算法通過融合鳥類聲音數(shù)據(jù)的波形特征和頻譜特征，實(shí)現(xiàn)鳥聲識(shí)別。首先通過構(gòu)建波形特征提取模塊實(shí)現(xiàn)時(shí)域信號(hào)振幅、音調(diào)等波形特征信息的有效提取，然后通過特征融合和分類模塊實(shí)現(xiàn)鳥類種類的識(shí)別。有些時(shí)候，基于圖像和視頻的鳥類識(shí)別算法和基于聲音的鳥類識(shí)別算法還可同時(shí)使用，通過多模態(tài)融合的識(shí)別方法進(jìn)一步提高準(zhǔn)確度。

 

　　AI鳥類智慧監(jiān)測(cè)識(shí)別系統(tǒng)

 

　　人工智能監(jiān)測(cè)鳥類應(yīng)用實(shí)踐

 

　　隨著人工智能技術(shù)的迅速發(fā)展，AI當(dāng)前已經(jīng)融入許多保護(hù)地和濕地公園的鳥類多樣性調(diào)查與監(jiān)測(cè)中。

 

　　北京市海淀區(qū)濕地和野生動(dòng)植物保護(hù)管理中心率先在北京翠湖國(guó)家城市濕地公園部署了鳥類智慧監(jiān)測(cè)識(shí)別系統(tǒng)。該系統(tǒng)從2022年1月份至今一直穩(wěn)定運(yùn)行，在翠湖的天鵝池和荷花塘等四個(gè)點(diǎn)位監(jiān)測(cè)到包括鴻雁、綠頭鴨、斑嘴鴨、蒼鷺、赤麻鴨、鴛鴦、夜鷺、普通鸕鶿等在內(nèi)的鳥類共4000余只。通過監(jiān)測(cè)系統(tǒng)界面，保護(hù)區(qū)管理者可以隨時(shí)隨地查看保護(hù)區(qū)內(nèi)鳥類監(jiān)測(cè)信息，提高了管理效率。

 

　　北京南海子麋鹿苑于2022年7月引入了基于人工智能的智慧監(jiān)測(cè)手段，開展苑內(nèi)小保護(hù)區(qū)的鳥類多樣性監(jiān)測(cè)。在一個(gè)監(jiān)測(cè)周期（24小時(shí)）內(nèi)，共監(jiān)測(cè)到斑嘴鴨2只、鴻雁3只、灰鶴2只、綠頭鴨4只、東方白鸛3只、黑天鵝4只、蒼鷺75只，監(jiān)測(cè)結(jié)果還會(huì)以日?qǐng)?bào)、周報(bào)、月報(bào)的形式發(fā)送到科研人員郵箱。這與傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)方式相比，其效率、準(zhǔn)確度、實(shí)時(shí)性都得到了極大的提升。

 

　　在北京市懷柔區(qū)園林綠化局的支持下，懷柔水庫(kù)開發(fā)并部署了鳥類智慧監(jiān)測(cè)識(shí)別系統(tǒng)。自系統(tǒng)部署以來，可實(shí)時(shí)獲取到大天鵝、骨頂雞、白鷺、蒼鷺、鳳頭潛鴨等鳥類的種類及數(shù)量信息，并可將智能識(shí)別結(jié)果在系統(tǒng)界面上進(jìn)行可視化展示，還能夠以智能報(bào)表的形式自動(dòng)化生成監(jiān)測(cè)報(bào)告，為鳥類監(jiān)測(cè)工作服務(wù)。

 

　　部署在北京翠湖國(guó)家城市濕地公園的鳥類智慧監(jiān)測(cè)識(shí)別系統(tǒng)

 

　　在候鳥季，對(duì)著壯觀的鳥浪來數(shù)鳥一直都是傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)的難點(diǎn)，人力幾乎不可能做到精確，僅能通過“集團(tuán)估算法”大致估計(jì)。然而，用上了人工智能，這個(gè)難題便迎刃而解。以昆明滇池關(guān)注度極高的明星紅嘴鷗為例，誰都不知道，但誰都想知道，水面上每天究竟有多少只紅嘴鷗。2022年9月，昆明滇池高原湖泊研究院在大泊口部署了鳥類智慧監(jiān)測(cè)識(shí)別系統(tǒng)，在紅嘴鷗到來的時(shí)候，該系統(tǒng)每天均能監(jiān)測(cè)到超過5000只紅嘴鷗，為保護(hù)區(qū)管理人員提供了大量觀測(cè)數(shù)據(jù)。

 

　　黃河三角洲國(guó)家自然保護(hù)區(qū)鳥類監(jiān)測(cè)也應(yīng)用了人工智能。系統(tǒng)自2022年6月以來已經(jīng)穩(wěn)定運(yùn)行了半年以上，在2022年11月監(jiān)測(cè)到大量有效信息，包括東方白鸛、大天鵝、灰雁、蒼鷺、普通鸕鶿、綠頭鴨等鳥類1200余只，豐富的視頻監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，為保護(hù)區(qū)管理者進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和查看歷史記錄提供了有力的數(shù)據(jù)支撐。

 

　　部署在實(shí)際場(chǎng)景中的前端音視頻監(jiān)測(cè)終端

 

　　鳥類智能監(jiān)測(cè)未來發(fā)展方向

 

　　展望未來，鳥類監(jiān)測(cè)向著高精度、動(dòng)態(tài)化和智能化的方向發(fā)展，依靠傳統(tǒng)人工方法，已無法滿足當(dāng)前長(zhǎng)期性、自動(dòng)化、智慧化監(jiān)測(cè)的要求。緊密結(jié)合保護(hù)區(qū)鳥類本底調(diào)查與動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)需求，采用人工智能技術(shù)與生態(tài)學(xué)大數(shù)據(jù)分析方法，開發(fā)和部署鳥類智慧監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)“看得清、看得準(zhǔn)、看得全、看得懂”的無人化、智慧化、長(zhǎng)周期實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，有效解決鳥類監(jiān)測(cè)中的數(shù)據(jù)“不實(shí)時(shí)、不全面、不準(zhǔn)確”等重要問題，顯著提升鳥類監(jiān)測(cè)效率和識(shí)別準(zhǔn)確度，為鳥類調(diào)查和動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)提供創(chuàng)新手段，為生物多樣性保護(hù)與科普宣傳提供技術(shù)支撐，為生態(tài)文明建設(shè)提供強(qiáng)大動(dòng)力，必將日益得到更為廣泛的應(yīng)用。