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水暖鶯飛時(shí)，新建的沙河水庫(kù)AI智能監(jiān)測(cè)站點(diǎn)“開(kāi)工”首日，便已識(shí)別鳥(niǎo)類物種數(shù)達(dá)50多種。

沙河水庫(kù)觀測(cè)站是北京市水務(wù)系統(tǒng)“河湖鳥(niǎo)類AI智能識(shí)別監(jiān)測(cè)裝備”今年新設(shè)的12處站點(diǎn)之一，該裝備系統(tǒng)被譽(yù)為“河湖精靈監(jiān)測(cè)眼”，曾于去年在官?gòu)d水庫(kù)成功監(jiān)測(cè)到國(guó)家一級(jí)保護(hù)動(dòng)物黑臉琵鷺影像。

沙河水庫(kù)的鳥(niǎo)兒正在嬉戲。北京市水務(wù)局供圖

(相關(guān)資料圖)

“AI觀鳥(niǎo)”再添生力軍

2022年，北京市水務(wù)部門改變過(guò)去“人工蹲守”的傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)方式，開(kāi)創(chuàng)性地將AI技術(shù)應(yīng)用于水生態(tài)鳥(niǎo)類多樣性監(jiān)測(cè)，建設(shè)了3座河湖鳥(niǎo)類AI智能識(shí)別自動(dòng)監(jiān)測(cè)站（密云水庫(kù)1號(hào)站、官?gòu)d水庫(kù)1號(hào)站和六渡站），探索首都河湖鳥(niǎo)類的自動(dòng)化、智能化監(jiān)測(cè)。

AI智能識(shí)別自動(dòng)監(jiān)測(cè)最大的優(yōu)點(diǎn)在于受自然條件影響小，對(duì)人力的依賴度低，準(zhǔn)確度高。該裝備配有超高清攝像頭、鳥(niǎo)鳴聲四向拾音器、終端計(jì)算機(jī)等硬件系統(tǒng)，具有模塊化、低功耗優(yōu)點(diǎn)，不僅能實(shí)現(xiàn)多種通訊模式，確保數(shù)據(jù)無(wú)死角傳輸，還能適應(yīng)沒(méi)有市電、光纖的野外環(huán)境，經(jīng)測(cè)試在陰雨條件下可連續(xù)運(yùn)行至少96個(gè)小時(shí)以上。

北京市水務(wù)局水質(zhì)水生態(tài)監(jiān)測(cè)中心高級(jí)工程師楊蓉介紹，截至去年12月31日，3座AI監(jiān)測(cè)站共拍攝照片超過(guò)18000張，識(shí)別并記錄河湖鳥(niǎo)類近40種。觀測(cè)到的鳥(niǎo)類中，既有北京地區(qū)常見(jiàn)的普通鸕鶿、蒼鷺、綠頭鴨、白鷺、骨頂雞等，也有不少“稀客”，包括部分珍稀鳥(niǎo)類或北京地區(qū)出現(xiàn)較少的鳥(niǎo)類，如黑臉琵鷺、黑鸛、牛背鷺、紅尾水鴝等。

官?gòu)d水庫(kù)的黑翅長(zhǎng)腳鷸。北京市水務(wù)局供圖

“今年，密云水庫(kù)不老屯鳥(niǎo)島、官?gòu)d水庫(kù)野鴨湖、永定河盧溝橋和大寧水庫(kù)、潮白河向陽(yáng)閘、沙河水庫(kù)等區(qū)域已經(jīng)有新的AI監(jiān)測(cè)站點(diǎn)‘入駐’?！睏钊乇硎?，鑒于去年3個(gè)站點(diǎn)試運(yùn)行成效顯著，結(jié)合前期全市水生態(tài)監(jiān)測(cè)情況，今年水務(wù)系統(tǒng)選擇鳥(niǎo)類聚集、繁衍、遷徙的區(qū)域，計(jì)劃在全市范圍內(nèi)再建設(shè)12處監(jiān)測(cè)站點(diǎn)，其中包括11處固定站點(diǎn)和1處移動(dòng)站點(diǎn)?！皽赜芎庸珗@、南海子郊野公園、團(tuán)城湖、泃河等傳統(tǒng)‘觀鳥(niǎo)圣地’的站點(diǎn)建設(shè)也在加緊推進(jìn)中。”

值得注意的是，今年新設(shè)的唯一一處移動(dòng)站點(diǎn)將被“委以重任”?！肮潭ㄕ军c(diǎn)設(shè)備牢固可靠，監(jiān)測(cè)穩(wěn)定連貫，但也存在監(jiān)測(cè)區(qū)域局限、監(jiān)測(cè)對(duì)象單一等弊端。比如，大型鳥(niǎo)喜歡停駐的地方，許多體型較小的鳥(niǎo)可能就不敢停留，如果僅依賴固定站點(diǎn)，就會(huì)使監(jiān)測(cè)不夠靈活，而移動(dòng)站點(diǎn)就能有效規(guī)避這一問(wèn)題?！睏钊乇硎荆乱徊?，移動(dòng)站點(diǎn)將被充分利用在季節(jié)性鳥(niǎo)類遷徙通道、補(bǔ)水后的岸邊及生態(tài)廊道等多場(chǎng)景監(jiān)測(cè)中。

密云水庫(kù)的牛背鷺。北京市水務(wù)局供圖

聞“聲”識(shí)鳥(niǎo)兒

除了穩(wěn)定“擴(kuò)編”外，今年河湖鳥(niǎo)類AI智能識(shí)別監(jiān)測(cè)裝備還增加了新的“武藝”。經(jīng)過(guò)技術(shù)改造，水質(zhì)水生態(tài)監(jiān)測(cè)中心為系統(tǒng)添加了“鳥(niǎo)鳴識(shí)別”功能，通過(guò)采集鳥(niǎo)鳴聲準(zhǔn)確判斷鳥(niǎo)的種類。

“鳥(niǎo)鳴聲也同人聲一樣，具有高度差異化的特質(zhì)。”楊蓉介紹，聲音識(shí)別不同于圖像識(shí)別，它受空間范圍限制較小，而且能在樹(shù)叢等復(fù)雜地形中采集信息，不易受到物體遮擋等干擾，更適合鳥(niǎo)類信息采集工作。

實(shí)現(xiàn)鳥(niǎo)鳴識(shí)別的第一步，就是建立本地區(qū)鳥(niǎo)鳴信息數(shù)據(jù)庫(kù)，為聲音識(shí)別系統(tǒng)進(jìn)行建模。技術(shù)人員從鳥(niǎo)類公開(kāi)數(shù)據(jù)集中下載了包括綠頭鴨、蒼鷺、鸕鶿等在內(nèi)的20種北京地區(qū)常見(jiàn)鳥(niǎo)類的鳴聲構(gòu)建數(shù)據(jù)集。通過(guò)在站點(diǎn)周邊安裝的四向拾音器采集鳥(niǎo)類聲頻并保存，與數(shù)據(jù)庫(kù)比對(duì)進(jìn)行識(shí)別。

“河湖鳥(niǎo)類信息的采集主要會(huì)受風(fēng)聲、水聲等環(huán)境噪聲的干擾。為降低這類干擾，系統(tǒng)預(yù)設(shè)了適應(yīng)濾波算法，能在識(shí)別前對(duì)常見(jiàn)的環(huán)境噪聲進(jìn)行消除。”楊蓉介紹，初步試用證明，鳥(niǎo)鳴識(shí)別對(duì)一些鳴聲高亢的鳥(niǎo)類、背景聲音不復(fù)雜的鳥(niǎo)類，以及非特殊的單一叫聲的鳥(niǎo)類識(shí)別準(zhǔn)確率還是非常理想的。

“遇到?jīng)]有預(yù)存在數(shù)據(jù)庫(kù)的鳥(niǎo)鳴，系統(tǒng)會(huì)對(duì)信息進(jìn)行保存、檢測(cè)和裁剪，經(jīng)過(guò)專業(yè)人員確認(rèn)后，作為新的樣本擴(kuò)充數(shù)據(jù)庫(kù)?！闭劶癆I鳥(niǎo)類監(jiān)測(cè)的“小目標(biāo)”，楊蓉表示，將在數(shù)據(jù)充足、技術(shù)成熟的基礎(chǔ)上，推動(dòng)鳥(niǎo)鳴與圖像的復(fù)合識(shí)別，這將極大提高監(jiān)測(cè)的效率及準(zhǔn)確度。

六渡的黑鸛。北京市水務(wù)局供圖

打造水生態(tài)監(jiān)測(cè)智慧化時(shí)代

目前，AI技術(shù)在北京市水生態(tài)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域主要應(yīng)用于鳥(niǎo)類、魚類和浮游生物三個(gè)方面。

“鳥(niǎo)類、魚類的監(jiān)測(cè)，大家比較容易想象，在相對(duì)微觀的浮游生物監(jiān)測(cè)方面，AI技術(shù)其實(shí)也可以發(fā)揮非常驚人的效能。”楊蓉介紹，過(guò)去水務(wù)部門針對(duì)浮游植物的監(jiān)測(cè)主要依靠人工鏡檢識(shí)別的方法，需要人工肉眼在顯微鏡下對(duì)藻包液樣品中的浮游動(dòng)植物種類、數(shù)量進(jìn)行識(shí)別。

“這非常考驗(yàn)‘眼力’，即便是熟練的技術(shù)員，每天最多也就處理10多個(gè)樣品，再多了眼睛就會(huì)又花又澀?！睏钊卣f(shuō)，不僅如此，人工鏡檢對(duì)技術(shù)人員的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)儲(chǔ)備要求極高，同時(shí)容易受到懸浮物、水色等多種因素影響，檢驗(yàn)結(jié)果誤差較大。

為克服傳統(tǒng)鏡檢法的不足，進(jìn)一步提高浮游生物監(jiān)測(cè)效能，北京市水務(wù)部門組織開(kāi)展了浮游生物AI智能識(shí)別技術(shù)研究。借助AI“電子眼”，同時(shí)以先進(jìn)成熟的“流式細(xì)胞技術(shù)”加持，導(dǎo)入樣品、聚焦、拍攝、識(shí)別、計(jì)數(shù)——整個(gè)過(guò)程自動(dòng)化一氣呵成，能在無(wú)人值守條件下完成浮游生物種類、比例、密度等多項(xiàng)指標(biāo)自動(dòng)分析和輸出。“利用AI技術(shù)，現(xiàn)在每天能處理100多個(gè)樣品，且極大地提高了準(zhǔn)確性和效率。”楊蓉說(shuō)。

新京報(bào)記者 吳婷婷 通訊員許睿 劉波

編輯 劉夢(mèng)婕 校對(duì) 李立軍