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水暖鶯飛時，新建的沙河水庫AI智能監(jiān)測站點“開工”首日，便已識別鳥類物種數(shù)達50多種。

沙河水庫觀測站是北京市水務系統(tǒng)“河湖鳥類AI智能識別監(jiān)測裝備”今年新設的12處站點之一，該裝備系統(tǒng)被譽為“河湖精靈監(jiān)測眼”，曾于去年在官廳水庫成功監(jiān)測到國家一級保護動物黑臉琵鷺影像。

沙河水庫的鳥兒正在嬉戲。北京市水務局供圖

(相關資料圖)

“AI觀鳥”再添生力軍

2022年，北京市水務部門改變過去“人工蹲守”的傳統(tǒng)監(jiān)測方式，開創(chuàng)性地將AI技術應用于水生態(tài)鳥類多樣性監(jiān)測，建設了3座河湖鳥類AI智能識別自動監(jiān)測站（密云水庫1號站、官廳水庫1號站和六渡站），探索首都河湖鳥類的自動化、智能化監(jiān)測。

AI智能識別自動監(jiān)測最大的優(yōu)點在于受自然條件影響小，對人力的依賴度低，準確度高。該裝備配有超高清攝像頭、鳥鳴聲四向拾音器、終端計算機等硬件系統(tǒng)，具有模塊化、低功耗優(yōu)點，不僅能實現(xiàn)多種通訊模式，確保數(shù)據(jù)無死角傳輸，還能適應沒有市電、光纖的野外環(huán)境，經(jīng)測試在陰雨條件下可連續(xù)運行至少96個小時以上。

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

官廳水庫的黑翅長腳鷸。北京市水務局供圖

“今年，密云水庫不老屯鳥島、官廳水庫野鴨湖、永定河盧溝橋和大寧水庫、潮白河向陽閘、沙河水庫等區(qū)域已經(jīng)有新的AI監(jiān)測站點‘入駐’。”楊蓉表示，鑒于去年3個站點試運行成效顯著，結(jié)合前期全市水生態(tài)監(jiān)測情況，今年水務系統(tǒng)選擇鳥類聚集、繁衍、遷徙的區(qū)域，計劃在全市范圍內(nèi)再建設12處監(jiān)測站點，其中包括11處固定站點和1處移動站點。“溫榆河公園、南海子郊野公園、團城湖、泃河等傳統(tǒng)‘觀鳥圣地’的站點建設也在加緊推進中。”

值得注意的是，今年新設的唯一一處移動站點將被“委以重任”?！肮潭ㄕ军c設備牢固可靠，監(jiān)測穩(wěn)定連貫，但也存在監(jiān)測區(qū)域局限、監(jiān)測對象單一等弊端。比如，大型鳥喜歡停駐的地方，許多體型較小的鳥可能就不敢停留，如果僅依賴固定站點，就會使監(jiān)測不夠靈活，而移動站點就能有效規(guī)避這一問題?！睏钊乇硎?，下一步，移動站點將被充分利用在季節(jié)性鳥類遷徙通道、補水后的岸邊及生態(tài)廊道等多場景監(jiān)測中。

密云水庫的牛背鷺。北京市水務局供圖

聞“聲”識鳥兒

除了穩(wěn)定“擴編”外，今年河湖鳥類AI智能識別監(jiān)測裝備還增加了新的“武藝”。經(jīng)過技術改造，水質(zhì)水生態(tài)監(jiān)測中心為系統(tǒng)添加了“鳥鳴識別”功能，通過采集鳥鳴聲準確判斷鳥的種類。

“鳥鳴聲也同人聲一樣，具有高度差異化的特質(zhì)?！睏钊亟榻B，聲音識別不同于圖像識別，它受空間范圍限制較小，而且能在樹叢等復雜地形中采集信息，不易受到物體遮擋等干擾，更適合鳥類信息采集工作。

實現(xiàn)鳥鳴識別的第一步，就是建立本地區(qū)鳥鳴信息數(shù)據(jù)庫，為聲音識別系統(tǒng)進行建模。技術人員從鳥類公開數(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)常見鳥類的鳴聲構建數(shù)據(jù)集。通過在站點周邊安裝的四向拾音器采集鳥類聲頻并保存，與數(shù)據(jù)庫比對進行識別。

“河湖鳥類信息的采集主要會受風聲、水聲等環(huán)境噪聲的干擾。為降低這類干擾，系統(tǒng)預設了適應濾波算法，能在識別前對常見的環(huán)境噪聲進行消除?！睏钊亟榻B，初步試用證明，鳥鳴識別對一些鳴聲高亢的鳥類、背景聲音不復雜的鳥類，以及非特殊的單一叫聲的鳥類識別準確率還是非常理想的。

“遇到?jīng)]有預存在數(shù)據(jù)庫的鳥鳴，系統(tǒng)會對信息進行保存、檢測和裁剪，經(jīng)過專業(yè)人員確認后，作為新的樣本擴充數(shù)據(jù)庫?！闭劶癆I鳥類監(jiān)測的“小目標”，楊蓉表示，將在數(shù)據(jù)充足、技術成熟的基礎上，推動鳥鳴與圖像的復合識別，這將極大提高監(jiān)測的效率及準確度。

六渡的黑鸛。北京市水務局供圖

打造水生態(tài)監(jiān)測智慧化時代

目前，AI技術在北京市水生態(tài)監(jiān)測領域主要應用于鳥類、魚類和浮游生物三個方面。

“鳥類、魚類的監(jiān)測，大家比較容易想象，在相對微觀的浮游生物監(jiān)測方面，AI技術其實也可以發(fā)揮非常驚人的效能?！睏钊亟榻B，過去水務部門針對浮游植物的監(jiān)測主要依靠人工鏡檢識別的方法，需要人工肉眼在顯微鏡下對藻包液樣品中的浮游動植物種類、數(shù)量進行識別。

“這非?？简灐哿Α幢闶鞘炀毜募夹g員，每天最多也就處理10多個樣品，再多了眼睛就會又花又澀?！睏钊卣f，不僅如此，人工鏡檢對技術人員的經(jīng)驗和知識儲備要求極高，同時容易受到懸浮物、水色等多種因素影響，檢驗結(jié)果誤差較大。

為克服傳統(tǒng)鏡檢法的不足，進一步提高浮游生物監(jiān)測效能，北京市水務部門組織開展了浮游生物AI智能識別技術研究。借助AI“電子眼”，同時以先進成熟的“流式細胞技術”加持，導入樣品、聚焦、拍攝、識別、計數(shù)——整個過程自動化一氣呵成，能在無人值守條件下完成浮游生物種類、比例、密度等多項指標自動分析和輸出。“利用AI技術，現(xiàn)在每天能處理100多個樣品，且極大地提高了準確性和效率?！睏钊卣f。

新京報記者 吳婷婷 通訊員許睿 劉波

編輯 劉夢婕 校對 李立軍