史佳慶

2023年8月16日，9時(shí)54分，北京麋鹿生態(tài)實(shí)驗(yàn)中心的智慧監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，自動(dòng)識(shí)別出6只鴻雁和1只東方白鸛在草地上覓食，另外1 只蒼鷺正在水邊嬉戲

近日，在黃河三角洲生態(tài)監(jiān)測(cè)平臺(tái)的某處監(jiān)控中有著這樣一幅畫面：5只黑嘴鷗正在水面小憩，平臺(tái)自動(dòng)抓取并進(jìn)行“鳥臉識(shí)別”，其種類和健康狀態(tài)實(shí)時(shí)展示在大屏幕上，并計(jì)入鳥類數(shù)量實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)、納入本季度鳥類活動(dòng)規(guī)律樣本。

黃河三角洲濕地是中國(guó)暖溫帶保存最完整、最廣闊、最年輕的濕地生態(tài)系統(tǒng)，是東亞-澳大利亞和環(huán)西太平洋鳥類遷徙的重要中轉(zhuǎn)站、越冬棲息地和繁殖地。根據(jù)山東黃河三角洲國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)管理委員會(huì)官網(wǎng)公布的數(shù)據(jù)，黃河三角洲自然保護(hù)區(qū)的鳥類已由建區(qū)時(shí)的187種增加到373種，其中國(guó)家一級(jí)保護(hù)鳥類26種、國(guó)家二級(jí)保護(hù)鳥類65種。

近年來(lái)，快速發(fā)展的人工智能為鳥類多樣性監(jiān)測(cè)帶來(lái)了新的可能。這種技術(shù)不僅成為輔助鳥類多樣性調(diào)查和動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的創(chuàng)新手段，也讓野生動(dòng)物保護(hù)迎來(lái)了“智變”。

一只水鳥掠過(guò)洪澤湖水面，激起層層漣漪，濕地旁的光學(xué)監(jiān)測(cè)裝置迅速采集到畫面，人工智能算法對(duì)比特征后，判斷該水鳥為白鷺，并在終端系統(tǒng)上記錄下時(shí)間和數(shù)據(jù)。

漫步在北京市翠湖國(guó)家城市濕地公園，市民們會(huì)不時(shí)地看到一隊(duì)隊(duì)威風(fēng)凜凜的鴻雁悠然自得地在小徑上漫步。這些羽毛灰白相間、腹部雪白、體型豐滿的大鳥，是棲息在這個(gè)公園里的國(guó)家二級(jí)保護(hù)動(dòng)物。

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)家城市濕地公園嘗試了鳥類人工智能識(shí)別系統(tǒng)。

除了鴻雁外，在翠湖的天鵝湖和荷花塘等四個(gè)點(diǎn)位還可監(jiān)測(cè)到包括綠頭鴨、斑嘴鴨、蒼鷺、赤麻鴨等在內(nèi)的鳥類共近千只。通過(guò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)界面，管理人員可以隨時(shí)隨地查看翠湖內(nèi)鳥類監(jiān)測(cè)信息，提高管理效率。目前，這里觀測(cè)記錄到的鳥類達(dá)到299種之多。

“最初，鳥類的調(diào)查工作純靠人工監(jiān)測(cè)，主要通過(guò)監(jiān)測(cè)人員在野生動(dòng)物比較密集的地方，采取一些措施進(jìn)行物種登記，比如計(jì)數(shù)器、錄音筆、人工計(jì)數(shù)等。這些監(jiān)測(cè)手段耗時(shí)耗力，監(jiān)測(cè)效率和準(zhǔn)確度也比較低，有一些比較危險(xiǎn)的河灘和沼澤，監(jiān)測(cè)人員進(jìn)不去，就成了鳥類監(jiān)測(cè)的盲區(qū)?！北本┦泻５韰^(qū)濕地和野生動(dòng)植物保護(hù)管理中心副主任劉穎杰告訴《瞭望東方周刊》記者。

鳥類人工智能識(shí)別系統(tǒng)上線后，工作人員可以在室內(nèi)全天候進(jìn)行鳥類監(jiān)測(cè)工作。

“這種監(jiān)測(cè)手段很先進(jìn)，我們將其安裝在鳥類集中的地方，云臺(tái)式的攝像頭會(huì)定期掃視特定區(qū)域，把畫面?zhèn)鞯胶笈_(tái)，后臺(tái)服務(wù)器的程序會(huì)將其轉(zhuǎn)為數(shù)據(jù)，即鳥類數(shù)量?！眲⒎f杰表示，視頻監(jiān)控覆蓋范圍更廣，監(jiān)測(cè)效率、準(zhǔn)確度和實(shí)施性得到了極大提升。

在江蘇省西部淮河下游，一只水鳥掠過(guò)洪澤湖水面，激起層層漣漪，濕地旁的光學(xué)監(jiān)測(cè)裝置迅速采集到畫面，人工智能算法對(duì)比特征后，判斷該水鳥為白鷺，并在終端系統(tǒng)上記錄下時(shí)間和數(shù)據(jù)——這一系統(tǒng)是江蘇省環(huán)境科學(xué)研究院研發(fā)的鳥類人工智能識(shí)別系統(tǒng)，正逐步應(yīng)用于全省生物多樣性本底調(diào)查中。

江蘇省環(huán)境科學(xué)研究院生態(tài)環(huán)境研究所研究員楊國(guó)棟表示，目前，在江蘇的鳥類通過(guò)系統(tǒng)基本都能準(zhǔn)確識(shí)別。洪澤湖區(qū)域黑水雞數(shù)量眾多，以往都只能看到烏泱泱一片，并不知道具體數(shù)量，現(xiàn)在通過(guò)鳥類人工智能識(shí)別系統(tǒng)，工作人員能判斷出核心區(qū)域有七八萬(wàn)只在活動(dòng)。

在保護(hù)區(qū)或者濕地公園里，監(jiān)測(cè)鳥類并非易事。

“因?yàn)轼B的種類多，相似度高，我們把鳥類識(shí)別作為驗(yàn)證算法的一個(gè)手段?！敝袊?guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所研究員鑒海防告訴《瞭望東方周刊》，他的團(tuán)隊(duì)較早地將這項(xiàng)研究轉(zhuǎn)化為實(shí)際應(yīng)用，基于人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術(shù)，構(gòu)建出了鳥類人工智能識(shí)別系統(tǒng)，并率先在翠湖國(guó)家城市濕地公園進(jìn)行了實(shí)踐驗(yàn)證。

中國(guó)鳥類超過(guò)1400種，北京野生鳥類已達(dá)到503種之多。一些鳥外觀相似，如何通過(guò)人工智能將它們一一分清？

團(tuán)隊(duì)成員王洪昌博士給出了答案：“我們會(huì)用兩種方法提升系統(tǒng)對(duì)相似鳥類區(qū)分的能力：一是收集更多的數(shù)據(jù)對(duì)模型進(jìn)行訓(xùn)練；二是與國(guó)內(nèi)研究鳥類的專家合作，將他們的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)融合到算法中?！?/p>

他表示，很多鳥的外表差異并不明顯，研究者會(huì)結(jié)合它們的行為特征等進(jìn)行多模態(tài)識(shí)別，比如普通鸕鶿和蒼鷺外觀上有幾分相似，對(duì)其進(jìn)行識(shí)別時(shí)，系統(tǒng)會(huì)將它們的生活習(xí)性納入考慮：蒼鷺經(jīng)常停棲在水邊“靜候捕食”，而普通鸕鶿喜歡在水中“游泳潛水”。

“我們通過(guò)不斷地把動(dòng)物的知識(shí)融入系統(tǒng)中，讓數(shù)據(jù)和知識(shí)雙輪驅(qū)動(dòng)?！蓖鹾椴f(shuō)。

據(jù)劉穎杰介紹，一開始，鳥類智能識(shí)別系統(tǒng)也就能識(shí)別十幾種鳥類。有時(shí)，游禽會(huì)被樹枝遮擋，有的水鳥會(huì)梳理羽毛、頭扎在水里覓食、把頭夾在翅膀下睡覺(jué)，這些千姿百態(tài)的行為給系統(tǒng)識(shí)別造成很大的困難。

但隨著算法的不斷學(xué)習(xí)，樣本數(shù)量不斷提升，候鳥的識(shí)別越來(lái)越精確。

2022年9月，昆明滇池高原湖泊研究院在大泊口部署了鳥類人工智能識(shí)別系統(tǒng)，在紅嘴鷗到來(lái)的時(shí)候，該系統(tǒng)平均每天能監(jiān)測(cè)到超過(guò)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)。

北京南海子麋鹿苑也引入了鳥類人工智能識(shí)別系統(tǒng)，開展苑內(nèi)小保護(hù)區(qū)的鳥類多樣性監(jiān)測(cè)。據(jù)悉，系統(tǒng)會(huì)將監(jiān)測(cè)到的鳥類品種和數(shù)量等數(shù)據(jù)以日?qǐng)?bào)、周報(bào)、月報(bào)的形式發(fā)送到科研人員郵箱。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。

初冬時(shí)節(jié)，大群東方白鸛在黃河三角洲濕地內(nèi)棲息覓食（楊斌/ 攝）

在各地濕地公園的水鳥保護(hù)及棲息地調(diào)查工作中，鳥類人工智能識(shí)別系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用。

鑒海防表示，目前，鳥類人工智能識(shí)別系統(tǒng)已突破復(fù)雜場(chǎng)景下的動(dòng)態(tài)多目標(biāo)監(jiān)測(cè)、識(shí)別、追蹤、分析等系列軟硬件一體化技術(shù)，能完成對(duì)鳥類數(shù)量、種類的識(shí)別，還具有統(tǒng)計(jì)分析功能。

劉穎杰列舉了該系統(tǒng)的四個(gè)優(yōu)勢(shì)：首先，該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是實(shí)時(shí)化的。研究者要察看某區(qū)域擁有多少只鳥，通過(guò)后臺(tái)查看數(shù)據(jù)，便可一清二楚。

其次，該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠達(dá)到90%以上的準(zhǔn)確度。比如，有一些水鳥的雌雄差別不大，較難分辨，但是人工智能可以輕而易舉地分辨出來(lái)。

第三，該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是全天候的，相較于人工計(jì)數(shù)，該系統(tǒng)受自然條件影響小，對(duì)人力的依賴度低，攝像探頭不怕風(fēng)吹日曬，只要設(shè)定好時(shí)間，隨時(shí)都能記錄當(dāng)時(shí)的情況。

第四，該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以快速分析某鳥類在該區(qū)域的變化曲線，比如綠頭鴨的繁殖季是什么時(shí)間，在氣溫最高的時(shí)候是什么狀態(tài)，在雨季又是什么狀態(tài)……這種快速精準(zhǔn)觀察是人工遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能達(dá)到的。

“技術(shù)正在不斷進(jìn)步?！?劉穎杰稱，未來(lái)的技術(shù)將不僅僅是通過(guò)攝像頭捕捉鳥類的畫面和聲音來(lái)識(shí)別物種，還包括分析鳥類的糞便和使用更高級(jí)的遙感技術(shù)等。

“未來(lái)，人工智能識(shí)別系統(tǒng)除了可以監(jiān)測(cè)鳥類外，還可以應(yīng)用到其他動(dòng)物，比如雪豹、金絲猴、麋鹿等。”王洪昌表示，更多動(dòng)物的識(shí)別尚存在挑戰(zhàn)，屆時(shí)需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行針對(duì)性訓(xùn)練。

“比如數(shù)據(jù)層面的挑戰(zhàn)，有些動(dòng)物比較稀有，很難采集到足夠的訓(xùn)練數(shù)據(jù)讓人工智能算法來(lái)學(xué)習(xí)；又比如算法本身的挑戰(zhàn)，不同動(dòng)物的關(guān)鍵特征不一樣，需要針對(duì)性優(yōu)化算法結(jié)構(gòu)。”王洪昌說(shuō)。

就此，鑒海防表示，人工智能識(shí)別系統(tǒng)有助于人們實(shí)時(shí)了解生態(tài)系統(tǒng)狀況、評(píng)估生物多樣性的情況、發(fā)現(xiàn)瀕危物種和生態(tài)環(huán)境變化，從而制定相應(yīng)措施，更好地開展物種保護(hù)。

（本刊實(shí)習(xí)生傅熙雯對(duì)此文有貢獻(xiàn)）