“河湖精灵监测眼”辨音识鸟

“西伯利亚银鸥、苍鹭和白琵鹭同框是比较难得的，说明这一区域的鸟类多样性比较好！”近日，沙河水库AI智能监测站点“开工”第一天，就识别到了50种鸟类，这让市水务局水质水生态监测中心的工作人员很是兴奋。

这套被誉为“河湖精灵监测眼”的装备系统，学名叫做“河湖鸟类AI智能识别监测装备”，2022年曾在官厅水库成功监测到国家一级保护动物黑脸琵鹭的踪迹。2023年，北京市水务局将在全市新增设包括沙河水库观测站在内的12处监测站点，并在原有“河湖精灵监测眼”装备系统上增加了“鸟鸣识别”功能，为河湖生态监测再添助力。

“AI”观鸟新添移动站点

去年，市水务部门改变过去传统的“人工蹲守”监测方式，开创性的将AI技术应用于水生态鸟类多样性监测，建设了3座河湖鸟类AI智能识别自动监测站，探索首都河湖鸟类的自动化、智能化监测。

“截至去年12月31日，3座AI监测站（密云水库1号站、官厅水库1号站和六渡站）共拍摄照片超过18000张，识别并记录的河湖鸟类近40种。”市水务局水质水生态监测中心高级工程师杨蓉介绍，观测到的鸟类中既有北京地区常见的普通鸬鹚、苍鹭、绿头鸭、白鹭、骨顶鸡等，也拍摄到不少“稀客”，如黑脸琵鹭、黑鹳、牛背鹭、红尾水鸲等。

“今年以来，密云水库不老屯鸟岛、官厅水库野鸭湖、永定河卢沟桥和大宁水库、潮白河向阳闸、沙河水库等区域已经有新的AI监测站点入驻了，温榆河公园、南海子郊野公园、团城湖、泃河等传统‘观鸟圣地’的监测站点建设正在加紧推进中。”杨蓉介绍，今年水务系统选择鸟类聚集、繁衍、迁徙的区域，计划再建设12处监测站点，其中包括11处固定站点和1处移动站点。

“鸟鸣识别”功能可准确判断种类

今年，河湖鸟类AI智能识别监测装备还增加了新功能——“鸟鸣识别”功能，即通过采集鸟鸣声就能准确判断鸟的种类。

“鸟鸣声也同千差万别的人声一样，具有高度差异化的特质。”杨蓉表示，声音识别不同于图像识别，它受空间范围限制较小，而且还能从树丛等复杂地形中采集信息，不容易受到物体遮挡等干扰，更适合鸟类信息采集工作。

实现鸟鸣声识别的第一步，是建立本地区鸟鸣信息数据库，为声音识别系统进行“建模”。技术人员从鸟类公开数据集中下载了包括绿头鸭、苍鹭、鸬鹚等在内的20种北京地区常见鸟类的鸣声构建数据集，并通过在站点周边安装的四向拾音器采集鸟类声频并保存，与数据库比对进行识别。

杨蓉介绍，河湖鸟类信息的采集主要会受到风声水声等环境噪声的干扰，为降低这类干扰，系统预设了适应滤波算法，能在识别前对常见的环境噪声进行消除，“初步试用证明，鸟鸣识别对一些鸣声高亢的鸟类、背景声音不复杂的鸟类和一些非特殊的单一叫声，识别准确率还是非常理想的。”此外，遇到没有预存在数据库的鸟鸣，系统还会对信息进行保存、检测，经过专业人员确认后，作为新的样本扩充数据库。

智能监测浮游生物提效10倍

目前，AI技术在本市水生态监测领域主要应用于鸟类、鱼类和浮游生物监测三个方面。

“鸟类、鱼类的监测比较容易想象，在相对微小的浮游生物监测方面，AI技术也可以发挥惊人效能。”杨蓉说，过去，水务部门针对浮游生物的监测主要依靠人工镜检识别。“这非常考验‘眼力’，即便是熟练的技术员，每天最多也就处理10多个样品，再多了眼睛就会又花又涩。”杨蓉说。

为克服传统镜检法的不足，进一步提高浮游生物监测效能，市水务部门组织开展了浮游生物AI智能识别技术研究。借助AI“电子眼”，通过先进成熟的“流式细胞技术”，导入样品、聚焦、拍摄、识别、计数……实现自动化一站式识别，可在无人值守条件下完成浮游生物种类、比例、密度等多指标自动分析和输出。“利用AI技术现在每天能识别100多个样品，并且极大地提高了准确性和效率。”杨蓉说。