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        簡(jiǎn)析鳥(niǎo)類的野外調(diào)查和監(jiān)測(cè)技術(shù)

        2023-12-11 12:06:49張明明梁宇祥
        林業(yè)科技 2023年6期
        關(guān)鍵詞:鳥(niǎo)類

        張明明 梁宇祥

        摘要:? 隨著保護(hù)生物多樣性、人與自然和諧共處等理念的普及,社會(huì)各界對(duì)保護(hù)和管理生物多樣性愈發(fā)重視。但生物多樣性本底狀況不明,變化趨勢(shì)不清將影響保護(hù)和管理工作的有效開(kāi)展。鳥(niǎo)類對(duì)于環(huán)境質(zhì)量感知較為敏感,其群落結(jié)構(gòu)及種群數(shù)量是衡量生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的重要指標(biāo),能夠作為環(huán)境變化的指示物種。為此,文章研究應(yīng)用樣線法調(diào)查鳥(niǎo)類個(gè)體數(shù)量,并使用相應(yīng)算式計(jì)算整個(gè)地區(qū)的鳥(niǎo)類種群密度。研究應(yīng)用AI鳥(niǎo)類智慧監(jiān)測(cè)識(shí)別系統(tǒng)獲取鳥(niǎo)類種類、數(shù)量信息,并監(jiān)測(cè)氣候環(huán)境等數(shù)據(jù),從而評(píng)估生態(tài)環(huán)境,為鳥(niǎo)類等生物提供優(yōu)質(zhì)的生存環(huán)境。通過(guò)有效手段探析鳥(niǎo)類生存狀態(tài),為優(yōu)化、整治生物生存環(huán)境提供依據(jù)。

        關(guān)鍵詞:? 鳥(niǎo)類;? 野外調(diào)查;? 監(jiān)測(cè)技術(shù)

        中圖分類號(hào):? ?S 57; S 755. 2; Q 948? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:? ?A? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào):1001 - 9499(2023)06 - 0041 - 04

        松嫩平原是東北平原的最大組成部分,位于松遼盆地中部地區(qū),地處吉林省、黑龍江省、內(nèi)蒙古自治區(qū)交界處,主要由嫩江及松花江沖積形成。松嫩平原是保護(hù)和管理生物多樣性的重點(diǎn)區(qū)域,總面積達(dá)3.68萬(wàn)平方公里,涵蓋25個(gè)縣區(qū)及8個(gè)國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)。平原濕地分布較為廣闊,物種較為豐富。初步統(tǒng)計(jì),平原鳥(niǎo)類有265種,其中8種為國(guó)家一級(jí)保護(hù)動(dòng)物,30多種為國(guó)家二級(jí)保護(hù)動(dòng)物。松嫩平原有《中日候鳥(niǎo)保護(hù)協(xié)定》所列出的227種鳥(niǎo)類中的116種,保護(hù)松嫩平原物種多樣性具有重大意義。松嫩平原冬季時(shí)節(jié)氣溫干燥寒冷,常見(jiàn)鳥(niǎo)類有喜鵲、普通 、麻雀、松雀等,這些鳥(niǎo)類抗寒能力較強(qiáng),本文將圍繞松嫩平原冬季鳥(niǎo)類多樣性分布格局,探究鳥(niǎo)類野外調(diào)查和監(jiān)測(cè)技術(shù)。

        1 野外鳥(niǎo)類調(diào)查和監(jiān)測(cè)技術(shù)

        1. 1 樣線法

        種群密度是在特定地區(qū)內(nèi)開(kāi)展絕對(duì)數(shù)量調(diào)查或取樣調(diào)查生物個(gè)體數(shù)量[ 1 ]。樣線法是基于統(tǒng)計(jì)學(xué)內(nèi)樣本體現(xiàn)總體的思想,調(diào)查樣線內(nèi)個(gè)體的絕對(duì)數(shù)量,進(jìn)而計(jì)算整個(gè)地區(qū)的種群密度。因此,應(yīng)用樣線法普遍包含布設(shè)樣線、調(diào)查數(shù)量及計(jì)算密度三方面內(nèi)容。其中,布設(shè)樣線的位置、數(shù)量等需結(jié)合地區(qū)環(huán)境及調(diào)查對(duì)象生活習(xí)性特點(diǎn)進(jìn)行系統(tǒng)取樣或分層取樣。

        應(yīng)用樣線法調(diào)查鳥(niǎo)類時(shí)需滿足以下條件:(1)鳥(niǎo)類不會(huì)受調(diào)查人員的影響進(jìn)出樣帶。(2)樣帶內(nèi)的鳥(niǎo)類均能夠被及時(shí)發(fā)現(xiàn)并鑒別。(3)在記錄鳥(niǎo)類個(gè)體時(shí)不會(huì)出現(xiàn)遺漏或重復(fù)的情況。(4)準(zhǔn)確測(cè)量樣線至鳥(niǎo)類個(gè)體的距離。(5)每次鳥(niǎo)類樣線調(diào)查不會(huì)相互影響。在實(shí)際調(diào)查操作中,同時(shí)滿足上述條件具有一定難度,但調(diào)查經(jīng)驗(yàn)豐富的工作人員能夠通過(guò)復(fù)查、預(yù)查等方式有效減少調(diào)查誤差。

        樣線法主要類型分為:無(wú)距離樣線法、固定距離樣線法、可變距離樣線法。無(wú)距離樣線法不會(huì)設(shè)定樣帶寬度及鳥(niǎo)類個(gè)體至樣線的垂直距離。此方法只能將鳥(niǎo)類數(shù)量進(jìn)行初步估計(jì),因不涉及樣線寬度便不能計(jì)算種群密度。固定距離樣線法將樣帶寬度設(shè)為(w),統(tǒng)計(jì)樣帶寬度內(nèi)外鳥(niǎo)類數(shù)量,將外部數(shù)據(jù)作為判斷寬度設(shè)置合理的參考。寬度選擇較為理想能夠確保其內(nèi)鳥(niǎo)類個(gè)體能夠全部發(fā)現(xiàn),森林環(huán)境內(nèi)普遍為25 m,開(kāi)闊地段普遍為50 m。可變距離樣線法在固定距離樣線法的基礎(chǔ)上,記錄鳥(niǎo)類個(gè)體至樣線的垂直距離(x)或記錄鳥(niǎo)類個(gè)體至工作人員距離(r)及方位角度(θ),進(jìn)而求取直線距離(x=r sin θ)。在實(shí)際操作中,估算鳥(niǎo)類個(gè)體至樣線的垂直距離具有一定難度,可以設(shè)定多條固定寬度,將鳥(niǎo)類個(gè)體至樣線距離近似于記錄不同的距離區(qū)段[ 2 ]。

        樣線法密度計(jì)算,利用上述方法統(tǒng)計(jì)鳥(niǎo)類個(gè)體數(shù)量,選用條帶計(jì)數(shù)法、Gates截線法、Fourier截線法等密度計(jì)算方式計(jì)算鳥(niǎo)類種群密度[ 3 ]。具體計(jì)算方式:

        1. 2 AI鳥(niǎo)類智慧監(jiān)測(cè)識(shí)別系統(tǒng)

        現(xiàn)階段,調(diào)查監(jiān)測(cè)鳥(niǎo)類多采用“人工+設(shè)備觀測(cè)”的方式,利用高倍望遠(yuǎn)鏡及長(zhǎng)焦相機(jī)進(jìn)行大范圍、遠(yuǎn)距離觀測(cè)。相較早期人力肉眼、蹲點(diǎn)觀察、定期查巢的方式,雖提升監(jiān)測(cè)及計(jì)數(shù)的準(zhǔn)確性,降低對(duì)鳥(niǎo)類的干擾,但需耗費(fèi)大量人力物力且對(duì)于監(jiān)測(cè)人員的工作技術(shù)要求較高,除了需要具備基礎(chǔ)分類學(xué)知識(shí),還需要具備拍攝技巧,且做好長(zhǎng)期規(guī)劃能夠堅(jiān)持此項(xiàng)工作。因此,早期監(jiān)測(cè)方式在保證監(jiān)測(cè)工作的完整性、連續(xù)性、準(zhǔn)確性方面具有一定難度。

        隨著大數(shù)據(jù)分析技術(shù)及AI技術(shù)的發(fā)展,特別是視頻圖像識(shí)別技術(shù)的進(jìn)步,為搭建AI智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)輔助調(diào)查鳥(niǎo)類多樣性提供技術(shù)支持,創(chuàng)新鳥(niǎo)類動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)及鳥(niǎo)類多樣性調(diào)查手段(圖1)。

        AI鳥(niǎo)類智慧監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由智能識(shí)別軟件及硬件監(jiān)測(cè)設(shè)備所構(gòu)成,前端設(shè)備主要負(fù)責(zé)捕捉監(jiān)測(cè)范圍內(nèi)鳥(niǎo)類的音像材料,進(jìn)而通過(guò)邊緣設(shè)備或側(cè)端設(shè)備進(jìn)行智能分析,得出鳥(niǎo)類種類、數(shù)量、位置等信息,或者傳輸至云端利用計(jì)算機(jī)智能設(shè)備進(jìn)行分析,將所得結(jié)果及傳輸數(shù)據(jù)保存在云端服務(wù)器中,為智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)后續(xù)統(tǒng)計(jì)分析工作提供數(shù)據(jù)支持。

        系統(tǒng)前端設(shè)備主要包含鳥(niǎo)類監(jiān)測(cè)專業(yè)聲音設(shè)備及攝像機(jī)等[ 4 ]。鳥(niǎo)類監(jiān)測(cè)專業(yè)攝像機(jī)主要負(fù)責(zé)視頻監(jiān)控及鳥(niǎo)類拍攝,并將捕獲的視頻或圖片上傳至AI識(shí)別服務(wù)器;鳥(niǎo)類監(jiān)測(cè)專業(yè)聲音設(shè)備將自動(dòng)偵測(cè)鳥(niǎo)鳴聲,并通過(guò)聲紋識(shí)別算法分析物種。除此之外,亦可以人工上報(bào)利用手機(jī)等移動(dòng)端拍照或錄制鳥(niǎo)類聲音進(jìn)行上傳識(shí)別(圖2)。

        鳥(niǎo)類AI識(shí)別服務(wù)器,能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)鳥(niǎo)類并具備高效分析處理功能,采用CPU+GPU異構(gòu)計(jì)算架構(gòu),鳥(niǎo)類識(shí)別算法模型,高速I(mǎi)O交換技術(shù)[ 5 ]。并接入實(shí)時(shí)監(jiān)控視頻流,根據(jù)采集的鳥(niǎo)類影像信息檢測(cè)鳥(niǎo)類特征進(jìn)行實(shí)時(shí)分析,此系統(tǒng)具有性能高、可靠性高且易維護(hù)的特點(diǎn)。

        鳥(niǎo)類智能監(jiān)測(cè)管理軟件的主要功能是系統(tǒng)化管理監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),并進(jìn)行多維度的統(tǒng)計(jì)分析。此監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)主要是憑借AI、地理信息系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)多構(gòu)建,系統(tǒng)具有視頻接入、管理圖片、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)管控、鳥(niǎo)類名單、分析統(tǒng)計(jì)等功能。

        鳥(niǎo)類智能識(shí)別算法是鳥(niǎo)類智慧監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的核心,算法主要包含對(duì)圖像、視頻及聲音的鳥(niǎo)類識(shí)別算法[ 6 ]。對(duì)于圖像、視頻識(shí)別算法,是通過(guò)精準(zhǔn)提取鳥(niǎo)類形態(tài)及特征構(gòu)建分類模型,進(jìn)而取得精準(zhǔn)的識(shí)別結(jié)果。在日常應(yīng)用中,應(yīng)結(jié)合鳥(niǎo)類形態(tài)學(xué)專業(yè)知識(shí),開(kāi)展規(guī)模較大的數(shù)據(jù)訓(xùn)練,進(jìn)而不斷提升算法模型在不同應(yīng)用場(chǎng)景下計(jì)算結(jié)果的精準(zhǔn)性及穩(wěn)定性。圖像、視頻鳥(niǎo)類識(shí)別算法比較適用在水面或濕地等環(huán)境較為開(kāi)闊的生態(tài)環(huán)境內(nèi)。對(duì)于森林、山林等遮擋比較嚴(yán)重,視野不太開(kāi)闊的環(huán)境內(nèi),只能收錄到鳥(niǎo)類的聲音信息,在此種環(huán)境下,可以使用鳥(niǎo)類聲音識(shí)別算法實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)調(diào)查鳥(niǎo)類。聲音識(shí)別算法是將帶有鳥(niǎo)類聲音的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析,得出頻譜特征及波形特征,實(shí)現(xiàn)鳥(niǎo)類叫聲的識(shí)別。首先,需開(kāi)展構(gòu)建波形特征提取工作,將聲音數(shù)據(jù)內(nèi)的音調(diào)、振幅等波形特征信息實(shí)現(xiàn)有效提取。然后,構(gòu)建特征融合機(jī)分類模塊,識(shí)別鳥(niǎo)類種類。在一些情況下,可以將圖像、視頻鳥(niǎo)類識(shí)別算法及聲音鳥(niǎo)類識(shí)別算法結(jié)合使用,將影像及聲音多模態(tài)融合提升識(shí)別結(jié)果的準(zhǔn)確性。

        應(yīng)用AI智能鳥(niǎo)類監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠監(jiān)測(cè)鳥(niǎo)類生存環(huán)境(圖3)。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)空氣質(zhì)量、土壤墑情、氣象氣候等環(huán)境數(shù)據(jù),能夠區(qū)域性評(píng)估并分析生態(tài)環(huán)境,進(jìn)而開(kāi)展人為整治,為鳥(niǎo)類等生物提供優(yōu)質(zhì)的生存環(huán)境。與此同時(shí)平臺(tái)將生存環(huán)境進(jìn)行分析,能夠分析鳥(niǎo)類遷徙、選址筑巢、繁殖等情況,進(jìn)一步了解鳥(niǎo)類生物多樣性。

        2 結(jié) 語(yǔ)

        綜上所述,開(kāi)展鳥(niǎo)類野外調(diào)查和監(jiān)測(cè)工作是保護(hù)鳥(niǎo)類的重點(diǎn)工作內(nèi)容,能夠全面了解鳥(niǎo)類資源現(xiàn)狀、種群動(dòng)態(tài)、變化趨勢(shì)等,為保護(hù)鳥(niǎo)類提供決策依據(jù)。松嫩平原鳥(niǎo)類種類豐富,是保護(hù)鳥(niǎo)類優(yōu)先區(qū)域。通過(guò)樣線法、樣點(diǎn)法、環(huán)志、紅外相機(jī)、衛(wèi)星追蹤、AI智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)調(diào)查并監(jiān)測(cè)野外鳥(niǎo)類,保證監(jiān)測(cè)工作的完整性、連續(xù)性、準(zhǔn)確性,提升鳥(niǎo)類監(jiān)測(cè)效率,創(chuàng)新鳥(niǎo)類調(diào)查及監(jiān)測(cè)手段,為科普宣傳保護(hù)生物多樣性提供技術(shù)、數(shù)據(jù)支撐,建設(shè)生態(tài)文明環(huán)境,促進(jìn)人與自然和諧共處。

        參考文獻(xiàn)

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        [2] 傅曉雪,? 王濤,? 胡宇軒,? 等.? 大熊貓國(guó)家公園綿陽(yáng)安州片區(qū)鳥(niǎo)類資源現(xiàn)狀及區(qū)系組成[J].? 綿陽(yáng)師范學(xué)院學(xué)報(bào), 2023, 42(2): 57 - 67.

        [3] 吳科毅,? 阮文達(dá),? 周棣鋒,? 等.? 基于音節(jié)聚類分析的被動(dòng)聲學(xué)監(jiān)測(cè)技術(shù)及其在鳥(niǎo)類監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用[J].? 生物多樣性, 2023, 31(1): 126 - 136.

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