簡析鳥類的野外調(diào)查和監(jiān)測技術(shù)

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，變化趨勢不清將影響保護(hù)和管理工作的有效開展。鳥類對(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)的鳥類種群密度。研究應(yīng)用AI鳥類智慧監(jiān)測識(shí)別系統(tǒng)獲取鳥類種類、數(shù)量信息，并監(jiān)測氣候環(huán)境等數(shù)據(jù)，從而評(píng)估生態(tài)環(huán)境，為鳥類等生物提供優(yōu)質(zhì)的生存環(huán)境。通過有效手段探析鳥類生存狀態(tài)，為優(yōu)化、整治生物生存環(huán)境提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：? 鳥類；? 野外調(diào)查；? 監(jiān)測技術(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)3.68萬平方公里，涵蓋25個(gè)縣區(qū)及8個(gè)國家級(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)，平原鳥類有265種，其中8種為國家一級(jí)保護(hù)動(dòng)物，30多種為國家二級(jí)保護(hù)動(dòng)物。松嫩平原有《中日候鳥保護(hù)協(xié)定》所列出的227種鳥類中的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，常見鳥類有喜鵲、普通 、麻雀、松雀等，這些鳥類抗寒能力較強(qiáng)，本文將圍繞松嫩平原冬季鳥類多樣性分布格局，探究鳥類野外調(diào)查和監(jiān)測技術(shù)。

1 野外鳥類調(diào)查和監(jiān)測技術(shù)

1. 1 樣線法

種群密度是在特定地區(qū)內(nèi)開展絕對(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)查鳥類時(shí)需滿足以下條件：（1）鳥類不會(huì)受調(diào)查人員的影響進(jìn)出樣帶。（2）樣帶內(nèi)的鳥類均能夠被及時(shí)發(fā)現(xiàn)并鑒別。（3）在記錄鳥類個(gè)體時(shí)不會(huì)出現(xiàn)遺漏或重復(fù)的情況。（4）準(zhǔn)確測量樣線至鳥類個(gè)體的距離。（5）每次鳥類樣線調(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：無距離樣線法、固定距離樣線法、可變距離樣線法。無距離樣線法不會(huì)設(shè)定樣帶寬度及鳥類個(gè)體至樣線的垂直距離。此方法只能將鳥類數(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，開闊地段普遍為50 m?？勺兙嚯x樣線法在固定距離樣線法的基礎(chǔ)上，記錄鳥類個(gè)體至樣線的垂直距離（x）或記錄鳥類個(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)算鳥類種群密度[ 3 ]。具體計(jì)算方式：

1. 2 AI鳥類智慧監(jiān)測識(shí)別系統(tǒng)

現(xiàn)階段，調(diào)查監(jiān)測鳥類多采用“人工+設(shè)備觀測”的方式，利用高倍望遠(yuǎn)鏡及長焦相機(jī)進(jìn)行大范圍、遠(yuǎn)距離觀測。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)測及計(jì)數(shù)的準(zhǔn)確性，降低對(duì)鳥類的干擾，但需耗費(fèi)大量人力物力且對(duì)于監(jiān)測人員的工作技術(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，且做好長期規(guī)劃能夠堅(jiān)持此項(xiàng)工作。因此，早期監(jiān)測方式在保證監(jiān)測工作的完整性、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)測系統(tǒng)輔助調(diào)查鳥類多樣性提供技術(shù)支持，創(chuàng)新鳥類動(dòng)態(tài)監(jiān)測及鳥類多樣性調(diào)查手段（圖1）。

AI鳥類智慧監(jiān)測系統(tǒng)主要由智能識(shí)別軟件及硬件監(jiān)測設(shè)備所構(gòu)成，前端設(shè)備主要負(fù)責(zé)捕捉監(jiān)測范圍內(nèi)鳥類的音像材料，進(jìn)而通過邊緣設(shè)備或側(cè)端設(shè)備進(jìn)行智能分析，得出鳥類種類、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)備主要包含鳥類監(jiān)測專業(yè)聲音設(shè)備及攝像機(jī)等[ 4 ]。鳥類監(jiān)測專業(yè)攝像機(jī)主要負(fù)責(zé)視頻監(jiān)控及鳥類拍攝，并將捕獲的視頻或圖片上傳至AI識(shí)別服務(wù)器；鳥類監(jiān)測專業(yè)聲音設(shè)備將自動(dòng)偵測鳥鳴聲，并通過聲紋識(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)端拍照或錄制鳥類聲音進(jìn)行上傳識(shí)別（圖2）。

鳥類AI識(shí)別服務(wù)器，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測鳥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)，鳥類識(shí)別算法模型，高速IO交換技術(shù)[ 5 ]。并接入實(shí)時(shí)監(jiān)控視頻流，根據(jù)采集的鳥類影像信息檢測鳥類特征進(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)。

鳥類智能監(jiān)測管理軟件的主要功能是系統(tǒng)化管理監(jiān)測數(shù)據(jù)，并進(jìn)行多維度的統(tǒng)計(jì)分析。此監(jiān)測管理系統(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)測管控、鳥類名單、分析統(tǒng)計(jì)等功能。

鳥類智能識(shí)別算法是鳥類智慧監(jiān)測系統(tǒng)的核心，算法主要包含對(duì)圖像、視頻及聲音的鳥類識(shí)別算法[ 6 ]。對(duì)于圖像、視頻識(shí)別算法，是通過精準(zhǔn)提取鳥類形態(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)合鳥類形態(tài)學(xué)專業(yè)知識(shí)，開展規(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)用場景下計(jì)算結(jié)果的精準(zhǔn)性及穩(wěn)定性。圖像、視頻鳥類識(shí)別算法比較適用在水面或濕地等環(huán)境較為開闊的生態(tài)環(huán)境內(nèi)。對(duì)于森林、山林等遮擋比較嚴(yán)重，視野不太開闊的環(huán)境內(nèi)，只能收錄到鳥類的聲音信息，在此種環(huán)境下，可以使用鳥類聲音識(shí)別算法實(shí)時(shí)監(jiān)測調(diào)查鳥類。聲音識(shí)別算法是將帶有鳥類聲音的數(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)鳥類叫聲的識(shí)別。首先，需開展構(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)別鳥類種類。在一些情況下，可以將圖像、視頻鳥類識(shí)別算法及聲音鳥類識(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智能鳥類監(jiān)測系統(tǒng)能夠監(jiān)測鳥類生存環(huán)境（圖3）。實(shí)時(shí)監(jiān)測空氣質(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)而開展人為整治，為鳥類等生物提供優(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，能夠分析鳥類遷徙、選址筑巢、繁殖等情況，進(jìn)一步了解鳥類生物多樣性。

2 結(jié) 語

綜上所述，開展鳥類野外調(diào)查和監(jiān)測工作是保護(hù)鳥類的重點(diǎn)工作內(nèi)容，能夠全面了解鳥類資源現(xiàn)狀、種群動(dòng)態(tài)、變化趨勢等，為保護(hù)鳥類提供決策依據(jù)。松嫩平原鳥類種類豐富，是保護(hù)鳥類優(yōu)先區(qū)域。通過樣線法、樣點(diǎn)法、環(huán)志、紅外相機(jī)、衛(wèi)星追蹤、AI智能監(jiān)測系統(tǒng)調(diào)查并監(jiān)測野外鳥類，保證監(jiān)測工作的完整性、連續(xù)性、準(zhǔn)確性，提升鳥類監(jiān)測效率，創(chuàng)新鳥類調(diào)查及監(jiān)測手段，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。

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