“西伯利亚银鸥、苍鹭和白琵鹭同框还是比较难得的，说明这一区域的鸟类多样性较好。”近日，北京市沙河水库AI（人工智能）监测站点投用第一天，就识别到了50种鸟类。这让北京市水务局水质水生态监测中心的工作人员很兴奋。

　　这套“河湖鸟类AI智能识别监测装备”被誉为“河湖精灵监测眼”，2022年曾在官厅水库监测到国家一级保护动物黑脸琵鹭的踪迹。今年，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“鸟鸣识别”功能。

　　2022年，北京市水务部门将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。AI智能识别自动监测装备配置有超高清摄像头、鸟鸣声四向拾音器、终端计算机等硬件系统，不仅能确保数据无死角传输，还能适应没有市电、没有光纤的野外环境，经测试在阴雨条件下可连续运行至少96个小时。

　　“截至2022年年底，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1.8万张，识别并记录的河湖鸟类近40种。”北京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、绿头鸭等，也包括部分珍稀鸟类或北京地区出现较少的鸟类，如黑脸琵鹭、黑鹳、牛背鹭等。

　　“今年，密云水库不老屯鸟岛、官厅水库野鸭湖、永定河卢沟桥等区域已有新的AI监测站点‘入驻’。”杨蓉说，今年水务系统选择鸟类聚集、繁衍、迁徙的区域，计划在全市范围内再建设12处监测站点，包括11处固定站点以及1处移动站点。

　　“固定站点设备监测稳定连贯，但同时也存在着监测区域局限、对象单一等弊端，移动站点能有效规避这些问题。”杨蓉说，下一步移动站点将被充分利用在季节性鸟类迁徙通道等多场景监测中。

　　今年，北京水质水生态监测中心为河湖鸟类AI智能识别监测装备添加了“鸟鸣识别”功能，即通过采集鸟鸣声准确判断鸟的种类。

　　“鸟鸣声也同千差万别的人声一样，具有高度差异化的特质。”杨蓉说，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，更适合鸟类信息采集工作。

　　实现鸟类鸣声识别的第一步，就是建立本地区鸟鸣信息数据库，为声音识别系统建模。技术人员从鸟类公开数据集中下载了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，与数据库比对。

　　“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，能在识别前消除常见的环境噪声。”杨蓉说，“初步试用证明，鸟鸣识别对一些鸣声高亢、单一叫声的鸟类识别准确率非常理想。”

　　“遇到没有预存在数据库的鸟鸣，系统会对信息进行保存、检测和裁剪，经过专业人员确认后，作为新的样本扩充进数据库。”杨蓉说，他们将在数据充足、技术成熟的基础上，推动鸟鸣与图像的复合识别，提高监测的效率及准确度。

　　目前，AI技术在北京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，大家比较容易想象，但在相对微观的浮游生物监测方面，AI技术可以发挥的效能非常惊人。”杨蓉介绍，过去水务部门针对浮游植物的监测主要依靠人工镜检识别，需要在显微镜下识别藻包液样品中的浮游动植物种类、数量。

　　“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，人工镜检对技术人员的经验和知识储备要求极高，检验结果误差较大。

　　北京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……整个过程能在无人值守条件下完成，浮游生物种类、比例、密度等多指标可自动分析和输出。

　　“利用AI技术，现在每天能做100多个样品，极大地提高了准确性和效率。”杨蓉说，AI智能等新技术的全面深化应用，正迅速成为首都水文向智慧化挺进的强力助推，为首都水务现代化发展提供了全面系统、及时准确、高效安全的有力支撑。

　　来源：中国水利报 2023年4月19日