護鳥，有了鳥臉識別

史佳慶

2023年8月16日，9時54分，北京麋鹿生態實驗中心的智慧監測系統，自動識別出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，在黃河三角洲生態監測平臺的某處監控中有著這樣一幅畫面：5只黑嘴鷗正在水面小憩，平臺自動抓取并進行“鳥臉識別”，其種類和健康狀態實時展示在大屏幕上，并計入鳥類數量實時監測統計、納入本季度鳥類活動規律樣本。

黃河三角洲濕地是中國暖溫帶保存最完整、最廣闊、最年輕的濕地生態系統，是東亞-澳大利亞和環西太平洋鳥類遷徙的重要中轉站、越冬棲息地和繁殖地。根據山東黃河三角洲國家級自然保護區管理委員會官網公布的數據，黃河三角洲自然保護區的鳥類已由建區時的187種增加到373種，其中國家一級保護鳥類26種、國家二級保護鳥類65種。

近年來，快速發展的人工智能為鳥類多樣性監測帶來了新的可能。這種技術不僅成為輔助鳥類多樣性調查和動態監測的創新手段，也讓野生動物保護迎來了“智變”。

一只水鳥掠過洪澤湖水面，激起層層漣漪，濕地旁的光學監測裝置迅速采集到畫面，人工智能算法對比特征后，判斷該水鳥為白鷺，并在終端系統上記錄下時間和數據。

漫步在北京市翠湖國家城市濕地公園，市民們會不時地看到一隊隊威風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，是棲息在這個公園里的國家二級保護動物。

北京市海淀區濕地和野生動植物保護管理中心率先在北京翠湖國家城市濕地公園嘗試了鳥類人工智能識別系統。

除了鴻雁外，在翠湖的天鵝湖和荷花塘等四個點位還可監測到包括綠頭鴨、斑嘴鴨、蒼鷺、赤麻鴨等在內的鳥類共近千只。通過監測系統界面，管理人員可以隨時隨地查看翠湖內鳥類監測信息，提高管理效率。目前，這里觀測記錄到的鳥類達到299種之多。

“最初，鳥類的調查工作純靠人工監測，主要通過監測人員在野生動物比較密集的地方，采取一些措施進行物種登記，比如計數器、錄音筆、人工計數等。這些監測手段耗時耗力，監測效率和準確度也比較低，有一些比較危險的河灘和沼澤，監測人員進不去，就成了鳥類監測的盲區。”北京市海淀區濕地和野生動植物保護管理中心副主任劉穎杰告訴《瞭望東方周刊》記者。

鳥類人工智能識別系統上線后，工作人員可以在室內全天候進行鳥類監測工作。

“這種監測手段很先進，我們將其安裝在鳥類集中的地方，云臺式的攝像頭會定期掃視特定區域，把畫面傳到后臺，后臺服務器的程序會將其轉為數據，即鳥類數量。”劉穎杰表示，視頻監控覆蓋范圍更廣，監測效率、準確度和實施性得到了極大提升。

在江蘇省西部淮河下游，一只水鳥掠過洪澤湖水面，激起層層漣漪，濕地旁的光學監測裝置迅速采集到畫面，人工智能算法對比特征后，判斷該水鳥為白鷺，并在終端系統上記錄下時間和數據——這一系統是江蘇省環境科學研究院研發的鳥類人工智能識別系統，正逐步應用于全省生物多樣性本底調查中。

江蘇省環境科學研究院生態環境研究所研究員楊國棟表示，目前，在江蘇的鳥類通過系統基本都能準確識別。洪澤湖區域黑水雞數量眾多，以往都只能看到烏泱泱一片，并不知道具體數量，現在通過鳥類人工智能識別系統，工作人員能判斷出核心區域有七八萬只在活動。

在保護區或者濕地公園里，監測鳥類并非易事。

“因為鳥的種類多，相似度高，我們把鳥類識別作為驗證算法的一個手段。”中國科學院半導體研究所研究員鑒海防告訴《瞭望東方周刊》，他的團隊較早地將這項研究轉化為實際應用，基于人工智能、大數據、物聯網等新一代信息技術，構建出了鳥類人工智能識別系統，并率先在翠湖國家城市濕地公園進行了實踐驗證。

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

團隊成員王洪昌博士給出了答案：“我們會用兩種方法提升系統對相似鳥類區分的能力：一是收集更多的數據對模型進行訓練；二是與國內研究鳥類的專家合作，將他們的經驗和知識融合到算法中。”

他表示，很多鳥的外表差異并不明顯，研究者會結合它們的行為特征等進行多模態識別，比如普通鸕鶿和蒼鷺外觀上有幾分相似，對其進行識別時，系統會將它們的生活習性納入考慮：蒼鷺經常停棲在水邊“靜候捕食”，而普通鸕鶿喜歡在水中“游泳潛水”。

“我們通過不斷地把動物的知識融入系統中，讓數據和知識雙輪驅動。”王洪昌說。

據劉穎杰介紹，一開始，鳥類智能識別系統也就能識別十幾種鳥類。有時，游禽會被樹枝遮擋，有的水鳥會梳理羽毛、頭扎在水里覓食、把頭夾在翅膀下睡覺，這些千姿百態的行為給系統識別造成很大的困難。

但隨著算法的不斷學習，樣本數量不斷提升，候鳥的識別越來越精確。

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別系統，在紅嘴鷗到來的時候，該系統平均每天能監測到超過5000只紅嘴鷗，為保護區管理人員提供了大量觀測數據。

北京南海子麋鹿苑也引入了鳥類人工智能識別系統，開展苑內小保護區的鳥類多樣性監測。據悉，系統會將監測到的鳥類品種和數量等數據以日報、周報、月報的形式發送到科研人員郵箱。與傳統的監測方式相比，其效率、準確度、實時性都得到了極大的提升。

初冬時節，大群東方白鸛在黃河三角洲濕地內棲息覓食（楊斌/ 攝）

在各地濕地公園的水鳥保護及棲息地調查工作中，鳥類人工智能識別系統被廣泛應用。

鑒海防表示，目前，鳥類人工智能識別系統已突破復雜場景下的動態多目標監測、識別、追蹤、分析等系列軟硬件一體化技術，能完成對鳥類數量、種類的識別，還具有統計分析功能。

劉穎杰列舉了該系統的四個優勢：首先，該監測系統是實時化的。研究者要察看某區域擁有多少只鳥，通過后臺查看數據，便可一清二楚。

其次，該監測系統能夠達到90%以上的準確度。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。

第三，該監測系統是全天候的，相較于人工計數，該系統受自然條件影響小，對人力的依賴度低，攝像探頭不怕風吹日曬，只要設定好時間，隨時都能記錄當時的情況。

第四，該監測系統可以快速分析某鳥類在該區域的變化曲線，比如綠頭鴨的繁殖季是什么時間，在氣溫最高的時候是什么狀態，在雨季又是什么狀態……這種快速精準觀察是人工遠遠不能達到的。

“技術正在不斷進步。” 劉穎杰稱，未來的技術將不僅僅是通過攝像頭捕捉鳥類的畫面和聲音來識別物種，還包括分析鳥類的糞便和使用更高級的遙感技術等。

“未來，人工智能識別系統除了可以監測鳥類外，還可以應用到其他動物，比如雪豹、金絲猴、麋鹿等。”王洪昌表示，更多動物的識別尚存在挑戰，屆時需要對系統進行針對性訓練。

“比如數據層面的挑戰，有些動物比較稀有，很難采集到足夠的訓練數據讓人工智能算法來學習；又比如算法本身的挑戰，不同動物的關鍵特征不一樣，需要針對性優化算法結構。”王洪昌說。

就此，鑒海防表示，人工智能識別系統有助于人們實時了解生態系統狀況、評估生物多樣性的情況、發現瀕危物種和生態環境變化，從而制定相應措施，更好地開展物種保護。

（本刊實習生傅熙雯對此文有貢獻）