生態(tài)中國網(wǎng) >  技術(shù) >  正文

精準(zhǔn)識別珍稀鳥類新方法

來源:中國綠色時報 時間:2024-08-05 10:08:30

字號

北京林業(yè)大學(xué)張軍國教授團(tuán)隊提出了一種新的鳥類識別方法,相關(guān)文章《基于TC-YOLO模型的北京珍稀鳥類識別方法》日前已在《生物多樣性》期刊發(fā)表。


北京市處于東亞-澳大利西亞候鳥遷徙通道,每年都有大量的候鳥遷徙途經(jīng)。據(jù)《北京市陸生野生動物名錄(2024)》,北京的野生鳥類達(dá)到了519種。


據(jù)了解,這一新的鳥類識別方法,具備優(yōu)越的識別和泛化性能,平均精度優(yōu)于以往方法,能夠有效識別背景復(fù)雜或外觀相似的鳥類圖像,可以為北京地區(qū)珍稀鳥類保護(hù)提供技術(shù)支撐, 也可以推廣到其他地區(qū)的鳥類監(jiān)測與識別,具有重要的實際應(yīng)用價值。鳥類識別方法研究項目得到國家自然科學(xué)基金、中央高校優(yōu)秀青年團(tuán)隊項目、北京市自然科學(xué)基金和國家林草局林業(yè)科技成果推廣計劃的支持。


近年來,國家對生物多樣性保護(hù)的重視程度不斷提高,出臺了一系列政策和措施,開展生物多樣性智慧監(jiān)測漸成潮流。對珍稀鳥類的深入調(diào)查,可以了解它們的生態(tài)習(xí)性、種群動態(tài)、分布范圍等情況,從而促進(jìn)珍稀鳥類的保護(hù),對維護(hù)當(dāng)?shù)厣锒鄻有跃哂兄匾饬x。如何能夠在不影響珍稀鳥類的情況下進(jìn)行監(jiān)測,是一項重大課題。


張軍國說,利用攝像頭監(jiān)測濕地鳥類,具有非侵入性、長時間連續(xù)監(jiān)測性、分辨率高、可遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)獲取、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)和多功能性等優(yōu)勢,為鳥類多樣性監(jiān)測提供強(qiáng)有力的技術(shù)支持。隨著該監(jiān)測方法的不斷普及,將積累大量的監(jiān)測圖像。如何高效地處理海量監(jiān)測圖像,準(zhǔn)確識別其中的鳥類信息,成為精準(zhǔn)評估鳥類多樣性的核心挑戰(zhàn)之一。


近年來,利用深度學(xué)習(xí)技術(shù)自動識別鳥類,成為鳥類調(diào)查保護(hù)的重要手段。由于實際鳥類圖像普遍存在復(fù)雜背景,以及相近科屬鳥類往往具有相似外觀等問題,導(dǎo)致深度學(xué)習(xí)模型識別容易出現(xiàn)漏檢和誤檢。這些因素共同推動了相關(guān)研究項目的立項,進(jìn)而促進(jìn)了珍稀鳥類保護(hù)和技術(shù)的進(jìn)步。


在完成這次濕地鳥類識別方法研究項目的過程中,張軍國團(tuán)隊遇到了許多困難。大家想辦法,反復(fù)嘗試,問題都加以解決了。


首先是濕地環(huán)境本身具有復(fù)雜性。這包括多變的氣候條件、復(fù)雜的植被覆蓋以及多樣的鳥類行為模式。在這些因素的共同作用下,對識別算法的適應(yīng)性提出了更高要求。


其次,鳥類種類繁多,部分種類間的形態(tài)十分相似,導(dǎo)致識別過程中的分類難度增加,需要研究團(tuán)隊具備深厚的鳥類學(xué)專業(yè)知識。


此外,樣本收集和標(biāo)注工作量大,且在野外環(huán)境中實現(xiàn)數(shù)據(jù)的均衡分布尤為困難。這直接影響了深度學(xué)習(xí)模型的訓(xùn)練效果和泛化能力。這些困難要求研究團(tuán)隊不僅要有跨學(xué)科的協(xié)作精神,還要具備解決實際問題的能力。


在研究中,為了應(yīng)對跨學(xué)科知識整合以及模型訓(xùn)練和優(yōu)化的復(fù)雜性挑戰(zhàn),團(tuán)隊與鳥類生態(tài)學(xué)專家密切合作,融合各學(xué)科的知識和經(jīng)驗,利用高性能計算設(shè)備和先進(jìn)的深度學(xué)習(xí)方法來優(yōu)化模型。為解決鳥類圖像數(shù)據(jù)標(biāo)注中類別不確定的問題,研究團(tuán)隊特別邀請了鳥類學(xué)專家進(jìn)行專業(yè)指導(dǎo)。在此基礎(chǔ)上,研究團(tuán)隊提出了一種創(chuàng)新方法,以克服背景復(fù)雜對鳥類檢測準(zhǔn)確性的影響。


針對鳥類外觀相似性所導(dǎo)致的誤檢問題,研究團(tuán)隊采取了將定位與分類任務(wù)解耦的策略:利用多級特征信息精確定位鳥類目標(biāo),同時結(jié)合底層的紋理細(xì)節(jié)與高層的語義特征進(jìn)行物種分類。這一策略顯著提升了鳥類識別的準(zhǔn)確性。


辛勤地耕耘取得了豐碩的成果,在基于深度學(xué)習(xí)的鳥類物種識別方向,張軍國的課題組共有4項發(fā)明專利獲得授權(quán),還獲得了6項軟件著作權(quán)。


課題組結(jié)合研究,承擔(dān)本科生的實踐能力培養(yǎng)工作。先后指導(dǎo)了3項國家級和北京市級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目,帶領(lǐng)學(xué)生參加了多項創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽,獲得了顯著成績,在學(xué)校首屆“勉勵杯”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽和2024年“挑戰(zhàn)杯”首都大學(xué)生創(chuàng)業(yè)計劃競賽中均獲銅獎。學(xué)生研發(fā)的鳥類識別App,在第25屆中國機(jī)器人及人工智能大賽全國總決賽中獲得了三等獎。


通過社會實踐和公眾講座等形式,課題組積極向大眾科普鳥類保護(hù)的知識,提升了公眾對生物多樣性保護(hù)的認(rèn)知和興趣,增強(qiáng)了生態(tài)保護(hù)意識。


“通過這些努力,我們不僅在技術(shù)研發(fā)上取得了突破,在培養(yǎng)科研人才和提高社會公眾的生態(tài)保護(hù)意識方面也取得了顯著進(jìn)展?!睆堒妵f。


說起未來的打算,張軍國說:“我們課題組前期在基于深度學(xué)習(xí)的鳥鳴聲識別方面也已經(jīng)積累了一定的研究成果。隨著對北京地區(qū)珍稀鳥類圖像識別工作的開展,未來我們將結(jié)合珍稀鳥類的鳴聲或地理信息開展多模態(tài)鳥類識別,綜合分析不同鳥種的圖像和聲音特征,并且結(jié)合特定地域的鳥種信息,以便更加準(zhǔn)確地識別珍稀鳥類?!?br style="margin: 0px; padding: 0px;"/>


張軍國表示,他們的研究將拓展到生態(tài)監(jiān)測和保護(hù)的其他領(lǐng)域,從而為生物多樣性的監(jiān)測和保護(hù)提供更加全面和深入的技術(shù)支持。這些綜合性的研究工作,不僅能夠提升生物多樣性保護(hù)的效率和效果,也將為相關(guān)領(lǐng)域的科學(xué)研究和技術(shù)發(fā)展開辟新的方向。

*本作品如有侵權(quán),請聯(lián)系我們及時刪除。
關(guān)閉