护鸟，有了鸟脸识别

史佳庆

2023年8月16日，9时54分，北京麋鹿生态实验中心的智慧监测系统，自动识别出6只鸿雁和1只东方白鹳在草地上觅食，另外1 只苍鹭正在水边嬉戏

近日，在黄河三角洲生态监测平台的某处监控中有着这样一幅画面：5只黑嘴鸥正在水面小憩，平台自动抓取并进行“鸟脸识别”，其种类和健康状态实时展示在大屏幕上，并计入鸟类数量实时监测统计、纳入本季度鸟类活动规律样本。

黄河三角洲湿地是中国暖温带保存最完整、最广阔、最年轻的湿地生态系统，是东亚-澳大利亚和环西太平洋鸟类迁徙的重要中转站、越冬栖息地和繁殖地。根据山东黄河三角洲国家级自然保护区管理委员会官网公布的数据，黄河三角洲自然保护区的鸟类已由建区时的187种增加到373种，其中国家一级保护鸟类26种、国家二级保护鸟类65种。

近年来，快速发展的人工智能为鸟类多样性监测带来了新的可能。这种技术不仅成为辅助鸟类多样性调查和动态监测的创新手段，也让野生动物保护迎来了“智变”。

一只水鸟掠过洪泽湖水面，激起层层涟漪，湿地旁的光学监测装置迅速采集到画面，人工智能算法对比特征后，判断该水鸟为白鹭，并在终端系统上记录下时间和数据。

漫步在北京市翠湖国家城市湿地公园，市民们会不时地看到一队队威风凛凛的鸿雁悠然自得地在小径上漫步。这些羽毛灰白相间、腹部雪白、体型丰满的大鸟，是栖息在这个公园里的国家二级保护动物。

北京市海淀区湿地和野生动植物保护管理中心率先在北京翠湖国家城市湿地公园尝试了鸟类人工智能识别系统。

除了鸿雁外，在翠湖的天鹅湖和荷花塘等四个点位还可监测到包括绿头鸭、斑嘴鸭、苍鹭、赤麻鸭等在内的鸟类共近千只。通过监测系统界面，管理人员可以随时随地查看翠湖内鸟类监测信息，提高管理效率。目前，这里观测记录到的鸟类达到299种之多。

“最初，鸟类的调查工作纯靠人工监测，主要通过监测人员在野生动物比较密集的地方，采取一些措施进行物种登记，比如计数器、录音笔、人工计数等。这些监测手段耗时耗力，监测效率和准确度也比较低，有一些比较危险的河滩和沼泽，监测人员进不去，就成了鸟类监测的盲区。”北京市海淀区湿地和野生动植物保护管理中心副主任刘颖杰告诉《瞭望东方周刊》记者。

鸟类人工智能识别系统上线后，工作人员可以在室内全天候进行鸟类监测工作。

“这种监测手段很先进，我们将其安装在鸟类集中的地方，云台式的摄像头会定期扫视特定区域，把画面传到后台，后台服务器的程序会将其转为数据，即鸟类数量。”刘颖杰表示，视频监控覆盖范围更广，监测效率、准确度和实施性得到了极大提升。

在江苏省西部淮河下游，一只水鸟掠过洪泽湖水面，激起层层涟漪，湿地旁的光学监测装置迅速采集到画面，人工智能算法对比特征后，判断该水鸟为白鹭，并在终端系统上记录下时间和数据——这一系统是江苏省环境科学研究院研发的鸟类人工智能识别系统，正逐步应用于全省生物多样性本底调查中。

江苏省环境科学研究院生态环境研究所研究员杨国栋表示，目前，在江苏的鸟类通过系统基本都能准确识别。洪泽湖区域黑水鸡数量众多，以往都只能看到乌泱泱一片，并不知道具体数量，现在通过鸟类人工智能识别系统，工作人员能判断出核心区域有七八万只在活动。

在保护区或者湿地公园里，监测鸟类并非易事。

“因为鸟的种类多，相似度高，我们把鸟类识别作为验证算法的一个手段。”中国科学院半导体研究所研究员鉴海防告诉《瞭望东方周刊》，他的团队较早地将这项研究转化为实际应用，基于人工智能、大数据、物联网等新一代信息技术，构建出了鸟类人工智能识别系统，并率先在翠湖国家城市湿地公园进行了实践验证。

中国鸟类超过1400种，北京野生鸟类已达到503种之多。一些鸟外观相似，如何通过人工智能将它们一一分清？

团队成员王洪昌博士给出了答案：“我们会用两种方法提升系统对相似鸟类区分的能力：一是收集更多的数据对模型进行训练；二是与国内研究鸟类的专家合作，将他们的经验和知识融合到算法中。”

他表示，很多鸟的外表差异并不明显，研究者会结合它们的行为特征等进行多模态识别，比如普通鸬鹚和苍鹭外观上有几分相似，对其进行识别时，系统会将它们的生活习性纳入考虑：苍鹭经常停栖在水边“静候捕食”，而普通鸬鹚喜欢在水中“游泳潜水”。

“我们通过不断地把动物的知識融入系统中，让数据和知识双轮驱动。”王洪昌说。

据刘颖杰介绍，一开始，鸟类智能识别系统也就能识别十几种鸟类。有时，游禽会被树枝遮挡，有的水鸟会梳理羽毛、头扎在水里觅食、把头夹在翅膀下睡觉，这些千姿百态的行为给系统识别造成很大的困难。

但随着算法的不断学习，样本数量不断提升，候鸟的识别越来越精确。

2022年9月，昆明滇池高原湖泊研究院在大泊口部署了鸟类人工智能识别系统，在红嘴鸥到来的时候，该系统平均每天能监测到超过5000只红嘴鸥，为保护区管理人员提供了大量观测数据。

北京南海子麋鹿苑也引入了鸟类人工智能识别系统，开展苑内小保护区的鸟类多样性监测。据悉，系统会将监测到的鸟类品种和数量等数据以日报、周报、月报的形式发送到科研人员邮箱。与传统的监测方式相比，其效率、准确度、实时性都得到了极大的提升。

初冬时节，大群东方白鹳在黄河三角洲湿地内栖息觅食（杨斌/ 摄）

在各地湿地公园的水鸟保护及栖息地调查工作中，鸟类人工智能识别系统被广泛应用。

鉴海防表示，目前，鸟类人工智能识别系统已突破复杂场景下的动态多目标监测、识别、追踪、分析等系列软硬件一体化技术，能完成对鸟类数量、种类的识别，还具有统计分析功能。

刘颖杰列举了该系统的四个优势：首先，该监测系统是实时化的。研究者要察看某区域拥有多少只鸟，通过后台查看数据，便可一清二楚。

其次，该监测系统能够达到90%以上的准确度。比如，有一些水鸟的雌雄差别不大，较难分辨，但是人工智能可以轻而易举地分辨出来。

第三，该监测系统是全天候的，相较于人工计数，该系统受自然条件影响小，对人力的依赖度低，摄像探头不怕风吹日晒，只要设定好时间，随时都能记录当时的情况。

第四，该监测系统可以快速分析某鸟类在该区域的变化曲线，比如绿头鸭的繁殖季是什么时间，在气温最高的时候是什么状态，在雨季又是什么状态……这种快速精准观察是人工远远不能达到的。

“技术正在不断进步。” 刘颖杰称，未来的技术将不仅仅是通过摄像头捕捉鸟类的画面和声音来识别物种，还包括分析鸟类的粪便和使用更高级的遥感技术等。

“未来，人工智能识别系统除了可以监测鸟类外，还可以应用到其他动物，比如雪豹、金丝猴、麋鹿等。”王洪昌表示，更多动物的识别尚存在挑战，届时需要对系统进行针对性训练。

“比如数据层面的挑战，有些动物比较稀有，很难采集到足够的训练数据让人工智能算法来学习；又比如算法本身的挑战，不同动物的关键特征不一样，需要针对性优化算法结构。”王洪昌说。

就此，鉴海防表示，人工智能识别系统有助于人们实时了解生态系统状况、评估生物多样性的情况、发现濒危物种和生态环境变化，从而制定相应措施，更好地开展物种保护。

（本刊实习生傅熙雯对此文有贡献）