探访黄河三角洲东方白鹳之乡,AI如何助力候鸟保护?


发布日期:2024-01-23 04:26    点击次数:200

5月下旬,黄河三角洲自然保护区内水草丰茂,聚集于此的鸟儿忙着育儿、觅食、休憩,一望无际的湿地景观令来自都市的人们暂时忘记了日常喧嚣,沉浸到独特的湿地生态群落氛围之中。

小心翼翼地走到路边一处东方白鹳观测点,远远地观察一根根高压电线杆上东方白鹳用树枝搭建的巢。平缓湿地上矗立的高杆,被这种气质不凡的珍稀鸟类用来替代高大乔木,作为繁衍后代的家的牢固基座。东方白鹳鸟巢宽度最大可达2米,成鸟站在巢旁眺望,从容不凡,有些巢内的幼鸟也会站起来张望,离巢翱翔的日子不远了。摄影师在草丛中架好机器,专注拍摄珍贵的影像,突然,一只东方白鹳展翅起飞,时而加速高飞,时而向低处滑翔,摄影师一阵阵克制的惊叹。

远远地观察一根根高压电线杆上东方白鹳用树枝搭建的巢。摄影记者/任玉明 张健

东方白鹳是国家一级保护动物,习惯涉水觅食,捕食小鱼、蛙类和昆虫。2月到7月,它们集群到黄河三角洲繁育后代。在这片辽阔的鸟类家园,数百万只鸟的栖息地,候鸟在大洲大洋间不断迁徙的澎湃生命故事,在那一瞬间呈现在东方白鹳的飞羽间,引人思考如何与鸟类、与自然和谐相处。六五环境日到来之际,这份思考对于普通市民和游客而言弥足珍贵,对单凯和他的同事们而言,则意味着坚守和创新的责任。

“2003年,第一次记录到一对东方白鹳在我们这里繁殖,当时没有经验,近距离观察把它们给干扰了。”山东黄河三角洲国家级自然保护区管理委员会正高级工程师单凯1997年到保护区工作,他向第一财经回忆起东方白鹳初到保护区的情形,以及当年的教训。2005年,终于又有两对东方白鹳到来,单凯和同事采取了规范而严格的保护措施,“那两对繁殖了7只雏鸟。仅2022年,黄河三角洲国家级自然保护区就记录到152对东方白鹳繁殖成功,是东方白鹳在中国最大的自然繁殖地,保护区共记录东方白鹳累计繁殖超过2000只,所以也被称为中国东方白鹳之乡。”作为黄河三角洲自然保护区成为东方白鹳之乡的全程亲历者,单凯言语间满是自豪。

单凯。摄影记者/任玉明 张健

2018年,东营市观鸟协会提出将东方白鹳作为东营市市鸟的倡议,这一倡议最终被采纳。在东营市垦利区溢洪河生态湿地此起彼伏的鸟鸣声中,协会会长郭建三微笑着回忆起往事,他告诉第一财经,“据观测,今年东方白鹳在保护区以外的繁殖数量有望达到100巢。观鸟协会要发挥民间组织的独特作用,联合电力等部门,更好地保护东方白鹳。”

1997年到保护区工作后,单凯一直从事鸟类的保护和科研工作,东方白鹳种群不断增大,他总结了两个原因。“第一是湿地保护成效体现,特别是2003年以后,保护区陆续开展了多项湿地修复工程,湿地面积和质量明显提升,这是最基本的原因。第二,我们采取了严格的保护措施,特别是在东方白鹳的繁殖季节,严禁人为干扰,给了东方白鹳安全的环境。”

保护区内东方白鹳的密度很高,第一财经记者在现场看到,电线杆上几乎都有“房客”。电线杆不够用,保护区就建起人工巢架,“立一根水泥杆,在上面搭建人工巢基座,吸引东方白鹳筑巢繁殖。”据单凯介绍,现在保护区内监测到的利用人工巢架繁殖的东方白鹳有42对,说明这一措施取得了较为显著的效果。

保护区内东方白鹳的密度很高,电线杆上几乎都有“房客”。摄影记者/任玉明 张健

候鸟保护是一项系统工程,高新科技如何助力保护与科研?作为黄河三角洲自然保护区的“明星”鸟类、东营市的市鸟,东方白鹳活动范围大,白天和晚上活动习惯也不同,仅靠人工监测记录,难度非常大。“如果利用高科技的力量,实施24小时不间断监控,把东方白鹳的繁殖全过程记录下来,对我们采取相应的措施还是非常有帮助的。”单凯说。

2022年,华为TECH4ALL数字包容项目团队来到黄河三角洲自然保护区,通过“感知+5G+边缘AI+华为云”的技术解决方案,助力保护区进行物种智能识别、数据统计、智慧分析、实时监控,为科研、监测、保护等提供了创新方法。高科技的参与,让东方白鹳、黑嘴鸥等珍稀鸟类的保护工作有了更乐观的前景。

六五环境日到来前,第一财经采访拍摄团队探访黄河三角洲自然保护区,现场了解保护区的鸟类生存状态、互花米草治理、科普教育以及运用科技手段开展保护与科研等情况。

高科技助力候鸟保护

黄河三角洲国家级自然保护区位于山东省东营市黄河入海口,面积达15.3万公顷。黄河携带的大量泥沙沉积,世界上最年轻的湿地由此诞生并不断拓展。自然保护区以保护河口湿地生态系统和珍稀濒危鸟类为主要目标,每年迁徙、栖息的数百余万只鸟,是这片湿地的过客,却也是主人。正在申报世界自然遗产的中国黄(渤)海候鸟栖息地项目,黄河三角洲自然保护区即为提名地之一。

全球9条鸟类迁徙路线中,黄河口跨越东亚-澳大利西亚和环西太平洋两条线路,是候鸟重要的迁徙中转站、越冬地和繁殖地。据统计,黄河口自然保护区有鸟类373种,其中国家一级保护鸟类26种,国家二级保护鸟类65种,占中国重点保护鸟类的24%,有38种超过全球或鸟类迁徙路线上的1%数量,列入国际重要湿地名录。

黄河口跨越东亚-澳大利西亚和环西太平洋两条线路,是候鸟重要的迁徙中转站、越冬地和繁殖地。。摄影记者/任玉明 张健

目前世界上有15种鹤,其中亚洲有9种,黄河三角洲自然保护区内就有丹顶鹤、白鹤等7种,是世界上鹤种类最为丰富的地区。这里的东方白鹳繁殖种群近200对,是中国最大的东方白鹳繁殖地,被中国野生动物保护协会授予“中国东方白鹳之乡”称号;黑嘴鸥繁殖种群超过1万只,是世界三大黑嘴鸥繁殖地之一,也是“中国黑嘴鸥之乡”。

保护区范围之外,也有越来越多的鸟类家园。溢洪河生态湿地就是东营市观鸟协会近两年发现的位于城市生活污水处理厂区域的“生态宝地”,5月底,有40多种鸟类在这块湿地栖息繁衍,水中小岛裸露的泥滩上遍布鸟巢,能看到反嘴鹬、黑翅长脚鹬、普通燕鸥,以及斑嘴鸭、绿头鸭、凤头䴙䴘、小䴙䴘等鸟类,鹭鸟种类也很多。生态环境越来越好,鸟类的生存空间也逐步拓展。“人鸟共家园是一个很美好的境界。大家经常说鸟语花香,鸟语靠的是大环境,只有大环境好了,鸟类才会到你身边,与鸟相伴,生活的美好的境界,大家都可以理解。”郭建三说。

候鸟的种类和数量,以及觅食、繁殖等活动情况,都是鸟类监测调查的内容,也是湿地保护领域的重要数据信息。此前,保护区内数量巨大的鸟类都是被专业人员一只只“数”出来的。想要数清楚,需要长期积累的专业能力、多种野外观察方法与科学的计算。如果能将监测识别鸟类的工作交给计算机来做,利用大数据和AI解放鸟类监测工作,鸟类保护与科研将得到大幅推进。第一财经记者现场探访发现,在黄河三角洲自然保护区的水鸟保护及栖息地调查工作中,人工智能等科技手段已经成为不可或缺的力量。

此前,保护区内数量巨大的鸟类都是被专业人员一只只“数”出来的。摄影记者/任玉明 张健

近几年,保护区运用互联网、大数据、物联网、遥感、雷达、无人机等科技手段,建设起“天空地一体化”的监测网络,打造全方位的保护区监管体系。2022年,华为TECH4ALL数字包容团队与保护区的合作让这一体系再进一步。

在黄河三角洲生态监测中心的大屏幕上,第一财经记者看到实时监控记录的鸟类活动场景。在黑嘴鸥亲鸟呵护下活动觅食的雏鸟,看起来还有些笨拙,尤其可爱。现场工作人员介绍说,以前靠传统人工方法发现和记录这些场景很难,有了TECH4ALL项目, 收集、处理这些信息非常方便。工作人员调出此前拍摄的东方白鹳孵化幼鸟和集群觅食的画面,以及从2003年到去年在保护区繁殖的幼鸟数量图标,可视化信息呈现迅速而精确。

AI如何识别鸟类?

“目前信息化技术已经比较成熟,我们想这些技术是不是可以应用在鸟类保护领域,这是我们的需求,去跟华为谈,一拍即合。”单凯表示,TECH4ALL生物多样性监测项目是华为无偿提供给黄河三角洲保护区的公益项目,目前运行稳定。

TECH4ALL数字包容项目由多方合作共同推进而来。作为项目合作方之一,创视智能科技(南京)有限公司执行董事魏标告诉第一财经,“我们公司从2017年开始做生物多样性监测,而华为有强大的数字赋能的能力,我们结合保护区的需求,提供基于生物的AI识别,于是启动了这个项目。”

魏标。摄影记者/任玉明 张健

谈及参与生物多样性保护监测项目的经历,魏标感慨,以前“数鸟”是非常艰苦的工作,他特别钦佩单凯这样长年坚守的科研工作者,“用AI技术加上动态分析,很好地减轻了科研人员的野外工作量,让他们在办公室就能完成原来必须在野外做的工作,对他们的帮助应该是很大的。”

2022年上半年,项目组经过多次沟通与考察确认了保护区的需求。“去年7月份立项,8月基本确认了整套实施方案的细节,采用了华为的摄像头,高变倍低光照,能很好地捕捉到鸟类(影像数据)。9月开始实施,10月平台上线,效率还是很高的,是全国范围内第一个能在这么短时间内立项并上线的平台。”

魏标告诉第一财经,TECH4ALL数字包容项目充分利用了5G传输技术,结合回传数据搭建起生物多样性监测平台。“可以提取有效数据,转化成相应的图表,从而快速支撑保护区的工作。”魏标说,通过TECH4ALL平台,“可以看到鸟类数据已经有了明显递增,现在我们识别到各种鸟类25000余次”。

从体长可达128厘米的东方白鹳,到30多厘米长的黑嘴鸥,鸟类形体差异极大。智能识别充分利用AI的多尺寸识别技术,“既可以捕捉到非常小像素的画面内容,也可以捕捉1080P及以上像素的鸟类成像,进而加以AI分析。多尺寸识别是我们公司的核心技术”。魏标解读智能识别与数据统计的难题与解决方案。

“我们依靠AI神经网络算法和深度学习技术的融合,在保护区各位专家对鸟类识别技术的指导下,通过不断迭代优化,大概用半年的时间把鸟类识别的精准度从原来的60%多提升到90%多,得到保护区认可,他们把项目成果也用在一些科研工作的数据支撑上。”魏标表示,通过AI监测,能识别到保护区东方白鹳“什么时候开始有数据,什么时候又没有数据,实际上能反映出东方白鹳在整个迁徙过程中的种群状态,这是在东方白鹳保护上的一个应用。”

展望技术与系统的发展趋势,魏标说,AI的发展需要大量数据沉淀、数据应用,它在鸟类监测中的应用发展也是如此。“我们现在也在做大的模型,它可以分辨现有数据库里的鸟类,也可以像人的大脑一样去思考,就是知道这是鸟,但是不一定能叫上名字,AI的发展也会是这样的过程。”

用AI技术加上动态分析,很好地减轻了科研人员的野外工作量。摄影记者/任玉明 张健

与人的认知过程类似,AI也将在鸟类识别领域经历由点到线再到面的认知过程。“AI需要感知更大的区域,才能得到更全面的结论。比方说在我们现有的点位,大概能知道这个点位鸟类的习性,假如各个点位能穿成一条线,就能知道整个保护区鸟类种群的变化,假如能覆盖全国,就能知道全国种群的变化。鸟类种群的变化,是反映生态环境变化的最直观的指标之一。”魏标的解读围绕专业展开,道出科技助力生物多样性保护的路径和目标。

生物多样性识别技术的成熟,也蕴藏着商业潜力,“当AI感知能力能满足科研、机场、养殖等领域对数据要求的时候,商业价值是蛮大的,比方说机场,可以从原来的驱赶鸟转变到保护鸟。”魏标表示,创视智能已经联合华为推出了端云识别方案,可以应用在相机里,快速感知机场等处的鸟群情况。“我们公司的专长是AI分析,华为的基础能力加上我们的AI能力,这个产品是非常完整、前沿的,又是全部国产化的,所以能迅速落地应用。”

数字包容助力可持续发展

单凯告诉第一财经,在保护区试点取得初步经验的基础上,希望鸟类识别、智慧监测的技术应用能向更大范围推广。“这个项目是用科技的力量来保护自然,也可以面向公众进行社会教育,在很多领域都能发挥作用”。

除了黄河三角洲自然保护区以鸟类为主的生物多样性监测项目,创视智能与华为还合作完成了2021年北京市生物多样性监测项目,“使用华为的ModelArs架构,为北京市的生态环境监测提供了最底层的数据支撑”。此外,在海南的一座海岛,双方还合作完成了绿海龟监测保护项目,“利用绿海龟夜间上岸、趋光的习性,使用华为夜间全彩相机和我们的AI技术,只要海龟夜间上岸,我们都能监测保护,使海龟的产卵数量提高,项目已经得到了保护区的认可”。

生物多样性保护是华为数字包容战略的重点方向之一。4年前,华为提出数字包容战略和倡议,“希望用数字技术助力联合国可持续发展目标的实现”。华为中国战略市场部品牌部部长周建国告诉第一财经,“我们重点关注森林、海洋、湿地这几个重要的场景,一方面它们的生物多样性非常丰富,同时也是降碳固碳的重要的阵地。”

周建国。摄影记者/任玉明 张健

他表示,在东营黄河三角洲自然保护区支持TECH4ALL生物多样性监测项目,初心是希望用华为相对比较擅长的数字技术,解决生物多样性保护的痛点,“比如数据采集,就可以通过摄像头取代传统的人力。我们在保护区现场看到的一些场景和展示,表明保护模式正在向数字化、智能化的方向演进。”

周建国希望以黄河三角洲自然保护区项目为示范,让更多自然保护区和国家公园的保护工作走向数字化、智能化。他认为,生物多样性监测还处于起步阶段,目前数据量偏小,缺乏标准和顶层设计。“我们希望各方包括政府、行业、企业能够共同推动标准化,建立起统一的规范。”

近年来,华为也参与了欧洲、南美洲和东南亚地区的多个生物多样性保护项目,“比如说热带雨林的保护、北欧稀有物种的保护等,在生态保护领域,全球都在共同发力。对我们来说,对生态文明建设的认知会越来越深,会把它提到一个非常重要的位置。”周建国认为,在这一领域,中国有自己的独特优势,就是在数字技术领域包括数字基础设施的建设和创新上面,目前走在全球前列。“随着我们在数字技术、数字基础设施上持续引领全球产业的发展,有希望把它们和生态文明建设、生态保护、生物多样性保护高度结合起来,这将进一步推动我们走在更前面,能够引领全球这一领域的发展。”

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李刚

任玉明

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环保生态可持续华为

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