原标题：北京目前活跃的顺风耳鸟类约有503种，“顺风耳”公园听鸟鸣 一部相机、北京一只望远镜、目前鸣一本厚厚的活跃工具书，这是类约生物学家在开展野外物种调查时，离不开的有种“老三样”。而每次要完成调查，公园团队动辄要在野外待上数周甚至更久，听鸟风餐露宿的顺风耳辛苦自不必说。现在，北京中国科学院动物研究所工程师林聪田只需坐在办公室，目前鸣打开电脑，活跃就能实时掌握温榆河畔鸟类的类约活动情况。 他有一套收集声音的有种秘密武器。当下，公园温榆河公园内有多少种鸟？它们的分布范围如何？在哪儿活动？一个界面，这些问题的答案一目了然。
林聪田在温榆河公园查看声纹监测点设备情况 通过“歌声”识别鸟类 旭日东升，温榆河公园醒了：一只苍鹭挺拔地立在湖中心的木桩上，悠哉地晒着太阳；芦苇荡里，多种小型鸟类在追逐嬉戏；天空中，百余只金翅雀盘旋飞舞，它们俯瞰着农田里的动静，准备瞅准时机美美地吃上一顿早餐。 自由自在的鸟儿，监测起来却不容易。开展生物监测的科研人员介绍，长期以来，鸟类、鸣虫等不容易被红外相机探测到的动物，都是野生动物监测的难点。科研人员开展科考需要边走边寻，观察、拍照等工作都要通过人力来完成。而且费尽辛苦完成的调查成果，也只能反映出在开展调查时刻当地生态环境的一个截面。 “清晨走在密林里，大概率能听到很多鸟鸣声，但你一般看不到它们。”林聪田干脆顺应思路，展开科研，“我们能通过嗓音的差异来分辨不同的人，为什么不试试用鸟类的‘歌声’来识别它们？” 今年7月，林聪田所在的中科院动物所生物多样性信息学研究团队在温榆河公园架起了野生动物声纹智能监测设备。在湖边一处不起眼的白色支架上，这套设备就像一只不知疲倦的“顺风耳”，24小时聆听并记录周围传来的虫鸣鸟叫。
苍鹭的声纹
中华攀雀的声纹 秋季，是棕头鸦雀最活跃的季节。两只棕头鸦雀正藏在芦苇丛中，一唱一和。周围路人的交谈声不会影响“顺风耳”的听力，它们的声音清晰地被布设在芦苇荡边的设备记录下来。这得益于林聪田团队设计的算法，有效过滤了环境噪音，精准捕捉到需要采集的样本。 3个多月，布设在温榆河公园内的3处监测仪已经收集到数万条有效的鸟类鸣叫数据。通过对数据的分析，结果令人惊喜，这些鸣叫声分别来自90余种不同的鸟类，其中包括国家一级重点保护野生动物、世界“极危”物种黄胸鹀。中华攀雀、金翅雀等体型较小、肉眼不易观测的鸟类，也留下了它们的声音踪迹。 有了大量数据的积累，鸟类的活动习性也被直观地展示出来：温榆河公园里，白头鹎、喜鹊、灰喜鹊等鸟类最为常见；清晨和傍晚，是各种鸟类最活跃的时段；遇到大风或降雨等恶劣天气，鸟类则大多躲藏起来，很少鸣叫…… 林聪田说，每一种鸟都有独特的鸣叫声，能唱出多种不同的旋律，甚至不同地域的鸟类，还会因为距离过远而逐渐演化出“方言”，这些特点都需要通过对相关数据的分析进行详细解析。 鸟声描出多彩频谱图 “其实我们团队的工作从十多年前就开始了。”林聪田说，但当时，声纹数据库、人工智能和边缘计算等配套技术还不够成熟。通常情况下，科研人员仍需要对特征数据进行人工干预，不能完全实现自动识别。 近年来，中国科学院支持建设的物种多样性数据库取得良好进展，加上人工智能技术的突飞猛进发展，让野生动物监测迎来了“智变”。将多维、权威的物种特征数据输入高效的人工智能模型中，再结合声纹采集、环境降噪等技术，一套由中科院动物所自主研发的声纹智能识别模型“自然声景智能感知系统”建立起来。林聪田只需坐在电脑前，就能实时了解每个监测点位周边的鸟类活动信息。 在这套“顺风耳”系统界面左下角，“2分钟前，发现棕头鸦雀”“1分钟前，发现灰喜鹊”的消息不断滚动。这些数据，都来自各点位的实时回传。目前，每个点位都配备了一套边缘计算设备，能够实现实时录制、实时识别、实时访问结果。 “声纹传感器每10秒录制一段声音，点位上的边缘计算设备则实时对其开展识别分析，如果录到的都是环境噪音，这段声音就不再回传到云端系统。”林聪田解释，这样能够保证所有的回传数据都是识别到动物声纹的有效数据，可以节约数据的传输量和存储量。 这套系统还能自动生成频谱图，让声音也能通过图像直观地展现出来。风声、水声等环境音是频谱图的底色，鸟鸣声则显示为亮眼的橙黄色。每种鸟都拥有独特的声音频谱，棕头鸦雀的叫声短促而明亮，形状像一个个小小的纺锤；中华攀雀有着独特的尾音，在图中拖成一道长线；苍鹭的嗓音则洪亮低沉，呈现出明显的色块…… 温榆河公园、永定河公园、密云水库……现在，林聪田团队已经在本市范围内布设了十余个声纹智能监测点。半年间，设备获取到的数据量已经超过10万条，动物声纹监测数据的增长速度远高于国际上通过人工录音上传的网站平台。 他们还计划在密云区再建起多个监测点位，通过声纹监测，对密云区全域开展生物多样性的本底调查。因为在山高林密的环境中活跃的鸟类，与公园湿地的环境会存在一定区别。在单纯的声纹识别基础上，林聪田还将生态模型融入算法之中，针对不同生境下动物出现概率的差异，让系统识别的精准度得到进一步加强。 监测数据库未来将开放 科研人员“听”鸟鸣，是为了摸清生物家底儿，更有针对性地开展生物保护。 几年前，温榆河公园所在的区域还是一片荒地。随着生态修复工程的开展，这里已经成为了远近闻名的“绿肺”。白天，公园里各类飞鸟活跃；夜间，倦鸟归巢，但仍会有细微的虫鸣等小动静。“鸣虫也是一类重要的生态环境指示物种。”林聪田说，根据鸟类、鸣虫的24小时声纹监测数据，能反映出公园的生态修复情况。目前掌握的数据显示，短短两年时间，温榆河公园生机勃勃，特别是园内建起的大片湿地环境，能够吸引大量鸟类到此栖息。 这套野生动物声纹智能监测体系，已经被生态环境部“五基”协同生态环境立体遥感监测体系所采用。探索物种分布、追踪物种迁徙，是了解生物多样性的“必修课”。林聪田说，未来，随着相关设备布设范围不断扩大，科研人员能通过声音描绘出鸟类的迁徙路线，获取到的声音数据也将源源不断地补充到生物多样性数据库中，支撑起生物多样性空间格局及变化的长期研究工作。不需要科研人员在深夜实地开展调查，24小时不间断的“顺风耳”能够全天候监测，持续提供不间断的监测信息。 “北京目前活跃的鸟类大约有503种，我们预计，温榆河公园这片区域未来将会有超过200种鸟类。与其他同等体量的公园相比，这里的物种会更丰富。”对北京的生态环境持续优化，林聪田充满期待。 他说，持续监测区域内的生物多样性状况格外重要。监测数据越全面、持久，就越有利于科研人员判断出当地的生态环境状态。但开展生物多样性调查是一项苦差事，调查人员人力有限、夜间动物调查难以开展等现实情况，都制约着调查工作的进行。生物多样性的保护还是要依靠公众的力量。林聪田计划，未来把相关数据库逐步面向公众开放。“让公众更便捷地获取物种知识，吸引他们更主动地参与到物种识别、记录中来，这能极大地推动生物科普的有效性，也能从中形成大量数据，反哺科研工作。” |
