原標題：北京目前活躍的鳥類約有503種，「順風耳」公園聽鳥鳴
一部相機、一只望遠鏡、一本厚厚的工具書，這是生物學家在開展野外物種調查時，離不開的「老三樣」。而每次要完成調查，團隊動輒要在野外待上數周甚至更久，風餐露宿的辛苦自不必說。現在，中國科學院動物研究所工程師林聰田只需坐在辦公室，開啟電腦，就能即時掌握溫榆河畔鳥類的活動情況。
他有一套收集聲音的秘密武器。當下，溫榆河公園內有多少種鳥？它們的分布範圍如何？在哪兒活動？一個界面，這些問題的答案一目了然。
林聰田在溫榆河公園檢視聲紋監測點裝置情況
透過「歌聲」辨識鳥類
旭日東升，溫榆河公園醒了：一只蒼鷺挺拔地立在湖中心的木樁上，悠哉地曬著太陽；蘆葦蕩裏，多種小型鳥類在追逐嬉戲；天空中，百余只金翅雀盤旋飛舞，它們俯瞰著農田裏的動靜，準備瞅準時機美美地吃上一頓早餐。
自由自在的鳥兒，監測起來卻不容易。開展生物監測的科研人員介紹，長期以來，鳥類、鳴蟲等不容易被紅外相機探測到的動物，都是野生動物監測的難點。科研人員開展科考需要邊走邊尋，觀察、拍照等工作都要透過人力來完成。而且費盡辛苦完成的調查成果，也只能反映出在開展調查時刻當地生態環境的一個截面。
「清晨走在密林裏，大機率能聽到很多鳥鳴聲，但你一般看不到它們。」林聰田幹脆順應思路，展開科研，「我們能透過嗓音的差異來分辨不同的人，為什麽不試試用鳥類的‘歌聲’來辨識它們？」
今年7月，林聰田所在的中科院動物所生物多樣性資訊學研究團隊在溫榆河公園架起了野生動物聲紋智慧監測裝置。在湖邊一處不起眼的白色支架上，這套裝置就像一只不知疲倦的「順風耳」，24小時聆聽並記錄周圍傳來的蟲鳴鳥叫。
蒼鷺的聲紋
中華攀雀的聲紋
秋季，是棕頭鴉雀最活躍的季節。兩只棕頭鴉雀正藏在蘆葦叢中，一唱一和。周圍路人的交談聲不會影響「順風耳」的聽力，它們的聲音清晰地被布設在蘆葦蕩邊的裝置記錄下來。這得益於林聰田團隊設計的演算法，有效過濾了環境噪音，精準捕捉到需要采集的樣本。
3個多月，布設在溫榆河公園內的3處監測儀已經收集到數萬條有效的鳥類鳴叫數據。透過對數據的分析，結果令人驚喜，這些鳴叫聲分別來自90余種不同的鳥類，其中包括國家一級重點保護野生動物、世界「極危」物種黃胸鹀。中華攀雀、金翅雀等體型較小、肉眼不易觀測的鳥類，也留下了它們的聲音蹤跡。
有了大量數據的積累，鳥類的活動習性也被直觀地展示出來：溫榆河公園裏，白頭鵯、喜鵲、灰喜鵲等鳥類最為常見；清晨和傍晚，是各種鳥類最活躍的時段；遇到大風或降雨等惡劣天氣，鳥類則大多躲藏起來，很少鳴叫……
林聰田說，每一種鳥都有獨特的鳴叫聲，能唱出多種不同的旋律，甚至不同地域的鳥類，還會因為距離過遠而逐漸演化出「方言」，這些特點都需要透過對相關數據的分析進行詳細解析。
鳥聲描出多彩頻譜圖
「其實我們團隊的工作從十多年前就開始了。」林聰田說，但當時，聲紋資料庫、人工智慧和邊緣計算等配套技術還不夠成熟。通常情況下，科研人員仍需要對特征數據進行人工幹預，不能完全實作自動辨識。
近年來，中國科學院支持建設的物種多樣性資料庫取得良好進展，加上人工智慧技術的突飛猛進發展，讓野生動物監測迎來了「智變」。將多維、權威的物種特征數據輸入高效的人工智慧模型中，再結合聲紋采集、環境降噪等技術，一套由中科院動物所自主研發的聲紋智慧辨識模型「自然聲景智慧感知系統」建立起來。林聰田只需坐在電腦前，就能即時了解每個監測點位周邊的鳥類活動資訊。
在這套「順風耳」系統界面左下角，「2分鐘前，發現棕頭鴉雀」「1分鐘前，發現灰喜鵲」的訊息不斷捲動。這些數據，都來自各點位的即時回傳。目前，每個點位都配備了一套邊緣計算裝置，能夠實作即時錄制、即時辨識、即時存取結果。
「聲紋傳感器每10秒錄制一段聲音，點位上的邊緣計算裝置則即時對其開展辨識分析，如果錄到的都是環境噪音，這段聲音就不再回傳到雲端系統。」林聰田解釋，這樣能夠保證所有的回傳數據都是辨識到動物聲紋的有效數據，可以節因數據的傳輸量和儲存量。
這套系統還能自動生成頻譜圖，讓聲音也能透過影像直觀地展現出來。風聲、水聲等環境音是頻譜圖的底色，鳥鳴聲則顯示為亮眼的橙黃色。每種鳥都擁有獨特的聲音訊譜，棕頭鴉雀的叫聲短促而明亮，形狀像一個個小小的紡錘；中華攀雀有著獨特的尾音，在圖中拖成一道長線；蒼鷺的嗓音則洪亮低沈，呈現出明顯的色塊……
溫榆河公園、永定河公園、密雲水庫……現在，林聰田團隊已經在本市範圍內布設了十余個聲紋智慧監測點。半年間，裝置獲取到的數據量已經超過10萬條，動物聲紋監測數據的增長速度遠高於國際上透過人工錄音上傳的網站平台。
他們還計劃在密雲區再建起多個監測點位，透過聲紋監測，對密雲區全域開展生物多樣性的本底調查。因為在山高林密的環境中活躍的鳥類，與公園濕地的環境會存在一定區別。在單純的聲紋辨識基礎上，林聰田還將生態模型融入演算法之中，針對不同生境下動物出現機率的差異，讓系統辨識的精準度得到進一步加強。
監測資料庫未來將開放
科研人員「聽」鳥鳴，是為了摸清生物家底兒，更有針對性地開展生物保護。
幾年前，溫榆河公園所在的區域還是一片荒地。隨著生態修復工程的開展，這裏已經成為了遠近聞名的「綠肺」。白天，公園裏各類飛鳥活躍；夜間，倦鳥歸巢，但仍會有細微的蟲鳴等小動靜。「鳴蟲也是一類重要的生態環境指示物種。」林聰田說，根據鳥類、鳴蟲的24小時聲紋監測數據，能反映出公園的生態修復情況。目前掌握的數據顯示，短短兩年時間，溫榆河公園生機勃勃，特別是園內建起的大片濕地環境，能夠吸引大量鳥類到此棲息。
這套野生動物聲紋智慧監測體系，已經被生態環境部「五基」協同生態環境立體遙感監測體系所采用。探索物種分布、追蹤物種遷徙，是了解生物多樣性的「必修課」。林聰田說，未來，隨著相關裝置布設範圍不斷擴大，科研人員能透過聲音描繪出鳥類的遷徙路線，獲取到的聲音數據也將源源不斷地補充到生物多樣性資料庫中，支撐起生物多樣性空間格局及變化的長期研究工作。不需要科研人員在深夜實地開展調查，24小時不間斷的「順風耳」能夠全天候監測，持續提供不間斷的監測資訊。
「北京目前活躍的鳥類大約有503種，我們預計，溫榆河公園這片區域未來將會有超過200種鳥類。與其他同等體量的公園相比，這裏的物種會更豐富。」對北京的生態環境持續最佳化，林聰田充滿期待。
他說，持續監測區域內的生物多樣性狀況格外重要。監測數據越全面、持久，就越有利於科研人員判斷出當地的生態環境狀態。但開展生物多樣性調查是一項苦差事，調查人員人力有限、夜間動物調查難以開展等現實情況，都制約著調查工作的進行。生物多樣性的保護還是要依靠公眾的力量。林聰田計劃，未來把相關資料庫逐步面向公眾開放。「讓公眾更便捷地獲取物種知識，吸引他們更主動地參與到物種辨識、記錄中來，這能極大地推動生物科普的有效性，也能從中形成大量數據，反哺科研工作。」
來源：千龍網
