[发明专利]基于计算机视觉的动物多样性监测方法

说明书

技术领域

本发明属于动物多样性监测领域，具体涉及一种基于计算机视觉的动物多性样监测方法。

背景技术

随着城市建设的不断推进，作为生物多样性载体的绿地系统遭到破坏，人类赖以生存的生物多样性受到了严重的威胁，一些国际公约，如《生物多样性公约》和《二十一世纪议程》等，要求缔约国对其生物多样性进行监测和保护。保护生物多样性，是一项事关城市可持续发展的重要任务，而生物多样性监测是生物多样性保护和资源管理的首要任务

生物多样性监测是生物多样性保护和资源管理的基本步骤，生物多样性评价是一种最普通的生态系统监测，物种丰富及均匀性测度(香农多样性指数)是最能反映某一地方环境整体健康程度的指标[1]。动物多样性测量通常是依赖于重复的、高强度的地面调查来完成，例如利用计点数法来监测鸟类。由于大范围的野外调查受成本等因素限制，人工测量方法在空间范围和采样频率方面都是比较有限的。利用声学技术可以实现对动物的无侵犯监控，在动物有规律发出声音的地方，声学传感器可大规模安置于测量点，并通过程序设定一天中的特定时刻来记录动物叫声，对获取的声音再进一步处理以实现监控识别，如动物移动跟踪[2,3]，自动物种识别[4]等；尽管这种声学传感器网络可极大提高数据获取效率，但对于采集的数据还需进一步通过训练有素的生态研究人员或物种声音识别软件来鉴别。已研究的软件仅适合几类物种[5]，如果要扩展到所有物种，对每个地方的每个生态系统都要重新开发声音识别软件，并且需要大量该区域该物种的声音资料。除了生学传感器技术之外，遥感技术也是陆地动物分布及多样性研究的重要方法[6], 但利用这种方法直接监测动物前仍存在一定的应用局限。首先，受物种大小与传感器分辨率关系、物种自然属性等因素限制，遥感直接监测的能力显得不够的；其次，大多数的研究集中在开阔的研究区域内对大型哺乳动物或迁移鸟群等进行监测，监测对象局限在个体较大或数量丰富的动植物上；再者，高光谱、高空间分辨率遥感影像的高额费用也在一定程度上阻碍了其发展[7,8]；此外，由于动物种的移动性和隐蔽性特点，遥感很难直接研究动物物种的多样性[9]，而且不适合对特定动物的监测。

综上，声学传感器由于需要专业人士或专用识别软件来识别采集的声音；而遥感技术适合大的区域对大的或数量丰富的动物进行监测且费用昂贵，因而这两种技术在城市绿地的生物多样性监控应用中均受到了限制。对于城市绿地，动物多样性监测多以人工野外调查数据结合统计模型来估算动物多样性。城市绿地的动物多样性测量，靠人工测量不仅费时费力，而且无法做到常年全天候监测。随着图像处理技术的不断发展，计算机视觉技术已获得广泛应用。将计算机视觉技术应用于城市绿地的动物多样性监测，这种方法不但可以克服人工调查费时、费力的缺点，而且具有连续、自动、全天候监测的优点，为城市绿地的动物多样性监控提供技术手段，具有广阔的应用前景。

参考文献

[1] A. Zerger, R.A.Viscarra Rossel, D.L. Swain, et al. Environmental sensor networks for vegetation, animal and soil sciences. International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation, 2010,12: 303–316。

[2] Hammer, O., Barrett, N. Techniques for studying the spatio-temporal distribution of animal vocalizations in tropical wet forests. Bioacoustics ,2001,12：21–35。

[3] Mennill, D.J., Burt, J.M., Fristrup, K.M., Vehrencamp, S.L. Accuracy of an acoustic location system for monitoring the position of duetting songbirds in tropical forest. Journal of the Acoustical Society of America , 2006,119: 2832–2839。