智慧自然保护地之生物多样性保护技术方案分析

1. 建立以国家公园为主体的自然保护地体系

自然保护地是生态建设的核心载体、中华民族的宝贵财富、美丽中国的重要象征，在维护国家生态安全、保护生物多样性、保存自然遗产和改善生态环境质量等方面发挥着重要作用。

截至目前，我国已建立各级各类自然保护地超过1.18万个，保护面积覆盖我国陆域面积的18%、领海面积的4.6%。 

全国各级各类自然保护区已达2750处，其中国家级自然保护区有474处，各类陆域自然保护地面积达到了170多万平方公里。

中共中央办公厅、国务院办公厅《关于建立以国家公园为主体的自然保护地体系的指导意见》提出加快建立以国家公园为主体的自然保护地体系，明确指出2020年构建统一的自然保护地分类分级管理体制；2025年初步建成以国家公园为主体的自然保护地体系；2035年自然保护地规模和管理达到世界先进水平，全面建成中国特色自然保护地体系。

2. 科技手段助力智慧自然保护地建设

《指导意见》在推进智慧保护地建设方面提出了总体建设目标：以提升自然保护地（区）生态安全为目的，充分发挥自然保护地（区）生态保护主体功能为宗旨，以“智慧自然保护地（区）”建设为核心，依托生态环境监管平台和大数据，利用云计算、物联网、数字孪生、人工智能等高科技手段和现代化设备促进自然保育、巡护和监测的信息化、智能化，构建自然保护地（区）可感知、可互联、可管理、可分析的一体化业务体系，打造“天、空、地、人”一体化的监测感知网，形成针对自然保护地的立体实时感知、管护协同高效、生态价值凸显、服务内外一体的自然保护地（区）发展新模式。 

3．智慧自然保护地生物多样性保护的必要性

人类与自然间所有的生物都息息相关，丰富的生物多样性不仅是大自然留给中国的宝贵遗产，也是全世界人民的共同财富。因此保护生物多样性，拯救珍稀濒危的物种，应科学、系统地建立生物多样性监测体系，才有利于建立科学的资源保护管理体系，为物种生存、繁衍提供良好的环境氛围；也能更好的实现生态系统的稳定，促进林业、保护地的有效发展，以及人与自然和谐共处，实现可持续性发展。

4. 生物多样性保护技术分析

生物多样性保护技术包括四个方面：野生动物监测管理、野生植物监测管理、古树名木监测管理以及动物救助管理。

4.1 生物多样性管理：野生动物监测管理     

4.1.1 技术方案/架构
充分利用高空视频、高清视频、无人机视频和红外相机进行连续观测，采用AI识别方法对保护区内的野生动物多样性种群数量、属科目多样性、新发现物种、新分布栖息地等进行监测、识别、分类和数据汇总，为野生动保护成效评价提供数据支撑。

4.1.2 视觉AI识别技术 

通过来自高空视频、高清视频和无人机视频的前端监测，直接采用深度AI算法解决并分析，能够有效观测到野生动物的活动动向。在深度学习和算法训练（大规模标注后的照片样本）后的AI能够达到人眼可辨识的水平。

▲AI算法训练流程     

4.1.3 照片AI识别技术

来自红外抓拍相机拍摄到的照片，在进行数据清洗后，再次进行粗分类和细分类处理，挑选出可供识别和分类的照片。

▲AI照片分类流程 
    

4.1.4 AI技术目前主要问题 

AI识别技术目前所遇到的主要问题有：识别有误、识别数量有缺漏、抓拍不清晰、干扰项多等问题待解决。

▲抓拍不清晰 

▲抓拍数量有缺漏

除此之外，设备安装过程中也有一部分问题存在，比如：受环境干扰影响，误拍照片较多，极大的消耗电能；电池供电方式最长时间6个月，由于更换太频繁，特别是大规模安装时更换电池，工作量会增大；在没有NB-IOT、4G通信区域，依靠人工取卡，同样工作量巨大。     

4.1.5 解决方案 

AI识别的训练是一个循序渐进的过程，需要通过海量图片的反复识别训练，加上人工矫正，可以有效提高AI识别的正确率。 关于设备技术，现已在探索阶段：通过双鉴技术AI前端识别，减小误拍节省电能；使用10W光伏供电，使红外抓拍相机至少有5年寿命；可以自组网络让红外抓拍相机自动传输照片。 

4.2 生物多样性管理：野生植物监测管理 

野生植物的保护通过实时连续观测物候图像和气候环境大数据，建立珍稀植物生长和生境数据库，对生长状态、生存环境、变化趋势等进行有效分析评估，为科学保护野生植物和人工培养提供数据支撑。

4.3 生物多样性管理：珍稀植物物候观测 

针对特定保护植物，训练AI视觉算法模型，能有效观测：吐芽、展叶、苞蕾、开花、谢花、结果、成果、脱落、黄叶、落叶等全周期生长过程，同时自动拍照和记录水、土、气等生境信息。

4.4 生物多样性管理：古树名木监测管理
对古树名木进行实时连续有效观测，包括安防监测、倒伏监测、物候监测，建立专项数据库，结合气候监测数据和土壤等环境监测数据，对生长状态、变化趋势等进行有效分析评估，加强古树名木有效保护力度。

4.5 生物多样性管理：动物救助管理
对救助过程、动物状态进行信息化记录管理，并提出合理化建议，便于自然保护区开展动物救援工作。

自然保护地是自然资源和生物多样性保护的重要基地，科技的日新月异正在给自然保护地赋能，并为保护管理和可持续发展带来了无限可能。