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“以前蹲在山里認(rèn)植物，現(xiàn)在無(wú)人機(jī)飛一圈，AI就能告訴我這片山頭有幾棵茶樹(shù)、幾片竹林！”在溧陽(yáng)天目湖鎮(zhèn)的丘陵間，江蘇省常州環(huán)境監(jiān)測(cè)中心（以下簡(jiǎn)稱(chēng)常州中心）的技術(shù)人員正操作著搭載多光譜相機(jī)的無(wú)人機(jī)，為植被多樣性監(jiān)測(cè)插上“智慧翅膀”。這項(xiàng)突破傳統(tǒng)人工調(diào)查模式的創(chuàng)新技術(shù)，正讓生物多樣性監(jiān)測(cè)從“肉眼識(shí)別”邁向“智能分析”新時(shí)代。

傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)痛點(diǎn)多？常州用“黑科技”破局

植被多樣性監(jiān)測(cè)是生態(tài)保護(hù)的“眼睛”，但傳統(tǒng)人工調(diào)查耗時(shí)耗力——爬山路、辨物種、記數(shù)據(jù)，一個(gè)樣點(diǎn)就要花上大半天，遇上相似植物還容易“傻傻分不清”，工作效率難以提升。為此，常州中心充分發(fā)揮首批國(guó)家生態(tài)質(zhì)量綜合監(jiān)測(cè)站科研平臺(tái)優(yōu)勢(shì)，大力開(kāi)展技術(shù)融合創(chuàng)新，將無(wú)人機(jī)遙感與AI深度學(xué)習(xí)技術(shù)結(jié)合，在溧陽(yáng)橫塘村丘陵山地打響了“空地協(xié)同”監(jiān)測(cè)的“第一槍”。

圖1  監(jiān)測(cè)人員采用無(wú)人機(jī)遙感+AI模型開(kāi)展植被多樣性監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)

無(wú)人機(jī)+AI模型：讓植被“無(wú)處可藏”

給無(wú)人機(jī)裝上“可見(jiàn)光+多光譜”雙攝像頭，就等于可以給植被拍張“彩色CT”。常州中心研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)采集茶樹(shù)、楊梅、竹林等6類(lèi)植物的323個(gè)樣本點(diǎn)數(shù)據(jù)，融合5維光譜特征，訓(xùn)練出兩種“AI識(shí)別模型”：深度卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，精準(zhǔn)度碾壓傳統(tǒng)算法。對(duì)比隨機(jī)森林模型，深度學(xué)習(xí)模型總體精度提升32.1%，Kappa系數(shù)高達(dá)99.7%！尤其在識(shí)別竹闊混交林等復(fù)雜植被時(shí)，誤判率大幅降低。研究人員形象比喻：“就像讓AI同時(shí)看懂植物的‘膚色’（光譜）和‘身材’（空間形態(tài)），傳統(tǒng)模型只能看‘膚色’，自然容易認(rèn)錯(cuò)人。”季節(jié)差異揭秘，冬春季是“最佳識(shí)別期”。研究發(fā)現(xiàn)，竹林四季“顏值穩(wěn)定”，AI識(shí)別無(wú)壓力；茶樹(shù)冬春常綠特征明顯，與落葉林形成光譜反差，但夏秋易混淆；楊梅樹(shù)冬季冠層顏色獨(dú)特，夏季雜草干擾大，冬春識(shí)別更準(zhǔn)。經(jīng)濟(jì)林VS次生林，分類(lèi)效果兩重天。茶樹(shù)規(guī)則條帶狀分布、楊梅樹(shù)離散生長(zhǎng)，AI能輕松“點(diǎn)名”；但次生林中植被混雜，部分類(lèi)型仍需人工復(fù)核。研究人員坦言：“這就像AI能認(rèn)出超市貨架上的蘋(píng)果，但野外的野果還得多教幾次。”

圖2  不同季節(jié)的監(jiān)測(cè)區(qū)域影像的植被分類(lèi)結(jié)果

勾畫(huà)藍(lán)圖：從“溧陽(yáng)試點(diǎn)”到“全域覆蓋”

“下一步，我們要讓AI模型更‘聰明’！”研究團(tuán)隊(duì)透露三大計(jì)劃：一是打造“植物身份證”庫(kù)。細(xì)化樣本標(biāo)簽，記錄每株植物的經(jīng)緯度、生長(zhǎng)階段，解決“同物異譜”難題。二是鎖定“黃金識(shí)別期”。增加冬春季無(wú)人機(jī)飛行頻次，捕捉植被光譜差異最明顯的時(shí)刻。三是模型“擴(kuò)編”行動(dòng)。從溧陽(yáng)丘陵拓展到整個(gè)宜溧山區(qū)，最終構(gòu)建覆蓋全省的“空天地”一體化監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)。

當(dāng)無(wú)人機(jī)劃過(guò)青翠山巒，當(dāng)AI算法解碼植被密碼，常州正用科技之力為生物多樣性保護(hù)裝上“智慧引擎”。從“人跑腿”到“數(shù)跑路”，從“看得到”到“看得準(zhǔn)”，這場(chǎng)監(jiān)測(cè)技術(shù)的革新，不僅守護(hù)著綠水青山，更書(shū)寫(xiě)著人與自然和諧共生的“常州答案”！