在咸丰县忠建河水域,一群特殊的“生态哨兵”正24小时值守——它们是由沿岸布设的智能阅读器、能在漆黑河底捕捉珍贵画面的红外夜视相机及可实时远程监管的智慧化管理平台等构成的大鲵(俗称娃娃鱼)智慧化监测系统。
这是全国首套大鲵智慧化监测系统,由湖北咸丰忠建河大鲵国家级自然保护区与湖北民族大学科研团队携手打造,以3D LANDMARC定位技术及YOLOv11目标识别算法为支撑。该系统借助工业互联与先进传感技术,成功破解了国家二级保护两栖动物大鲵监测难题,在这片始建于1990年的保护区内谱写了科技赋能生物多样性保护的新篇章。
作为世界上现存体型最大、最珍贵的两栖动物,大鲵对于生态环境的指示作用及生物多样性的维护具有重要意义。
“以前监测大鲵全靠走,汛期山洪一来,连河段都进不去。”保护区工作人员的一番话,道出大鲵监测曾经面临的困境。
保护区地处湖北省西南边陲的咸丰县忠建河流域,这里支流众多、岩缝丛生,加之大鲵具有昼伏夜出的习性,仅靠人工巡逻进行监测不仅效率低下,而且人类活动还会惊扰敏感的大鲵,导致数据失线月,湖北民族大学智能科学与工程学院工业互联与先进传感团队带来“黑科技”,彻底改变这一局面。
“我们先为养殖大鲵植入特制电子标签,然后放归保护区,通过沿岸布设的阅读器构建起三维监测网络,借助无线射频技术定位其位置后触发拍照,对图片信息予以整合并建立数据库,通过图像识别算法对大鲵的身体框架、肤色、斑点及四肢等特征进行建模训练,从而实现对野外无电子标签大鲵的识别。当水中出现具备相似轮廓、四肢及斑点等特征的大鲵时,系统可直接触发拍照。”项目负责人陈俊轶介绍,当大鲵游经监测区域,3D LANDMARC算法能在0.5秒内锁定其位置(厘米级误差),触发红外相机及水下相机自动拍摄。改进后的YOLOv11算法则像“夜视眼”,即便在伸手不见五指的河底洞穴,也能清晰捕捉大鲵捕食、繁殖的珍贵画面。
这套智能系统的落地,堪称一场“硬仗”。从实验室数据收集到野外实战,团队用了近一年时间攻克潮湿环境设备短路、洪水冲击等多重难题。
最初,团队通过室内实验构建RFID标签信号强度与距离的换算公式,在仿生池完成设备调试与定位验证,最终选定与大鲵栖息地环境最接近的野外监测点。
真正的挑战在设备安装后接踵而至:95%以上的空气湿度让控制箱频繁断电,电路板布满水珠。团队在控制箱侧面打孔散热,在内壁喷涂三防漆防潮,更换高阈值远程空开,终于让精密仪器能在潮湿环境中稳定运行。
今年7月的暴雨更给系统带来严峻考验。湍急河水卷着树干冲毁3台水下设备,团队驱车3小时从州城赶到现场,在齐腰深的湍急洪水中完成抢修。为抵御后续冲击,他们浇筑水泥防护墙、加装防雨顶棚,甚至安排专人24小时远程值守,最终确保获取连续180天无间断的监测数据链。
如今,忠建河的大鲵家族有了专属“数字档案”。这套由1套仿生养殖池监测系统、1套核心区监测系统及管理平台构成的智能网络,已累计捕捉拍摄到野生大鲵20余次。
突破的背后,是扎实的科研支撑。团队在《农业机械学报》发表EI论文,提出基于YOLOv11-EWL算法的大鲵检测模型;在《安徽农业科学》发表核心论文,研发基于无源UHF的RFID定位方法,克服了传统技术局限。目前,团队开发的《一种大鲵生存环境信息获取及生活路径定位系统》已成功申请国家专利;《大鲵实时监测系统V1.0》软件著作权已提交申请,正等待授权;《基于YOLOv11-EWL网络模型结构的复杂环境下大鲵自动检测技术》也已进入国家专利申请流程。
智能化监测带来的改变立竿见影。从以前的口述到实地实景,人力投入减少60%,误报率控制在3%以下,人类活动对大鲵的干扰降至零。2024年冬季,系统通过异常水质数据与大鲵活动频次骤降的关联分析,及时排查出上游出现污染源,通过治理,避免了一场生态危机。
更深远的影响还在进一步延伸。大体量的数据及图频信息证明保护区工作成效突出,忠建河生态系统持续向好,形成“保护—科普—经济”良性循环。
站在忠建河畔,看着屏幕上悠然游动的大鲵,陈俊轶团队规划下一步引入AI预测模型,实现生存风险预警,并将这套成熟体系推广至长江流域其他珍稀水生生物保护中。
工业智慧邂逅自然生灵,一幅人与自然和谐共生的画卷,正在鄂西山水间徐徐展开。