AI赋能数智化转型|水生态监测数智化转型的三个发展方向

AI赋能数智化转型|水生态监测数智化转型的三个发展方向

2024-06-27 2

  生态环境部2024315日发布《关于加快建立现代化生态环境监测体系的实施意见》,未来5年,我国将加速推进生态环境监测的数智化转型,创新监测手段,实施四大监测能力建设工程。到2035年,基本建成现代化生态环境监测体系。

  新发布的《意见》明确,我国将通过充分应用人工智能、区块链、物联网等符合新质生产力发展要求的新技术,基本完成环境质量监测网络智能化改造。未来我国生态环境监测数据从采集、传输、处理到分析及应用,将基本实现全链条流程化、智能化。

     2024329日,生态环境智慧监测创新应技术指导委员会印发了《2024年深化全国境智慧监测创新应用工作要点》。工作要点提出了2024年度生态环境智慧监测创新应用工作安排:一、指导开展特色案例应用,二、组织智慧监测技术培训班,三、召开智慧监测技术交流会,四、建立新技术联合研究机制;并给出了生态环境智慧监测前沿技术创新应用建议清单,其中涉及水生态的包括3个:

  1,前沿技术创新应用名称:基于机器学习的生物多样性(含水生生物)智能监测技术,拟解决的业务问题:建立行业共性人工智能训练集,解决人工识别鸟类、藻类、浮游底栖等生物物种,费时费力且存在一定的主观性等问题。

  浮游生物作为水生生态系统中的重要组成部分,其种类和数量的变化对于生态系统的健康和稳定具有指示性作用。机器学习是指计算机模拟或实现人类的学习行为,以获取新的知识或技能,重新组织已有的知识结构使之不断改善自身的性能。基于机器学习的生物多样性智能监测技术是计算机通过建立深度神经网络模型来模拟人类对水生生物的形态学鉴定行为,使用大量标注图片作为训练集来对模型进行训练,训练后的模型类似于经过形态学鉴定训练的人类神经网络,能够自动识别图片中的水生生物,并进行智能分类与计数。

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  水天地的藻类智能监测系统

   目前国内已经有以水天地科技为代表的数家单位/公司在进行水生生物智能监测技术的研发。水天地科技致力于水生态智能监测技术领域,率先响应国家号召研发基于机器学习的藻类智能监测系统,具备藻类自动识别、智能分类及计数、水华预警功能,并创造性的提出了藻类快速浓缩技术,提供实时藻类监测方案,使得藻类的实时监测成为现实。水天地将进一步推进人工智能等新质生产力的推广应用,共同为构建现代化生态环境监测体系贡献智慧和力量,助力全国生态环境监测实现数智化转型。

   2,前沿技术创新应用名称:基于eDNA提取与生物信息学分析的水生生物监测技术,拟解决的业务问题:实现便捷、灵敏的水生生物监测,且对生物无害。

   自然界中的生物每时每刻都在与周围的环境发生着能量与物质的交换,在这个过程中,生物体的DNA信息也会扩散到环境中,并在环境介质中停留一段时间。在自然界中环境DNA量的变化是一个动态过程,不断产生的同时也不断的降解,但也有如化石一样能长久存在的古环境DNA。环境DNA技术在生物多样性调查、物种监测、动物食性分析及外来入侵物种检测等方面都有较好的应用前景。

   生物多样性调查所使用的环境DNA方法是宏条形码技术,方法是利用生物体内一段标准的、有足够变异的、易扩增且相对较短的DNA片段,检测环境样品中尽可能多的DNA序列,与数据库比对分析它们所属的物种分类信息,最终鉴定在这个环境中生活的所有物种,简单来说,它的工作原理类似于超市扫描仪读取通用产品代码(UPC)的条形码标签,并根据数据库中的信息识别商品。

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   水天地科技提供基于eDNA的生物(包括鱼类)多样性调查方案,提供包括环境样本的采集、保存、提取、检测和分析在内的全链条服务。

  3,前沿技术创新应用名称:基于遥感反演的湖泊水质时空特征反演技术,拟解决的业务问题:实现湖体面域水质及藻密度时空分布特征的动态反演。

   在气候变暖和人类活动双重作用的影响下,藻类水华频发且呈现全球加剧态势,严重威胁经济社会可持续发展和人类健康。由于藻类水华生消过程快,实时精准的监测是藻类水华预测、预警和有效管控的关键。目前藻类水华监测主要包括现场观测、水下自动监测和卫星遥感反演等三种方式。现场观测费时费力,且无法在时间和空间上连续监测;水下自动监测探头易受到水中物质侵蚀,且维护费用高昂;卫星遥感的时间分辨率低且受大气影响较大。

   以遥感影像为已知量,去推算某个影响遥感成像的未知参数,即将遥感数据转变为人们实际需要的地表各种特性参数。这个过程就是遥感反演。藻类的遥感识别主要依据水体固有光学特性或者表观光学特性建模,基于特征波段的藻种分类模型,应用于卫星影像,分析水体中优势藻种及藻密度的空间分布特征。内陆水体的光学特性复杂,对光谱信息的干扰因素较多,增大了利用遥感信息进行藻类分类的困难,需要针对内陆水体的藻类及其生存环境,开展藻类遥感识别方法的研究。

   水天地科技将持续加强与生态环境监测系统、科研院所和企业的合作,推进人工智能等新质生产力的推广应用,共同为构建现代化生态环境监测体系贡献智慧和力量,助力全国生态环境监测实现数智化转型,迈向更加高效和精准的未来!

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