1. Pengenalan

Dengan peningkatan berterusan perubahan iklim global dan aktiviti manusia, biodiversiti menghadapi ancaman yang tidak pernah berlaku sebelum ini. Sebagai kaedah pemerhatian yang baru muncul, platform cerapan dekat bumi mempunyai ciri-ciri ketepatan tinggi, kecekapan tinggi dan automasi tinggi, memberikan peluang baharu untuk penyelidikan biodiversiti.

SCI-in-One yang dilancarkan oleh Beijing Star View Technology Co., Ltd. ialah platform pemerhatian dekat Bumi yang komprehensif. Produk ini telah menyepadukan fungsi pemerhatian untuk pelbagai faktor seperti tumbuh-tumbuhan, meteorologi, tanah, dan hidrologi, merealisasikan model aplikasi satu sistem-berbilang.

Selepas penyelidikan dan pembangunan penyelidik Star View, fungsi sistem satu pukulan telah diperluaskan kepada pemerhatian biodiversiti dengan penyepaduan pelbagai teknologi. Dengan menyepadukan faktor persekitaran, teknologi berbilang spektrum dan cap suara, sistem pemerhatian biodiversiti komprehensif untuk platform cerapan dekat bumi telah dibina, yang boleh mencapai pemerhatian menyeluruh, sistematik dan berterusan terhadap spesies biologi seperti tumbuhan, mamalia dan burung, menyediakan asas saintifik untuk perlindungan biodiversiti.

Pengembangan fungsi produk satu pukulan penyelidikan saintifik bukan sahaja untuk menggalakkan pembangunan mendalam penyelidikan biodiversiti, tetapi juga untuk menyediakan asas saintifik untuk pemuliharaan biodiversiti. Dengan membina sistem pemerhatian biodiversiti yang komprehensif berdasarkan platform pemerhatian dekat bumi, kita boleh mempunyai pemahaman yang lebih mendalam tentang pengedaran, kuantiti, perubahan dinamik dan maklumat biodiversiti lain, dan memberikan sokongan padu untuk penggubalan langkah perlindungan yang lebih saintifik dan berkesan. Pada masa yang sama, kajian ini juga dapat memberikan rujukan dan rujukan yang berguna untuk penyelidikan dalam bidang lain, dan menggalakkan inovasi dan pembangunan penyelidikan saintifik yang berterusan.

2. Objek Pemerhatian

2.1 Tumbuhan

Dalam pemerhatian tumbuhan, aplikasi kamera multispektral pintar memberikan kita perspektif baharu. Kamera ini boleh menangkap ciri pemantulan tumbuhan dalam jalur spektrum yang berbeza, dengan itu mendedahkan keadaan fisiologi dan proses biokimia di dalam tumbuhan. Sebagai contoh, dengan memantau ciri tepi merah daun tumbuhan, kita boleh menilai kecekapan fotosintesis dan status air tumbuhan, yang sangat penting untuk memahami mekanisme tindak balas tumbuhan terhadap perubahan alam sekitar.

Dalam proses pemerhatian tumbuhan, kita juga perlu memberi perhatian kepada interaksi antara tumbuhan dan persekitaran. Sebagai contoh, mekanisme tindak balas tumbuhan terhadap faktor persekitaran seperti nutrien tanah, air dan cahaya, dan fungsi pemerhatian berbilang parameter penyelidikan saintifik sekali gus memungkinkan untuk mencapai pemerhatian bersepadu bagi parameter di atas. Berdasarkan pemerhatian di atas, kita boleh lebih memahami peranan dan status tumbuhan dalam ekosistem dan menyediakan asas saintifik untuk pemuliharaan biodiversiti dan pemulihan ekologi.

2.2 Mamalia

Dalam pemerhatian dan penyelidikan mamalia, pelbagai kaedah teknikal digunakan untuk mendedahkan sepenuhnya tabiat ekologi dan ciri-ciri tingkah laku mereka. Pertama, corak aktiviti mamalia dipantau dalam jangka masa yang panjang menggunakan kamera inframerah pintar; dengan menganalisis imej yang ditangkap, didapati terdapat perbezaan yang ketara dalam masa aktiviti, julat aktiviti dan pilihan makanan spesies yang berbeza. Contohnya, sesetengah mamalia malam paling aktif pada waktu senja dan subuh, manakala mamalia diurnal lebih tersembunyi semasa tempoh ini. Di samping itu, boleh didapati bahawa pilihan makanan spesies yang berbeza juga dipengaruhi oleh faktor persekitaran, seperti perubahan musim, kelimpahan dan pengedaran sumber makanan, dsb.

Dari segi rakaman bunyi mamalia, sistem ini juga menggunakan teknologi cap suara. Dengan mengumpul dan menganalisis panggilan spesies yang berbeza, kami telah mewujudkan perpustakaan cap suara yang kaya dan merealisasikan pengecaman automatik bunyi haiwan. Aplikasi teknologi ini bukan sahaja meningkatkan kecekapan pemprosesan data, tetapi juga memberikan kami lebih banyak maklumat tentang tingkah laku haiwan. Contohnya, dengan menganalisis kekerapan, tempoh dan corak perubahan panggilan, kita boleh membuat kesimpulan tentang jantina, umur, keadaan emosi, dsb. haiwan tersebut.

Untuk mendapatkan pemahaman yang lebih mendalam tentang kebolehsuaian ekologi mamalia, sistem ini menggabungkan data besar dan teknologi pembelajaran mesin untuk menjalankan analisis data pemerhatian yang mendalam. Dengan mewujudkan model pengenalpastian spesies, model statistik kuantitatif, dan model analisis tingkah laku, undang-undang dinamik populasi mamalia, pemilihan habitat, dan hubungan antara spesies boleh didedahkan. Penubuhan model ini bukan sahaja meningkatkan pemahaman kita tentang ekologi mamalia, tetapi juga menyediakan asas saintifik untuk perlindungan dan pengurusan ekologi. 

2.3 Burung

Teknologi cap suara secara automatik boleh mengenal pasti spesies burung dan menganalisis tingkah laku mereka dengan merakam dan menganalisis ciri bunyi burung. Melalui teknologi cap suara, kami telah menubuhkan perpustakaan cap suara burung untuk menyimpan dan membandingkan ciri bunyi burung yang berbeza secara digital, dengan itu merealisasikan pengenalan pantas spesies burung. Selain itu, teknologi cap suara juga boleh digunakan untuk menganalisis corak tingkah laku burung, seperti kekerapan, tempoh, dan irama bunyi kicauan, seterusnya mendedahkan tabiat hidup dan corak penghijrahan burung.

Selain teknologi cap suara, platform pemerhatian dekat bumi juga boleh menggabungkan kaedah pemerhatian lain, seperti kamera inframerah, untuk memerhati burung pada pelbagai skala. Kaedah pemerhatian ini boleh memberikan sokongan data yang kaya untuk membantu kami memahami tabiat hidup dan corak penghijrahan burung dengan lebih menyeluruh. Contohnya, melalui kamera inframerah, kita boleh merakam aktiviti burung pada waktu malam, sekali gus mendedahkan mekanisme penyesuaian burung dalam persekitaran gelap.

Dalam penyelidikan burung, kita juga boleh menggunakan teori dan kaedah daripada pelbagai disiplin seperti ekologi dan tingkah laku untuk menjalankan analisis mendalam tentang interaksi antara burung dan alam sekitar. Sebagai contoh, kita boleh menggunakan teori ekologi untuk menganalisis taburan dan perubahan populasi burung dalam persekitaran ekologi yang berbeza, dengan itu mendedahkan kesan persekitaran ekologi terhadap populasi burung. Pada masa yang sama, kita juga boleh menggunakan teori tingkah laku untuk mengkaji corak tingkah laku dan mekanisme penyesuaian burung, menyediakan asas saintifik untuk perlindungan burung dan pemulihan ekologi.

3. Konfigurasi Instrumen

3.1 Kamera Multispektral Pintar

Sistem ini dilengkapi dengan kamera fenologi multispektral zum pan-tilt, yang boleh menangkap perubahan halus dalam tumbuhan dalam jalur spektrum yang berbeza, dengan itu mendedahkan status pertumbuhan, status kesihatan dan interaksi antara tumbuhan dan alam sekitar. Kamera multispektral pintar juga mempunyai ciri-ciri resolusi temporal dan spatial yang tinggi, yang dapat merealisasikan pemantauan berterusan terhadap perubahan dinamik komuniti tumbuhan. Melalui data imej siri masa, model fenologi tumbuhan boleh dibina untuk menganalisis kitaran pertumbuhan dan perubahan irama tumbuhan, dan kemudian meramalkan tindak balasnya terhadap perubahan iklim.

3.2 Perakam Cap Suara

Teknologi cap suara, sebagai teknologi biometrik, adalah berdasarkan keunikan dan kestabilan isyarat bunyi. Suara setiap orang, malah setiap suara haiwan, mengandungi ciri unik seperti kekerapan, pic dan irama, yang membentuk asas cap suara. Dalam pengecaman suara haiwan, teknologi cap suara boleh mengenal pasti spesies haiwan dengan tepat dengan menangkap dan menganalisis ciri bunyi ini.

Teknologi cap suara juga boleh digunakan untuk analisis tingkah laku haiwan. Dengan menganalisis perubahan dalam suara haiwan, kita boleh memahami corak tingkah laku mereka, keadaan emosi dan perubahan dalam persekitaran ekologi. Contohnya, apabila haiwan berada dalam keadaan tegang atau ketakutan, suara mereka mungkin berubah, dan perubahan ini boleh dikesan dan dianalisis melalui teknologi cap suara. Ini amat penting untuk mengkaji tabiat ekologi haiwan dan melindungi persekitaran ekologi haiwan.

4. Platform Perisian

4.1 Modul pengenalan spesies tumbuhan

Dalam sistem pemerhatian biodiversiti yang komprehensif, modul pengecaman spesies tumbuhan berdasarkan pembelajaran mesin data besar memainkan peranan penting. Modul ini menggunakan data imej besar-besaran dan algoritma pembelajaran mendalam untuk merealisasikan pengenalpastian automatik dan pengelasan spesies tumbuhan. Berbanding dengan kaedah pengelasan tumbuhan tradisional, modul pengecaman spesies tumbuhan berdasarkan pembelajaran mesin data besar mempunyai ketepatan dan kecekapan yang lebih tinggi.

Modul ini mula-mula memperoleh imej definisi tinggi tumbuhan melalui kamera berbilang spektrum pintar, dan kemudian menggunakan teknologi prapemprosesan imej untuk melaksanakan operasi seperti penyahdan dan penambahbaikan pada imej untuk meningkatkan kualiti imej. Kemudian, imej praproses diekstrak dan dikelaskan melalui model pembelajaran mendalam yang terlatih. Akhir sekali, berdasarkan keputusan pengelasan, laporan pengenalan spesies yang sepadan dijana untuk menyediakan sokongan data yang kukuh untuk ahli ekologi dan ahli botani.

4.2 Modul pengiraan buah automatik

Berdasarkan pemprosesan imej termaju dan algoritma pembelajaran mesin, adalah mungkin untuk mengira bilangan buah tumbuhan dengan cepat dan tepat. Dengan memperkenalkan model pembelajaran mendalam, modul boleh mengenal pasti dan membezakan pelbagai jenis buah-buahan, dengan itu mencapai pengiraan automatik. Dalam aplikasi praktikal, modul telah mencapai hasil yang luar biasa.

Dengan mengira bilangan buah tumbuhan dengan tepat, penyelidik boleh memperoleh pemahaman yang lebih mendalam tentang strategi pembiakan tumbuhan dan dinamik populasi, menyediakan asas saintifik untuk perlindungan dan pemulihan ekologi. Pada masa yang sama, modul ini juga boleh menyediakan sokongan keputusan untuk pengeluaran pertanian dan pengurusan perhutanan, dan menggalakkan pembangunan pertanian yang mampan.

4.3 Modul Analisis Siri Masa Indeks Kehijauan

Modul analisis siri masa indeks kehijauan tumbuhan adalah bahagian penting dalam sistem pemerhatian komprehensif biodiversiti bagi platform cerapan dekat Bumi. Modul ini boleh mendedahkan status pertumbuhan tumbuhan, perubahan persekitaran ekologi dan kesihatan ekosistem dengan melakukan analisis siri masa pada indeks kehijauan tumbuhan. Dalam proses analisis data, kami menggunakan kaedah analisis siri masa untuk melaksanakan ujian pegun dan analisis bermusim pada siri masa indeks kehijauan tumbuhan. Melalui analisis ini, kita bukan sahaja dapat memahami trend perubahan indeks kehijauan tumbuhan, tetapi juga meramalkan status pertumbuhan tumbuhan pada masa hadapan. Selain itu, kami juga menggunakan analisis regresi dan kaedah lain untuk meneroka lebih lanjut hubungan antara indeks kehijauan tumbuhan dan faktor persekitaran, menyediakan asas saintifik untuk pengurusan dan perlindungan ekosistem.

4.4 Modul rakaman automatik dan pengenalan tempoh berbunga

Tempoh berbunga adalah peringkat kritikal dalam kitaran hidup tumbuhan. Ia bukan sahaja menjejaskan pembiakan dan kemandirian tumbuhan, tetapi juga merupakan penunjuk penting untuk menilai kesihatan ekosistem. Oleh itu, merekod dan mengenal pasti tempoh berbunga tumbuhan dengan tepat dan cekap adalah sangat penting untuk memahami ekologi tumbuhan dan melindungi biodiversiti.

Pembangunan modul rakaman automatik dan pengecaman automatik tempoh berbunga tumbuhan mendapat manfaat daripada perkembangan pesat teknologi data besar dan pembelajaran mesin. Dengan membina pangkalan data imej tumbuhan berskala besar dan menggabungkannya dengan algoritma pembelajaran mendalam, kami boleh melatih model pengecaman tempoh berbunga tumbuhan yang cekap. Model ini secara automatik boleh menganalisis imej tumbuhan dan mengenal pasti peringkat berbunga tumbuhan dengan tepat, sekali gus meningkatkan kecekapan dan ketepatan pemerhatian.

Di samping itu, penggunaan modul rakaman dan pengenalan automatik tempoh berbunga tidak terhad kepada pemerhatian lapangan. Dalam bidang hortikultur dan pertanian, modul ini juga mempunyai prospek aplikasi yang luas. Sebagai contoh, dalam reka bentuk hortikultur, kita boleh menggunakan modul ini untuk meramalkan masa berbunga bunga, supaya dapat mengatur penanaman dan paparan bunga secara munasabah. Dalam pengeluaran pertanian, modul ini boleh membantu petani memahami status pertumbuhan tanaman tepat pada masanya dan menyediakan asas membuat keputusan untuk pengurusan pertanian yang tepat.

4.5 Modul pengenalan spesies haiwan automatik berdasarkan teknologi cap suara

Dengan menggunakan teknologi pengecaman cap suara lanjutan, ciri unik bunyi haiwan ditangkap dan dianalisis untuk mencapai pengecaman spesies haiwan yang cekap dan tepat. Berbanding dengan kaedah pengenalan spesies haiwan tradisional, pengecaman cap suara bukan sahaja meningkatkan ketepatan pengenalan, tetapi juga meningkatkan kecekapan dan skop pemerhatian.

Modul pengenalan automatik spesies haiwan berdasarkan teknologi cap suara telah mewujudkan pangkalan data cap suara yang besar dengan mengumpul dan menganalisis sejumlah besar data bunyi haiwan. Pangkalan data ini mengandungi ciri bunyi pelbagai haiwan, menyediakan asas yang kukuh untuk pengenalan cap suara seterusnya. Pada masa yang sama, modul ini juga menggunakan algoritma pembelajaran mesin lanjutan untuk meningkatkan ketepatan dan kestabilan pengenalan melalui pembelajaran berterusan dan pengoptimuman data cap suara.

4.6 Modul analisis irama haiwan berdasarkan teknologi cap suara

Dari segi analisis irama spesies haiwan, modul berdasarkan teknologi cap suara boleh merealisasikan rakaman berterusan jangka panjang isyarat bunyi haiwan, dan kemudian menganalisis maklumat ekologi yang penting seperti irama aktiviti haiwan, tingkah laku pembiakan, dan lain-lain. Contohnya, dengan merakam dan menganalisis kicauan burung, adalah mungkin untuk mendedahkan perubahan dalam kekerapan dan intensiti kicauan burung dalam musim yang berbeza dan dengan itu tingkah laku dan inferens masa yang berbeza. penghijrahan.

Modul analisis irama spesies haiwan berdasarkan teknologi cap suara juga sangat automatik dan pintar. Melalui latihan dan pengoptimuman algoritma pembelajaran mesin, modul ini boleh mengklasifikasikan dan mengenal pasti isyarat bunyi haiwan secara automatik, meningkatkan ketepatan dan kecekapan pemerhatian secara automatik. Pada masa yang sama, modul ini juga boleh menggabungkan data pemerhatian lain, seperti suhu dan kelembapan ambien, untuk menganalisis secara komprehensif hubungan antara perubahan irama spesies haiwan dan faktor persekitaran, memberikan sokongan data yang lebih mendalam dan komprehensif untuk penyelidikan ekologi.

V. Kesimpulan

Kami akan terus memperdalam aplikasi platform cerapan dekat bumi dalam sistem cerapan biodiversiti yang komprehensif. Di satu pihak, kami akan berusaha untuk meningkatkan tahap kecerdasan dan automasi peralatan pemerhatian, seperti mengoptimumkan prestasi kamera pelbagai spektrum pintar dan teknologi cap suara untuk meningkatkan ketepatan dan kecekapan data pemerhatian. Sebaliknya, kami akan meneroka lebih banyak jenis objek pemerhatian biologi, seperti serangga, reptilia, dan lain-lain, untuk mempunyai pemahaman yang lebih komprehensif tentang taburan dan perubahan biodiversiti. Di samping itu, kami juga akan memberi perhatian kepada interaksi dan kesan antara ekosistem untuk mendedahkan punca mendalam perubahan biodiversiti.

Melihat ke masa hadapan, kami berharap dapat membina sistem pemerhatian komprehensif biodiversiti yang lebih lengkap melalui penyelidikan dan inovasi berterusan. Sistem ini akan dapat memantau dan memberi amaran tentang perubahan dalam biodiversiti dalam masa nyata, menyediakan asas saintifik untuk perlindungan ekologi dan tadbir urus alam sekitar. Pada masa yang sama, kami juga berharap dapat mempromosikan pembangunan penyelidikan biodiversiti yang mendalam dan menyumbang kepada pembangunan mampan manusia melalui kerjasama dan pertukaran antara disiplin.

  Ahli ekologi terkenal EO Wilson pernah berkata: Kepelbagaian biologi adalah asas kehidupan di Bumi dan asas kelangsungan hidup dan pembangunan kita. Kami akan terus komited terhadap penyelidikan sistem pemerhatian biodiversiti yang komprehensif, bertindak balas terhadap konsep pembangunan lestari negara iaitu "air jernih dan gunung hijau adalah gunung emas dan perak", dan menyumbang kekuatan kami untuk melindungi biodiversiti Bumi dan mempromosikan pembinaan tamadun ekologi.