智慧湿地鸟类识别智能系统.docx

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智慧湿地鸟类识别智能系统

“鸟类识别”智能系统

重庆英卡电子有限公司

1.项目概述

1.1.项目名称

XXXXX“鸟类识别”智能系统

1.2.建设目标

根据XXXXXXXXXX国家湿地公园型地理特征、鸟类分布区域、历年鸟类情况（包括种类、数量、活动季节、生活习性等），结合园区的科研和科普教育、园区维护的需求，在公园重点区域布置监测摄像头，建设完善的通信网络通道，并运用物联网、大数据、云计算建立一套智能化、现代化的“鸟类识别”智能系统，提升对湿地公园鸟类动物的管理能力、科研能力以及对广大市民的科普宣教能力。

（1）管理能力

通过“鸟类识别”智能系统，对鸟类进行实时监测，能够及时掌握湿地公园内鸟类种类、数量情况，达到对湿地公园鸟类的智能化管理目标。

（2）科研能力

通过人工智能分析，为鸟类的科学研究提供数据资源，达到相关管理部门对提升湿地公园生态环境、鸟类动物科研能力的目标。

（3）科普宣教能力

面向广大市民开放湿地公园微信公众端，增强湿地公园的趣味性和与民众的互动性，提升对广大市民的科普宣教能力。

2.项目建设的必要性

2.1.项目背景

为促进湿地公园健康发展，国家林业局2005年下发了《关于做好湿地公园发展建设工作的通知》（林护发〔2005〕118号），提出“湿地公园是以具有显著或特殊生态、文化、美学和生物多样性价值的湿地景观为主体，具有一定规模和范围，以保护湿地生态系统完整性、维护湿地生态过程和生态服务功能，并在此基础上以充分发挥湿地的多种功能效益、开展湿地合理利用为宗旨，可供公众游览、休闲或进行科学、文化和教育活动的特定湿地区域”。

后又出台了《国家湿地公园建设规范》（LY/T1755-2008）、《国家湿地公园评估标准》（LY/T1754-2008）和《国家湿地公园总体规划导则》（林湿综字〔2010〕7号）等文件，为保障我国湿地公园健康有序发展奠定了坚实基础。

2.2.现状及需求分析

现状

目前公园在鸟类监测管理和科普宣教方面还基本处于空白阶段，具体情况如下：

（1）公园内还没有一套针对鸟类的监测系统，仅仅是靠人主动进行观测，手段比较落后，且得到的数据不及时、不准确、不全面，特别是近危和濒危物种有可能因为出现的次数少、数量稀少，无法被观测到。

（2）在科普宣教方面，公园缺乏比较系统全面的宣教手段，广大市民仅通过公园内简单的展板介绍、了解湿地公园内的鸟类动物，远达不到民众需求。

需求分析

针对上述问题，公园内需要建立一套完善的“鸟类识别”智能系统，实现如下功能：

（1）对园内重点区域鸟类进行实时监控，并进行详细的统计分析，达到科研宣教科对公园内鸟类管理和科研的需求。

（2）利用云计算、物联网、移动互联网、大数据等现代信息技术，实现与广大市民的互动，增强公园科普宣教的娱乐性与趣味性。

（3）将“鸟类识别”智能系统数据并入大数据，实现数据分享，为鸟类保护研究提供重要数据支撑。

3.项目总体设计

3.1.指导思想与原则

本文件编制遵循以下基本原则：

（1）先进性和可扩展性原则

设计时充分考虑技术的先进性、前瞻性和可扩展性，以保证系统在相当长的时间内能满足本项目对管理和服务的实际需要。

（2）实用性和便捷性原则

设计时应考虑不同层次、不同岗位、不同专业用户需求的差异性，提供统一的访问接口、便捷的操作方式和友好的用户界面。

（3）可行性和可操作性原则

设计时应充分考虑建设的可行性和可操作性，在详细分析建设现状、建设需求和条件的基础上，制订合理的设计方案，提出合理的项目建设与运行管理方案。

（4）经济性与安全性原则

须在现有资金预算的前提下建立相对完善的网络与信息安全保障体系，妥善解决信息安全的问题，处理好经济与安全的关系，综合平衡成本和效益。

综合考虑信息采集、传输、处理和应用等各个环节应用的实际需要，在多方案论证和综合比较的基础上提出了既安全又经济的设计方案。

（5）可靠性和合理性原则

设计时除了充分保证可靠性外，还应建设合理的运行维护管理模式及相关保障体系，为系统的运行维护管理奠定良好的基础。

3.2.系统架构

总体架构

XXXXX“鸟类识别”智能系统技术架构由物联设备层、基础设施层、数据层、应用支撑层、应用层共五层架构和标准规范体系、运营保障体系两个体系构成。

4.项目建设内容

4.1.系统组成

本次项目新建的一套“鸟类识别”智能系统由前端视频监控摄像头、气候监测仪、负氧离子监测仪、传输链路、存储系统、边缘服务器、系统平台软件PC端、视频APP端、社会公众微信端、管理工作站、科普宣传牌等组成。

4.2.“鸟类识别”智能系统一张图

基于3DGIS引擎结合二维/三维高清卫星地图、谷歌卫星地图、天地图为支撑并叠加各类森林资源、公共设施资源，构建“鸟类识别”智能系统“一张图”，分别面向各级行政单位提供可视化、分级化、协同化的基础资源、湿地资源、湿地设施设备、湿地物资库、管理人员等空间地理分布数据，实时接入和动态展示鸟类分布热力图，提供分级化的各类基础图层、资源图层、专题图层的综合展示和资源监管。

鸟类分布热力图

呈现湿地公园内鸟类主要活动区域分布图，以便准确掌握湿地公园内鸟类活动情况。

4.3.“鸟类识别”智能系统管理平台

生物多样性保护系统

生物多样性保护系统提供鸟类动物多样性等资源的野外采集录入、抓拍识别、监测与保护、动物调查管理与决策。

系统通过影像、照片、文本等多种方式对生物多样性的数据进行汇集和统计，提供电子地图地理定位、媒体影像调阅、动植物数据检索等业务功能，为生物多样性的调查、采集、统计、分析及保护政策的制定和相关管理措施的颁发等决策提供数据支撑。

（1）鸟类识别

通过视觉智能服务器对前端抓拍相机抓拍的鸟类进行自动识别，并将识别结果进行统计。

（2）历史数据检索

可分类对前端设备、鸟类名称、保护等级对数据进行检索。

（3）预警发布

在发现监控区域内珍稀鸟类时，平台能够立即弹出告警信息，同时以通知微信/短信方式发送到指定的相关管理人员手中。

智能视频管理系统平台

智能视频管理系统分为平台端与APP端，平台端基于视频监控B/S端Web系统，支持单位用户授权分级管理和系统登录应用，系统包括支持三维电子地图上检索定位视频设备和调看视频画面，提供视频方位控制、焦距远近控制等操作；支持一分屏、四分频、六分屏、九分屏等多种分屏画面的同时展示，支持可通过列表等方式可任意选择切换调看任意一台视频画面，提供对任意一台监控视频的方位控制、焦距远近控制，支持雨刮、自动巡航、抓拍、录像等功能。

视频监控APP系统，支持授权用户登录APP后，选择视频监控画面的接入和调看，可任意选择切换调看任意一台视频单画面，同时提供视频方位控制、焦距远近控制等操作，也支持接收监控视频上报并推送的的告警信息。

社会公众微信平台

微信公众号是综合性生态民生服务公众号，旨在对广大市民进行科普宣教，弘扬生态文明。

社会公众关注公众号即可享有以下服务功能：

4.3.1.1.湿地公园简介

市民通过微信扫码关注后，即可进行公众号，打开XXXXXXXXXX国家湿地公园简介模块，可以了解公园基本信息（图文展示）。

4.3.1.2.鸟类介绍

微信公众号内具有鸟类介绍板块，主要介绍XXXXX国家湿地公园历年来出现过的鸟类（鸟类图片+文字介绍（名称、所属科目、基本习性、数量等））。

4.3.1.3.互动功能

市民能够通过公众号内部模块实时观看监控视频，监控视频来源于专门的一台视频监控摄像机。

4.3.1.4.生态保护

当社会公众发现新鸟类物种时，可以通过公众号拍照、录像、录音、文字等方式上报信息。

管理平台就此启动查证运行工作机制。

4.3.1.5.动物识别

当社会公众遇到无法识别的鸟类动物时，可通过公众号拍照上传到云端进行人工智能系统，快速获得鸟类动物识别信息。

4.3.1.6.实时数据展示

实时更新公园内识别到的鸟类数据到微信公众平台，游客关注微信公众号即可查看实时数据，且可直观查看当前数据对应的视频。

4.4.大数据统计分析及展示系统

系统平台通过前端监控摄像头传来的数据结合视觉智能服务器，对数据进行统计分析，以图形或表格展示出鸟类数量、种类。

统计包括位置统计（以位置为基础，不同时段数量统计分析）、同比统计（以每年的相同月、周、日做同比基础，把监测区域内的数量、种类做同期对比分析）、种类统计（监控区域内出现的鸟种类）。

4.5.前端硬件设备

视频监控摄像机

4.5.1.1.概述

本次根据现场查勘情况，结合用户具体需求，在XXXXXXXXXX国家湿地公园西岸重点区域设置4台25倍高清云台视频监控摄像机和1台1KM鸟类识别高清云台摄像机，在观鸟屋设置2台1KM鸟类识别高清云台摄像机，对XXXXX国家湿地公园鸟类主要活动区域进行全天候实时监测。

其中公园西岸的高清云台视频监控摄像机通过视频云服务通道，结合本次新建设的社会公众微信平台对市民进行开放。

4.5.1.2.供电方式

本次新建的视频监控摄像机全采用市电进行供电，其中视频监控设备市电取自附近厕所，南岸观鸟屋视频监控设备市电取自泵房。

4.5.1.3.网络传输方式

本次新建的视频监控摄像机距离管理中心较远，因此采用光纤结合无线微波传输至管理中心机房

视觉智能服务器

4.5.1.4.产品概述

对前端视频监控设备实时采集的图像进行多帧分割，利用多层卷积神经网络和深度学习，采用核心计算和模型算法驱动GPU中并行处理，提取鸟类特征和动态分析，对视频画面中的鸟类进行实时侦测和识别。

4.5.1.5.功能特点

（1）弹性扩展

自主研发的深度学习AI算法模型，先进B/S技术架构，硬件资源可弹性扩展和灵活升级，物联网边缘计算部署应用。

（2）1对N智能升级

一台视觉智能服务器可接入多个普通视频摄像头并立即升级为AI监控视频，云端阿里云计算支撑，购买即服务，节省建设投资。

（3）端云协同

支持多厂家多设备同时接入，视频解码轻松上网，分辨率弹性调节，降低带宽成本，互联网和局域网可灵活切换，浏览器即开即用，无需安装部署。

物候监测系统

物候监测器

（1）概述

物候监测器为一体化多要素环境探测装置，采用NB-IOT通信方式，实现对设备周边气候环境的感知探测，其环境要素包含温度、湿度、风速、风向、雨量、紫外UV、光照度、气压、露点、PM2.5、PM10等。

该设备体积小巧，安装维护方便，可对XXXXX进行实时环境气候监测，为“鸟类识别”智能系统研究提供重要数据。

（2）功能

（1）通过云服务平台，能够远程查看设备的最新环境历史数据，实现对重点监测地带的长效气候环境监测；

（2）通过云服务平台对气候环境数据进行分析，有助于分析鸟类分布、迁徙情况、鸟类选择巢址与繁殖的情况。

管理中心配套设备

4.5.1.6.存储系统

（1）容量计算

本次工程7台监控摄像机监控数据回传至管理中心进行存储及监视，按照60天进行视频存储。

视频图像存储计算方式如下：

1080P可见光存储码流：

4Mbps；

4.5.1.7.大屏显示系统

湿地公园管理中机构显示大屏系统由显示单元、显示控制及操作台组成。

显示单元为拼接屏，显示控制子系统包括矩阵/拼接/解码上墙设备、控制电脑终端等。

（1）拼接屏

目前主流的室内拼接屏使用的屏幕主要有LCD显示屏、DLP显示屏（LED光源）及小间距LED显示屏，三种显示技术对比如下表所示：

大屏幕显示技术对比表

显示技术

小间距LED屏

DLP拼接屏（LED光源）

LCD显示屏

显示原理

自发光

光源投射

背光投射

分辨率

像素间距较大，达到1080P的拼接面积较大

几十英寸的单屏即可达到1080P

几十英寸的单屏即可达到1080P

物理拼缝

无拼缝

有拼缝，一般≤0.5mm

目前最新产品拼缝为1.5mm，普遍为3.5mm

色彩饱和度

一般大于等于97%

较低

为92%左右（DID屏

可视角度

主流为140°/140°

主流为120°/80°

主流为178°/178°

箱体大小

屏体体积相对较小，比DLP薄几倍

箱体体积较大，占空间较大，承重要求较高，宜安装在梁上

拼接单元轻薄

成本

价格中高，间距越小价格越高

价格中高

价格中低

观看效果

无缝隙，整体性墙，适合显示文字

2~4米的观看者长时间观看（尤其是1小时持续的观看）将造成眼睛不适。

有拼缝

有拼缝

距LED屏2~4米的观看者长时间观看（尤其是1小时持续的观看）将造成眼睛不适；虽可大范围调低亮度及选用P1.6及以下的产品，但也仅能缓解不适，无法杜绝该问题。

由于本次工程大屏安装的场所空间较小，操作人员离拼接屏较近，若使用小间距LED，由于小间距LED亮度较高且灯珠直接裸露，长时间观看（尤其是1小时持续的观看）将造成眼睛不适。

DLP拼接屏箱体体积较大，承重要求较高，需设置独立的检修间，本次工程不适合选择DLP屏。

且DLP屏使用时间久后，不同屏幕的亮度差可能会导致“阴阳脸”问题的出现。

综上对比，本次工程建议采用LCD拼接屏，其分辨率高，设备轻便，可采用前维护，安装简单，但明显的拼缝（即使是最小拼缝的LCD）会影响观看效果。

拼接屏根据现场的实际情况采用支架安装。

（2）显示控制

本次工程的显示内容主要为前端摄像头画面及本地电脑画面，相关显示画面可在拼接屏上实现常规的全屏、开窗、漫游，缩放等操作。

1）本地计算机的视频信号上屏显示

本地的计算机PC，通过PC的HDMI/DVI视频输出口，将PC上显示的画面输出至大屏，可以以窗口形式同时显示在大屏幕上。

可以实现单屏显示、任意大小显示、跨屏显示、相互叠加、整屏漫游、任意缩放等显示功能。

2）远端视频监控信号解码上屏显示

部署在远端的监控摄像头的画面通过网络传送至综合楼管理中心，通过对其进行解码后通过视频接口输出，解码器宜内置于视频控制设备内，避免设置独立的解码器。

3）显示控制

本次工程部署显示专用控制电脑，电脑上部署视频控制软件，实现对大屏拼接、输入输出切换的控制，同时对远端的视频监控的控制。

（3）操作台

在管理中心部署操作台及操作电脑，操作电脑显示器及鼠标键盘放置在操作台桌面上，控制电脑主机可安装在操作台内部，内部设置强电PDU及各种弱电接口。

（4）控制软件功能

1）视频切换

支持网络编码视频输入、VGA/DVI/HDI信号输入。

支持DVI/HDMI接口输出。

支持视频输入输出切换操作。

2）拼接控制

支持大屏拼接功能，可将多个显示缓坡拼接成一个大屏。

支持开窗漫游功能。

支持多画面分割，支持多画面分割，能够支持1、4等多种分割模式。

支持拖动、缩放、叠加等功能。

3）解码上屏

支持实时视频解码上墙，用户可以用鼠标直接监控点到解码窗口中，立刻进行该监控点实时视频的解码上墙处理。

支持历史录像回放视频解码上墙，用户可查询前端设备或中心存储录像，并将播放的录像视频直接拖拽到解码窗口中，立刻进行该监控点当前回放视频的解码上墙功能。

支持动态解码上墙云台控制功能，在监控点实时视频进行解码上墙时，用户对解码窗口进行选中后，点击云台控制操作盘进行云台控制操作。

4）报警上墙

支持报警场景切换，用户可以单独配置一个报警场景，当该报警场景上配置的报警触发时，拼接屏自动切换到报警场景中，并进行相应的视频解码上墙显示。

支持单屏报警上墙，用户可以在独立的监视屏或拼接大屏中进行报警上大屏配置，当计划内的报警产生时能够在配置的大屏中进行报警上墙功能，整个配置可按监视屏配置多个报警，各个监视屏可独立配置。

根据需求，在管理中心墙上安装一套2行*3列的布局共计建设6块LCD液晶拼接屏，采用前维护拼接屏，单块液晶拼接屏的尺寸为55英寸。

55英寸的LCD液晶拼接屏尺寸约为1215mm（W）×686mm（H），整个显示屏长约3.645米，高约1.372米。

4.5.1.8.其他辅助设备

本次项目根据需求，在湿地公园管理中心新建一批辅助设备设施，包括交换机、管理电脑、双联监控操作台、42U机柜等。

科普宣传牌

湿地公园鸟类知识的科普宣传，不仅是湿地保护中心内部的要求，更是社会公众的需求。

本次项目在公园指定区域内设立宣传牌，进一步加强湿地公园鸟类科普宣传力度，提升社会公众对XXXXX国家湿地公园的认知与对相关鸟类的了解，提升公众生态保护意识。

宣传牌主要内容有：

XXXXX鸟类简介和本次新建设的鸟类科普微信公众号二维码。

民众可以通过扫码关注微信公众号，了解相关知识，并进行互动，提升科普宣传的趣味性。