監(jiān)測“藍(lán)眼淚”有新技術(shù)!深圳先進(jìn)院研發(fā)視頻分析新算法 賦能海岸生態(tài)智慧管理
近日,中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院集成所光電工程技術(shù)中心李劍平正高級工程師團(tuán)隊與自然資源部海島研究中心、第三海洋研究所團(tuán)隊的合作研究成果,在生態(tài)信息學(xué)期刊Ecological Informatics上正式發(fā)表。該工作創(chuàng)新性地開發(fā)了適用于“藍(lán)眼淚”現(xiàn)象的BT-YOLO實時視頻監(jiān)測算法,實現(xiàn)了對“藍(lán)眼淚”發(fā)生位置和區(qū)域的精準(zhǔn)分割與量化分析。
本研究得到了自然資源部海島研究中心牽頭建設(shè)的福建省海島資源生態(tài)監(jiān)測與保護(hù)利用重點實驗室開放課題的資助,為未來實現(xiàn)“藍(lán)眼淚”時空預(yù)報與等級評估奠定了關(guān)鍵技術(shù)基礎(chǔ)。
“追淚”熱潮下的管理難題
近年來,“追淚”已成為平潭等地春夏季節(jié)的特色旅游活動,大量游客慕名而來,期待一睹“藍(lán)眼淚”的奇幻景觀。然而,由于藻華發(fā)生具有突發(fā)性、移動性和空間不確定性,“追淚”活動面臨著巨大挑戰(zhàn),即觀賞體驗難以保障,游客往往依靠社交媒體碎片化信息和運氣成分“碰運氣”,難以準(zhǔn)確預(yù)測和定位爆發(fā)區(qū)域,經(jīng)常乘興而來、敗興而歸,影響了旅游體驗和當(dāng)?shù)芈糜螛I(yè)的口碑;安全隱患突出,大量游客夜間自發(fā)聚集在黑暗的海岸區(qū)域,缺乏統(tǒng)一的引導(dǎo)和管理,易發(fā)生擁擠、落水等安全事故;生態(tài)保護(hù)壓力增大,無序的旅游活動可能對脆弱的潮間帶生態(tài)系統(tǒng)造成破壞。
技術(shù)突破:從識別到量化的算法創(chuàng)新
本研究的核心創(chuàng)新在于開發(fā)了能夠在視頻中實現(xiàn)對“藍(lán)眼淚”發(fā)生區(qū)域進(jìn)行像素級分割和定量化分析的BT-YOLO算法。與傳統(tǒng)僅能識別"有無"的方法不同,該算法可以精準(zhǔn)定位,準(zhǔn)確分割視頻中"藍(lán)眼淚"發(fā)生的具體區(qū)域輪廓;量化分析,對發(fā)光區(qū)域的面積、強(qiáng)度等參數(shù)進(jìn)行定量計算;等級評估,為后續(xù)建立"藍(lán)眼淚"發(fā)生等級標(biāo)準(zhǔn)提供數(shù)據(jù)支撐。
這一技術(shù)突破為未來實現(xiàn)"藍(lán)眼淚"時空預(yù)報奠定了堅實基礎(chǔ)。研究的終極目標(biāo)是建立一套能夠預(yù)測"藍(lán)眼淚"發(fā)生時間、位置、范圍和強(qiáng)度的預(yù)報系統(tǒng),為政府部門的旅游安全管理提供科學(xué)依據(jù)。
研究亮點:年輕人擔(dān)綱的應(yīng)用型研究
本研究的一個顯著特色是由年輕的研究生團(tuán)隊主導(dǎo)完成,體現(xiàn)了深圳先進(jìn)院注重培養(yǎng)青年學(xué)生解決實際問題能力的育人理念。中國科學(xué)院大學(xué)巴基斯坦籍研究生Naseeb Abbas作為第一作者,主導(dǎo)了核心算法的研發(fā)與實驗驗證;深圳先進(jìn)院與香港理工大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)博士生鄭凱健負(fù)責(zé)課題的組織管理與協(xié)調(diào)。
合作創(chuàng)新:多機(jī)構(gòu)協(xié)同攻克技術(shù)難題
自然資源部海島研究中心和第三海洋研究所團(tuán)隊在本工作中提供了重要支撐。海島研究中心憑借其對平潭海域環(huán)境特征和"藍(lán)眼淚"發(fā)生規(guī)律的深入理解,為算法優(yōu)化提供了關(guān)鍵的領(lǐng)域知識;第三海洋研究所顧海峰研究員在海洋生態(tài)監(jiān)測方面的專業(yè)經(jīng)驗,為技術(shù)路線的設(shè)計提供了重要指導(dǎo)。這種跨機(jī)構(gòu)、多學(xué)科的合作模式,確保了技術(shù)方案既具有學(xué)術(shù)創(chuàng)新性,又具備實用性和可推廣性。
發(fā)展路徑:從技術(shù)儲備到業(yè)務(wù)化應(yīng)用
本研究建立的算法基礎(chǔ)為后續(xù)研究工作提供了重要支撐。雖然最終的業(yè)務(wù)化預(yù)報系統(tǒng)還需要在沿海監(jiān)測攝像機(jī)網(wǎng)絡(luò)部署完成后,基于實際監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步開發(fā)和驗證,但當(dāng)前的工作已經(jīng)解決了最核心的技術(shù)難題。
"這項工作好比我們已經(jīng)準(zhǔn)備好了精準(zhǔn)的'秤'和'尺子',"光電工程技術(shù)中心李劍平正高級工程師解釋說,"一旦未來平潭的監(jiān)測相機(jī)網(wǎng)絡(luò)建成,我們就可以立即開始'稱重'和'測量',快速推進(jìn)預(yù)報系統(tǒng)的研發(fā)?,F(xiàn)在的技術(shù)儲備讓后續(xù)工作能夠更加從容地開展。"
范式創(chuàng)新:可推廣的智能監(jiān)測解決方案
這套技術(shù)框架具有很強(qiáng)的擴(kuò)展性,不僅適用于"藍(lán)眼淚"監(jiān)測,只需對算法進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整,便有可能應(yīng)用于赤潮監(jiān)測、海上漂浮物識別等多種海洋環(huán)境監(jiān)測場景,為智慧海洋管理提供通用的技術(shù)解決方案。

藍(lán)眼淚(圖片由平潭劉章宇先生提供)

團(tuán)隊合影
原文鏈接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1574954126000014?via%3Dihub
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