[发明专利]基于声景大数据的生物多样性实时监测和分析系统

说明书

本发明涉及基于声景大数据的生物多样性实时监测和分析系统，其中，所述系统包括多个现场采集点和一个数据中心，其中，现场采集点与数据中心通讯连接，现场采集点包括声景大数据采集单元和声景大数据传输单元，其中，声景大数据采集单元用于采集生态系统的环境参数、声音和图像数据，声景大数据传输单元用于将声景大数据采集单元所采集的各种数据传送至数据中心，数据中心包括声景大数据分析单元和声景大数据可视化单元，其中，声景大数据分析单元用于对接收到的各种数据进行处理和分析，以及声景大数据可视化单元用于对声景大数据分析单元的处理和分析结果进行展示，以实现对生物多样性实时监测和分析。

技术领域

本发明涉及一种基于声景大数据的生物多样性实时监测和分析系统。

背景技术

生物多样性在传统研究中通常是通过物种丰度、物种全基因组或物种功能特征等相关的指标来衡量，但这些指标的获取往往需要耗费大量的人力和物力。声景作为一个综合性很强的生态指标，包含着丰富的生态学信息，如雀鸟鸣叫、风吹水流，以及城市的各类噪音，具有大数据的典型特征，同时具有易得，易记录的特点，随着录音技术的发展，为生物多样性的实时监测带来了新思路。

目前国内外对声景数据的采集多以手持设备进行采集，如便携式录音机，或者通过在野外布设录音设备进行声音采集，录音结束后取回实验室进行分析。声景相关参数，如声场中的温湿度、辐照、风速、气压等环境参数缺乏采集，而这些环境参数都对生物有着直接或者间接的影响。同时声音文件作为一种高密度数据，其数据容量远高于常规环境参数数据，对其进行远程传输，在野外对有限的网络带宽带来了极大的挑战。

在借助声景来分析生物的多样性的研究方面，尽管有各类型的声音指数为生物多样性评价提供了帮助，但是受制于不同场景，使得指数的通用性差，缺乏可移植性，目前还没有一个单独的声音指数能够准确地描述生物多样性。

发明内容

本发明旨在提供一种基于声景大数据的生物多样性实时监测和分析系统，以解决上述问题。为此，本发明采用的具体技术方案如下：

基于声景大数据的生物多样性实时监测和分析系统，其可包括多个现场采集点和一个数据中心，其中，现场采集点与数据中心通讯连接，现场采集点包括声景大数据采集单元和声景大数据传输单元，其中，声景大数据采集单元用于采集生态系统的环境参数、声音和图像数据，声景大数据传输单元用于将声景大数据采集单元所采集的各种数据传送至数据中心，数据中心包括声景大数据分析单元和声景大数据可视化单元，其中，声景大数据分析单元用于对接收到的各种数据进行处理和分析，以及声景大数据可视化单元用于对声景大数据分析单元的处理和分析结果进行展示，以实现对生物多样性实时监测和分析。

进一步地，声景大数据采集单元包括环境参数传感器、声音传感器、摄像头和微型电脑，微型电脑上集成RS485通信接口和USB接口，环境参数传感器与RS485通信接口连接，声音传感器和摄像头与USB接口连接。

进一步地，摄像头集成在声音传感器上。

进一步地，现场采集点还包括供电单元，所述供电单元包括在线电源、应急供电电池和监测模块，监测模块用于监测在线电源的运行状态，若运行状态不正常则及时启用应急供电电池，以确保系统正常运行。

进一步地，声景大数据传输单元包括4G或WIFI模块和传输协议，其中，微型电脑和数据中心通过4G或WIFI模块通讯连接，传输协议包括MQTT协议和FTP协议，环境参数数据封装为Json格式，通过MQTT协议进行传输，声音和图像数据通过FTP协议传输。

进一步地，声景大数据分析单元包括特征提取模块、CNN卷积网络、UMAP降维模块以及随机森林模块，根据获得的声景数据，在特征提取模块的协助下，提取声音的梅尔频谱图，并将生成的梅尔频谱图转化成128维的特征向量，然后输入CNN卷积网络进行分类，分类完成后借助UMAP降维模块将128维的声学特征降至2维空间，然后借助随机森林模块进行特征聚类，来实现不同特征声音的集聚或者分散呈现。