[發(fā)明專利]基于聲景大數(shù)據(jù)的生物多樣性實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和分析系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110885093.0
• 申請(qǐng)日: 2021-08-03
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113624279B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-10-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李春明;林嬰倫;王靜怡;翁辰;焦亞冉;趙景柱
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院城市環(huán)境研究所
• 主分類(lèi)號(hào): G01D21/02
• 分類(lèi)號(hào): G01D21/02
• 代理公司: 北京鵬帆慧博知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11903
• 代理人: 祝遼原

1.基于聲景大數(shù)據(jù)的生物多樣性實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和分析系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)采集點(diǎn)和一個(gè)數(shù)據(jù)中心，其中，現(xiàn)場(chǎng)采集點(diǎn)與數(shù)據(jù)中心通訊連接，現(xiàn)場(chǎng)采集點(diǎn)包括聲景大數(shù)據(jù)采集單元和聲景大數(shù)據(jù)傳輸單元，其中，聲景大數(shù)據(jù)采集單元用于采集生態(tài)系統(tǒng)的環(huán)境參數(shù)、聲音和圖像數(shù)據(jù)，聲景大數(shù)據(jù)傳輸單元用于將聲景大數(shù)據(jù)采集單元所采集的各種數(shù)據(jù)傳送至數(shù)據(jù)中心，數(shù)據(jù)中心包括聲景大數(shù)據(jù)分析單元和聲景大數(shù)據(jù)可視化單元，其中，聲景大數(shù)據(jù)分析單元用于對(duì)接收到的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，以及聲景大數(shù)據(jù)可視化單元用于對(duì)聲景大數(shù)據(jù)分析單元的處理和分析結(jié)果進(jìn)行展示，以實(shí)現(xiàn)對(duì)生物多樣性實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和分析。

2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，聲景大數(shù)據(jù)采集單元包括環(huán)境參數(shù)傳感器、聲音傳感器、攝像頭和微型電腦，微型電腦上集成RS485通信接口和USB接口，環(huán)境參數(shù)傳感器與RS485通信接口連接，聲音傳感器和攝像頭與USB接口連接。

3.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，攝像頭集成在聲音傳感器上。

4.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，現(xiàn)場(chǎng)采集點(diǎn)還包括供電單元，所述供電單元包括在線電源、應(yīng)急供電電池和監(jiān)測(cè)模塊，監(jiān)測(cè)模塊用于監(jiān)測(cè)在線電源的運(yùn)行狀態(tài)，若運(yùn)行狀態(tài)不正常則及時(shí)啟用應(yīng)急供電電池，以確保系統(tǒng)正常運(yùn)行。

5.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，聲景大數(shù)據(jù)傳輸單元包括4G或WIFI模塊和傳輸協(xié)議，其中，微型電腦和數(shù)據(jù)中心通過(guò)4G或WIFI模塊通訊連接，傳輸協(xié)議包括MQTT協(xié)議和FTP協(xié)議，環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)封裝為Json格式，通過(guò)MQTT協(xié)議進(jìn)行傳輸，聲音和圖像數(shù)據(jù)通過(guò)FTP協(xié)議傳輸。

6.如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，在數(shù)據(jù)中心中，對(duì)于環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)采用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行存放，而對(duì)于聲音和圖像數(shù)據(jù)則采用文件形式進(jìn)行存放，并依據(jù)時(shí)間和站點(diǎn)對(duì)文件進(jìn)行組織，以便后續(xù)對(duì)非結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的高效檢索。

7.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，聲景大數(shù)據(jù)分析單元包括特征提取模塊、CNN卷積網(wǎng)絡(luò)、UMAP降維模塊以及隨機(jī)森林模塊，根據(jù)獲得的聲景數(shù)據(jù)，在特征提取模塊的協(xié)助下，提取聲音的梅爾頻譜圖，并將生成的梅爾頻譜圖轉(zhuǎn)化成128維的特征向量，然后輸入CNN卷積網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分類(lèi)，分類(lèi)完成后借助UMAP降維模塊將128維的聲學(xué)特征降至2維空間，然后借助隨機(jī)森林模塊進(jìn)行特征聚類(lèi)，來(lái)實(shí)現(xiàn)不同特征聲音的集聚或者分散呈現(xiàn)。

8.如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，梅爾頻譜圖采用Kaiser窗口進(jìn)行采樣分析，以及CNN卷積網(wǎng)絡(luò)采用VGGish架構(gòu)。

9.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，聲景大數(shù)據(jù)可視化單元包括靜態(tài)統(tǒng)計(jì)結(jié)果可視化模塊和實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)信息可視化模塊，其中，靜態(tài)統(tǒng)計(jì)結(jié)果可視化模塊用于展示聲景大數(shù)據(jù)的分析結(jié)果，包括歸檔數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)報(bào)表，生物多樣性分析圖和歷史分析報(bào)告，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)信息可視化模塊用于實(shí)時(shí)展示在線現(xiàn)場(chǎng)采集點(diǎn)的聯(lián)網(wǎng)情況、聲音事件的偵測(cè)情況以及聲場(chǎng)內(nèi)的各類(lèi)環(huán)境參數(shù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和實(shí)景圖片。

10.如權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其特征在于，環(huán)境參數(shù)包括光照、輻照、風(fēng)速、大氣溫濕度、土壤溫濕度和大氣壓力。