生物多样性声纹识别

一、产品介绍
S-CGAS 生物多样性声纹识别设备是一套以声学感知与人工智能技术为核心的一体化野外监测系统，主要针对鸟类等陆生生物开展常态化非侵入式监测。设备摒弃传统人工巡查、目视识别的监测模式，依托高保真声学采集单元、智能降噪电路与 AI 声纹识别算法，可全天候捕捉野外生物鸣叫声纹，自动完成物种判定、种群统计与行为分析。
整套设备防护等级高，能够适应森林、湿地、草原等复杂野外环境，支持电池、蓄电瓶、太阳能等多种供电方案，搭配超大容量本地存储，可长期无人值守运行。系统搭载 4G 全网通传输模块，采集的声纹数据可实时上传至云端平台，结合定位信息实现数据时空标注。云端平台集成数据统计、可视化分析、多级预警等功能，可识别上千种鸟类物种，同时对非法捕猎、环境扰动、设备故障等异常状态及时告警。
本设备安装灵活、运维简便，既可以单点布设开展专项物种监测，也可组建网格化监测网络实现区域生物多样性普查，广泛应用于自然保护地、湿地公园、生态景区、科研院所等场所，为生物多样性保护、生态质量评估、野生动物研究提供连续、精准的数字化支撑。 二、功能特点

1. 高保真声学采集

设备配备多组全向麦克风，支持单 / 双通道录制，兼容 WAV、MP3 两种主流音频格式，采样率档位丰富，最高可达 384KHz。内置专业放大器与多级滤波电路，增益范围 0~60dB 连续可调，搭配智能声控与主动降噪功能，可有效过滤风声、水流等环境杂音，声纹采集距离可达 100 米以上，保障原始音频的完整性与清晰度。

2. AI 智能声纹识别

搭载深度学习声纹比对算法，内置海量鸟类声纹数据库，可识别物种数量超 1500 种，30 米范围内可实现精准物种识别。系统自动提取声纹频谱、波形等特征完成物种分类，同步统计生物出现频次、种群数量，识别模型支持云端在线迭代升级。

3. 灵活录制管控

支持 24 小时连续录制与分段定时录制两种模式，最多可设置 16 个自定义录制时段，单时段录制时长可在 1~60 分钟区间自由调节，可根据生物活动规律定制采集策略，合理降低设备功耗与存储压力。

4. 多元供电与大容量存储

兼容 AA 电池、18650 电池包、DC12V 蓄电瓶、太阳能充电等多种供电方式，野外无市电场景也可长期工作；设备最大支持 2TB SD 卡本地存储，断网状态下可完整缓存音频数据，联网后自动补传，杜绝数据丢失。

5. 定位与全维度数据融合

集成自动定位模块，可实时采集设备经纬度、海拔、时间信息，将声纹数据与空间、时间信息绑定，实现生物活动空间分布、活动节律的综合分析。同时配备心跳检测功能，云端可实时查看设备在线状态。

6. 多协议无线传输

标配 4G 全网通通讯模块，也可适配专网组网，兼容 HTTP、HTTPS、FTP 等通用传输协议，音频数据、设备状态信息传输稳定，满足不同野外组网需求。

7. 超强环境适应性

整机防护等级达到 IP68，具备防水、防尘、防风、防雨能力，工作温度区间为 - 40℃~80℃，可在严寒、高温、多雨、风沙等各类野外恶劣环境中稳定运行。

8. 远程运维管理

管理人员可通过云端平台远程修改设备录制参数、传输规则，在线升级算法与声纹数据库，无需前往现场调试，大幅降低野外运维工作量。

9. 多类型智能预警

可自定义预警规则，针对珍稀保护鸟类出现、外来物种入侵、种群数量突变、野外非法噪音、设备断电断网等场景自动触发告警，采用平台弹窗、短信、APP 推送多种方式提醒管理人员。

10. 多维数据分析与报表

云端平台自动对声纹数据进行分类统计，生成物种名录、种群变化曲线、分布热力图等可视化图表，支持按日、周、月、年筛选数据，可导出 Excel、PDF 格式监测报告，满足归档与科研使用需求。
三、监测原理
本系统融合声学传感技术、模拟信号处理技术、AI 声纹识别算法、无线通信与大数据技术，形成 “声纹采集 — 信号处理 — 智能识别 — 存储传输 — 分析预警” 全闭环工作流程，具体分为五大环节：

1. 声纹信号采集与处理

全向麦克风捕捉野外鸟类及其他生物的鸣叫声，将声波物理信号转换为模拟电信号。设备内部放大器、滤波器对电信号进行放大、降噪处理，过滤风声、水流、人为噪音等干扰，保留纯净的生物声纹信号，同时根据现场环境自动或手动调节增益，优化采集效果。

2. 本地数据缓存

处理后的音频数据按照预设格式与录制规则存储至本地 SD 卡，设备同步记录采集时间、经纬度、海拔等信息，完成单条声纹数据的时空标注。网络中断时，数据持续本地缓存，保障数据完整。

3. 无线数据传输

设备通过 4G 全网通模块，将音频文件、设备运行状态、定位信息按照标准协议上传至云端分析平台；网络恢复后，自动补发断网期间缓存的所有数据。

4. AI 声纹智能识别

云端平台提取音频中的声纹频谱、波形、时频变化等核心特征，与内置标准鸟类声纹数据库进行特征比对，依靠机器学习算法完成物种判定、个体数量统计，并区分正常鸣叫、异常声响。

5. 数据分析与多级预警

平台整合全域监测数据，分析生物种群动态、活动节律、空间分布规律。当监测到保护物种、外来物种、异常噪音或设备故障时，系统触发对应预警；同时自动生成各类统计报表与分析图表，为生态保护、科研工作提供数据支撑。
四、设备参数
（一）核心采集传感器参数
 

参数名称	技术指标
采集频率范围	20Hz~20KHz，频响范围 10Hz~192KHz
采样率档位	8k/12k/16k/24k/32k/44.1k/48k/96k/192k/384KHz（多档位可选）
音频格式	WAV、MP3；声道：单声道 / 双声道
动态声压	30~126Db (SPL)
增益调节	0~60dB 连续可调
采集距离	有效采集距离＞100 米，30 米内物种精准识别
录制模式	24 小时连续录制、分段定时录制（最多 16 个时段）
单时段录制时长	每小时 1~60 分钟可调

（二）全向麦克风参数
 

参数名称	技术指标
拾音方式	全向拾音
灵敏度	-26dB /-32dB（二选一，0dB=1V/pa@1kHz）
灵敏度精度	±1dB
信噪比	≥80dB（1V/pa@1kHz）
数量配置	标配 2 个，可选配额外 2 个可插拔麦克风

（三）供电系统参数
 

参数名称	技术指标
内置电池	支持 AA 电池、18650 电池包（单节≥2000mAh）
外接供电	DC12V 蓄电瓶、太阳能充电板（输出 DC12V，充电效率≥18%）
续航能力	18650 电池满电状态下，常规模式连续工作≥7 天

（四）存储与通讯参数
 

参数名称	技术指标
本地存储	最大支持 2TB SD 卡，读写速度≥90MB/s
通讯方式	4G 全网通、专网
传输协议	HTTP、HTTPS、FTP
辅助功能	设备心跳检测、远程参数配置、固件升级

（五）环境与物理参数
 

参数名称	技术指标
工作温度	-40℃ ~ 80℃
工作湿度	0~95% RH（非凝露）
防护等级	IP68
定位功能	自动采集经纬度、海拔，时间精度为秒级
安装方式	绑带式、支架式

五、应用行业

1. 自然保护行业

应用于国家级、省级自然保护区、森林公园、草原保护区等区域，开展鸟类及伴生生物种群普查、珍稀物种长期追踪，掌握物种分布、种群动态，助力保护区日常管护与生物多样性保护。

2. 生态文旅行业

服务于湿地公园、生态景区、郊野公园等场所，监测园区野生生物资源，结合声纹数据打造生态声景科普项目，同时监测人为噪音、游客干扰，维护景区生态环境。

3. 生态环境监测行业

作为区域生态质量评价的重要监测手段，用于生态红线区、水源涵养区、修复地块的常态化监测，通过生物种群变化评估生态治理与修复成效。

4. 科研教育行业

为农林院校、生态科研机构、野生动物研究单位提供长期连续的声纹数据，支撑鸟类行为学、种群演化、栖息地选择等课题研究与教学试验。

5. 鸟类迁徙监测行业

在鸟类迁徙通道、停歇地、中转站点布设设备，监测迁徙鸟类的种群规模、迁徙时间与活动规律，为迁徙鸟类专项保护提供依据。

6. 城市生态管理行业

用于城市公园、城市绿地、滨水廊道等城区生态空间，监测城市野生生物分布，评估城市生态建设水平，指导城市绿化与生态规划。

7. 农林防护行业

在农田、经济林区周边布设设备，监测野生鸟类活动规律，预判鸟类取食等行为，辅助农林灾害防控，平衡生态保护与农业生产。
六、安装方式
1. 前期点位规划
结合监测目标、地形地貌与生物活动习性选择点位，优先选取鸟类觅食区、饮水点、林缘、迁徙通道等生物高频活动区域；避开强噪音源、低洼积水处、强雷击区域。根据监测范围采用网格状或线状布点，保障监测无盲区。
2. 设备安装（两种主流方式）

• 绑带式安装（林区、树干场景）：使用配套耐磨绑带将设备固定在树干上，安装高度结合目标生物习性设置，设备麦克风朝向开阔区域，保证拾音无遮挡，绑带收紧牢固，防止设备晃动。
• 支架式安装（湿地、草地、无树木区域）：提前预埋固定立杆，将设备安装在金属支架上，调节设备角度，使麦克风朝向生物主要活动方向，支架安装稳固，抵御野外风雨冲击。

3. 供电与接线
根据现场供电条件选择供电方案：野外无市电区域搭配太阳能板与电池包；固定监测点位可外接 DC12V 蓄电瓶。所有接线接口做好防水密封处理，山区雷雨区域加装防雷配件。插入 SD 卡，安装 4G 物联卡，确保通讯链路正常。
4. 参数配置与伪装
通过云端平台或本地调试工具，设置录制时段、采样率、增益、降噪等级等参数；利用周边植被对设备进行简易伪装，减少人为及生物对设备的干扰。
5. 系统联调
设备开机后，查看心跳信号、通讯状态，现场抽检音频采集效果；登录云端平台，核对数据上传、物种识别、定位信息是否正常，试运行 1~2 周，根据实际情况优化参数。
6. 日常巡检
定期（每月 / 每季度）前往现场，检查设备固定状态、电池电量、SD 卡剩余容量、麦克风遮挡情况，及时清理杂物、更换电源，保障设备持续运行。
七、使用场景

1. 珍稀保护物种专项监测

针对国家一、二级保护鸟类、濒危野生生物布设专项监测点位，全天候追踪物种活动范围、繁殖规律、栖息状态，为珍稀物种保护方案制定提供核心数据。

2. 区域生物多样性普查

在大范围自然区域组建网格化监测网络，全面统计区域内生物种类、种群数量，建立完整的生物多样性档案，完成本底资源调查。

3. 鸟类迁徙动态监测

在候鸟迁徙路线、中途停歇地布设设备，全年记录迁徙鸟类的过境时间、种群规模、停留时长，掌握迁徙节律。

4. 生态修复成效评估

在矿山修复区、退耕还林、湿地修复等工程地块长期监测，通过生物种群数量、种类变化，直观评估生态修复工程的实施效果。

5. 野外生态干扰预警

实时识别枪声、机械噪音、人为喧哗等异常声响，快速发现非法捕猎、植被破坏等行为，第一时间发出预警，守护野外生态安全。

6. 科研数据采集

为高校、科研院所提供标准化连续声纹数据，用于鸟类声纹特征、行为习性、种间关系等试验研究。

7. 城市绿地生态监测

对城市公园、滨河绿地等区域开展常态化监测，掌握城区野生生物分布，为城市生态规划、绿地养护提供参考。
八、效果分析

1. 监测效率显著提升

设备实现 24 小时无人值守监测，可覆盖密林、夜间、极端天气等人工监测盲区。全流程自动化完成声纹采集、物种识别、数据统计，相比传统人工巡查，人力投入大幅减少，整体监测效率提升数倍。

2. 监测数据精准可靠

高保真采集电路搭配多级降噪技术，可在复杂野外环境下保留纯净声纹；AI 算法识别能力强，30 米内识别准确率高，数据连续性、规范性满足科研与工程使用要求。非侵入式监测模式不会干扰生物正常栖息，采集的声纹数据更贴近自然状态。

3. 野外适配能力突出

IP68 高防护等级与 - 40℃~80℃宽温设计，可适应全国各类野外气候与地形；多供电方案适配市电、无电等不同现场，长续航设计降低现场巡检频次，减少人员野外作业风险。

4. 运维成本有效降低

依托 4G 无线传输与远程运维功能，管理人员可在线完成参数修改、故障排查、算法升级，无需频繁抵达野外点位。模块化设计简单易懂，设备检修、配件更换便捷，长期运维成本低廉。

5. 数据应用价值丰富

系统自动生成报表、曲线、热力图等可视化成果，数据支持多格式导出，可直接用于生态报告编制、科研论文、项目验收，同时时空关联数据可深度挖掘生物活动规律，支撑科学决策。

6. 生态保护价值突出

实时预警功能可快速发现非法捕猎、环境扰动等威胁，助力野外生态执法；长期种群监测数据能够预判物种生存风险，为栖息地修复、保护政策制定提供科学依据。

7. 系统拓展性强

设备可单独使用，也可批量组网搭建全域监测网络，还能与视频监测、气象监测设备联动，构建一体化生态监测体系，适配不同规模、不同类型的监测项目。
九、国标规范
本产品的设计、生产、安装、数据采集与应用，严格遵循国家及行业相关标准：

1. GB/T 31534-2015《生物多样性监测技术规范》，规范生物多样性监测整体流程、设备与数据要求。
2. HJ 1226-2021《生态系统监测技术导则 鸟类》，明确鸟类声学监测的方法、指标与数据分析规则。
3. GB/T 22268.1-2008《鸟类调查方法 第一部分：现场观察法》，补充声学监测的数据统计与归档要求。
4. GB/T 37908-2019《生态环境监测技术要求 信息采集》，规范声纹数据采集、存储与传输标准。
5. GB/T 17626 系列《电磁兼容 试验和测量技术》，保障设备在野外复杂电磁环境下稳定运行。
6. GB/T 4208-2017《外壳防护等级（IP 代码）》，定义设备 IP68 防水、防尘的技术指标与检测方法。

十、参考文献
[1] 被动声学监测技术在生物多样性调查中的应用研究
[2] 鸟类声纹识别算法与野外监测技术手册
[3] 人工智能在野生动物监测领域应用进展
[4] GB/T 31534-2015，生物多样性监测技术规范 [S]
[5] HJ 1226-2021，生态系统监测技术导则 鸟类 [S]
[6] 自然保护区智能化监测系统构建指南