准确识别入侵物种，AI构建南水北调生态安全新防线。

2024 2008年，南水北调中线工程全线通水。 10 周年纪念日。“南水北调”作为我国北方水资源短缺的重大水利工程，具有极其重要的战略意义。截至今年 3 月数据显示，南水北调东、中线一期工程累计调水 700 亿立方米，受益人口 1.76 亿人。

但总的来说，南水北调工程作为世界上规模最大、u200c技术最复杂、u200c难度最大的水利工程之一，并不是一帆风顺的，而是面临着技术、生态环境等方面的严峻考验。特别是在调水质量交换频繁的调水工程沿线，生物入侵成为不可忽视的重要研究课题。

那么，AI 技术能否在这一领域发挥关键作用，帮助更快地监测“南方水生动植物向北运输”？伴随着技术手段的不断升级，行业内的科技创新团队也开始了。不久前，从第四届开始 Light 公益创造营的技术 1079 团队中脱颖而出，不爱吃鱼。“团队用“清流智能控制”—— AI “当选”生态保护领域优胜项目，鱼闸守护南水北调生态安全新防线项目。

情景困扰：生物入侵发现滞后，治理成本高企

研究发现，以南水北调东线工程为例，过去 30 在过去的几年里，大多数维度的鱼类多样性指数呈下降趋势。喜流水鱼和鱼食性鱼各自减少了。 50% 和 样本湖中36%的鱼群逐渐趋于同质化。更严重的是，通过对历史参考文献的对比分析，发现长江河口性物种的甲壳类，如沙蚕类和拟背尾水虱，都是沿着调水的水质发现的，部分物种已经发展成调水湖中的优势物种。毫无疑问，这给我们敲响了生态安全的警钟。

水利部发展研究中心也发表文章，指出水生态安全隐患的重要性，建议加强南水北调通水生生物的生态特性研究和长期监测分析。但是，众所周知，一旦发生生物入侵，再次干涉将付出沉重的环境成本和治理成本。生物入侵，尤其是鱼的入侵，不仅会改变原有的食物网络结构，占领和挤压水中的原始生物，还会改变水中的温度和溶解氧，进而影响土壤生物的生活环境，同时还可能携带病原菌传播疾病。

因此，如何提前发现生物入侵，在问题被放大之前及时止损，已经成为我们迫切需要解决的问题。而“不爱吃鱼”团队提出的解决方案就是针对这个痛点而设计的。

“在流域途中设置监控点，准确识别入侵物种。对于有入侵风险的生物，通过实时预警和机械匝道阻止它们进入下一个水域。”这是一个不喜欢吃鱼的团队提出的解决方案，以发现外部的生物入侵。

据报道，在技术实现方面，该团队开发了一种新型防线设备，专门用于保护南水北调生态安全。该设备利用海底相机和声纳系统收集数据，并通过目标检测和识别网络。YOLO 模型准确识别入侵物种。

技术难点：水下环境复杂，生物入侵识别难度加大

不爱吃鱼的团队提出的方案是在问题爆发前有效阻止和处理生物入侵和发现外部。但是具体实施策略并不容易，不爱吃鱼的团队确实遇到了一些技术问题。最突出的问题出现在“识别系统”的优化上，因为水下环境太复杂，光照条件差，水质浑浊等因素导致图像质量差，增强了生物入侵的识别难度。

所以，不爱吃鱼的队伍不断优化 YOLO 通过迁移学习和数据增强技术，识别模型可以提高模型在复杂水环境中的鲁棒性和准确性，对原始图像进行一系列转换，增加水下模糊和噪声效果，从而扩大训练数据集，提高模型识别能力。"

该团队还将多模态数据与声纳数据和图像数据相结合，以提高识别的准确性和可靠性。目前，为了保证训练环境和部署环境的一致性，继续进行进一步的训练。

另外，马子伟告诉钛媒体 App，团队遇到的第二个问题是“即时数据的收集和处理”。从数据计算的角度来看，需要高效的数据传输和处理量来实时收集和处理大量数据，但现实是这些地区的网速在南水北调沿线无法得到有效保证，网络延迟较高。方案的落地需要减少对低延迟和高带宽的需求。

“主要采用边缘计算和分布式处理两种方法。第一个边缘计算是在检测点部署边缘计算设备，进行实时数据处理和分析，从而减少数据传输的延迟；二是采用分布式处理技术，将数据处理技术分散到多个节点，提高系统的处理效率和容错性。”马子伟说。

结果：成本降低三倍，生物入侵识别准确率接近 95%

项目实施初期，受测试集数据规模的限制，团队收集了十几条鱼种上千张左右的照片进行练习，测试准确性可以稳定。 80%-90%。根据计划，系统识别可以在项目进行的第四个月到第六个月实现。 95% 以上。

从成本上来说，这种新型的南水北调生态安全防线设备一般包括训练模型、安装等价格。 10 万。与传统的“亡羊补牢”式补救方案相比，这套创新装置在成本控制方面有了很大的提高。“根据我们的估计，南水北调路上生物入侵的发生率大概可以达到。 10% 上下，换句话说，年成本至少应该可以降低。 3 倍数，我们相当于预防针的作用。"马子伟介绍。

然而，生物入侵早期预警的价值不能用简单的成本来衡量。及时阻止入侵的最大价值在于保护环境免受破坏。因为一旦外来物种入侵并随意繁殖，就会对当地的生态系统造成不可逆转的破坏，修复之路会很长。通过提高入侵防御的响应速度和准确性，该方案可以有效遏制生物入侵。

马子伟还表示，目前团队的样本采集工作主要集中在鱼类上，未来的计划将进一步扩大可识别物种的多样性，以应对更广泛的生态挑战。(本文首发钛媒体 APP 作者 | u200c秦聪慧)

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