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鸟类鸣声在鸟类系统学研究中的作用初探

动物分类学报 1999年第4期24卷 461-466页

作者：雷富民中国科学院动物研究所北京100080

报道了近年来建立了鸟类鸣声基础上的鸟类系统学研究新方法，新思路及其意义。鸟声不仅是鸟类很重要的行为表现，而且可应用于鸟类系统学研究，尤其对于物种界限的确立，亲缘种，姊妹种的区别以及推测新种形成的种系发生及其亲缘关系等... 详细信息

报道了近年来建立了鸟类鸣声基础上的鸟类系统学研究新方法，新思路及其意义。鸟声不仅是鸟类很重要的行为表现，而且可应用于鸟类系统学研究，尤其对于物种界限的确立，亲缘种，姊妹种的区别以及推测新种形成的种系发生及其亲缘关系等方面有一定的意义。

关键词：鸟类鸣声鸟类系统学地理变异

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鸟类鸣声特征提取及音素分类研究

鸟类鸣声特征提取及音素分类研究

作者：任芳首都师范大学

学位级别：硕士

人类活动对生物圈的影响越来越大,空气被污染,森林在缩小,土地在流失,生物种群在减少。很多生物种群在渐渐消失,预示着生态环境的变化。鸟类作为野生动物的一个重要类群,也在承受着环境变化对它的影响,世界上12%的鸟种濒临灭绝的危险。... 详细信息

人类活动对生物圈的影响越来越大,空气被污染,森林在缩小,土地在流失,生物种群在减少。很多生物种群在渐渐消失,预示着生态环境的变化。鸟类作为野生动物的一个重要类群,也在承受着环境变化对它的影响,世界上12%的鸟种濒临灭绝的危险。就目前看全世界共有9700多种鸟,中国就有1244种鸟,944个亚种,鸟的种类繁多,可作为生态环境好坏的指向标。监测一个地区的鸟种变化,可间接反映一个地区的环境变化。传统的鸟类监测的方法是依靠鸟类专家人工听鸟鸣声的方法鉴别鸟的类别。但是随着传感器技术的发展以及计算机技术的不断进步,鸟声监测已经开始向鸟鸣声的自动监测识别转化。本文在分析鸟鸣声鉴别方法的基础上,初步实现了鸟鸣声特征提取和鉴别,其主要贡献如下：（一）介绍了鸟鸣声预加重与分帧加窗等鸣声预处理过程的实现方法,并在Matlab环境下,选用适合鸟类鸣声特点的参数,编程实现;（二）通过对传统的维纳滤波算法与小波分析去噪对比分析,从波形图、信噪比、均方根误差等评价指标,验证了小波分析去噪更适合鸟鸣声;（三）提出了基于时频特征的音素分割方法,用短时过零率与短时能量作为门限变量,提高了音素分割的准确性;（四）提出了基于时域和频域的综合鸟鸣声特征提取方法,替代了传统的仅从时域或频域进行鸣声特征提取的方法,提高了识别特征的差异性和代表性,增加了分类识别的有效性和准确率;（五）配合提取的鸣声特征向量,采用无组织映射神经网络,构建了352个输入神经元、一个隐含层和10个输出神经元的神经网络结构,实现了鸟类鸣声音素的自动分类;（六）利用Matlab提供的图形用户界面设计并开发了鸟类鸣声处理分析用户软件,该软件界面友好,操作简单方便,实现了鸣声读取、鸣声去噪、特征提取、音素分割、分类识别等部分算法功能,为本文的实验研究提供了操作平台。

关键词：鸟类鸣声音素分割自组织映射神经网络分类识别

基于深度学习和多维特征融合的鸟类鸣声分类识别研究

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基于深度学习和多维特征融合的鸟类鸣声分类识别研究

作者：曹磊华东师范大学

学位级别：硕士

声音是生物学上重要的生态特征,了解声音的特征,对语音识别等领域具有重要意义,目前基于人的声音的语音识别研究非常丰富,而关注于鸟类鸣声识别的研究却很少,鸟鸣识别相关的研究成果在自然保护区内的鸟类物种信息采集、鸟类行为分析、... 详细信息

声音是生物学上重要的生态特征,了解声音的特征,对语音识别等领域具有重要意义,目前基于人的声音的语音识别研究非常丰富,而关注于鸟类鸣声识别的研究却很少,鸟鸣识别相关的研究成果在自然保护区内的鸟类物种信息采集、鸟类行为分析、生态环境检测等方面具有很大作用。特别是对于自然保护区信息采集领域,传统的信息采集多是以人工为主,通过对鸟类特征的观察来确定鸟的种类,费时又费力,如果能够通过鸟鸣声进行鸟的种类识别,那么将节省很多工作。由此可见,基于鸟类鸣声的分类识别研究至关重要。本文提出了一种基于深度学习和多维特征融合的鸟类鸣声分类算法,通过鸣声语图转换和特征提取,再结合深度学习模型,从而实现通过鸟鸣声进行鸟类物种的识别。本文的主要工作及特色包括:1.利用不同数据集构建多种鸣声语图样本库。本文基于上海市崇明东滩及其周边常见的26种鸟类构建了自建数据集,并采用其他两个公开数据集,共同组成本文的鸟类鸣声数据集。本文首先对鸣声信号进行预处理,得到质量更高的鸣声数据,然后利用时频分析方法生成STFT语图、Mel语图、Chirplet语图三种类型的语图样本库,每种语图样本库均包含60967张语图。语图样本库是本文进行鸟类鸣声识别研究的基础。2.设计了一种基于Res Net50-CNN-GRU的鸟类鸣声分类方法。本文通过对比不同迁移模型的特征提取能力,发现Res Net50迁移模型在鸟类鸣声特征提取方面具有独特的优势,然后利用门控循环单元（GRU）对序列化数据的处理能力,再结合卷积神经网络（CNN）设计了一种基于CNN-GRU的鸟类鸣声分类模型。基于此,本文形成了一种基于Res Net50-CNN-GRU的鸟类鸣声分类方法。3.本文提出一种基于多维特征融合的鸟类鸣声识别方法。不同的语图能够反映鸟类鸣声的不同特征,将不同语图特征中的优势特征进行融合,能够得到新的融合特征。实验表明,融合特征比单一特征具有更好的分类性能,在不同的迁移模型和数据集上都能得到验证,说明该方法对鸟类鸣声识别效果的改善是可行有效的。实验结果表明,本文提出的识别算法较传统的鸟类鸣声分类方法具有更好的分类效果,本文提出的多维特征融合算法对分类效果的改进在多种迁移模型都能得到验证。

关键词：鸟类鸣声深度学习门控循环单元特征融合

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褐鹛属鸟类的鸣声特征及种间比较

动物学杂志 2023年第5期58卷 669-686页

作者：李悦邓梦先冯莹莹范仕祥付满陈少莲罗旭西南林业大学生物多样性保护学院云南省高校极小种群野生动物保育重点实验室昆明650224 江西省林业科学院野生动植物保护研究所南昌330032 云南省西双版纳傣族自治州勐腊县县级自然保护区管护所勐腊666300

在雀形目鸟类系统分类和进化研究中,鸣声有重要作用。褐鹛属(Fulvetta)是近年从雀鹛类(Alcippe)独立的属,其鸣声特征及种间差异尚缺乏定量研究。我们于2016至2022年在野外录制了该属7种463只个体的鸣声,包括棕头雀鹛(***,n=64)、褐头雀... 详细信息

在雀形目鸟类系统分类和进化研究中,鸣声有重要作用。褐鹛属(Fulvetta)是近年从雀鹛类(Alcippe)独立的属,其鸣声特征及种间差异尚缺乏定量研究。我们于2016至2022年在野外录制了该属7种463只个体的鸣声,包括棕头雀鹛(***,n=64)、褐头雀鹛(***,n=71)、白眉雀鹛(***,n=124)、中华雀鹛(***,n=64)、路氏雀鹛(***,n=33)、灰头雀鹛(***,n=84)和玉山雀鹛(***,n=23)。基于野外行为观察,将鸣声区分为鸣叫和鸣唱,并将鸣叫分为联络鸣叫、呼唤鸣叫、报警鸣叫及觅食鸣叫4种类型。对鸣唱的声谱图进行人工检视,划分为1~8种鸣唱型。采用多变量方差分析(MANOVA)比较鸣声参数种间差异,显示最高频率、最低频率、峰频率、句子持续时间、频率宽度、平均熵6个参数在该属7种间均有显著性差异。将7种褐鹛鸣声特征的马氏距离与种间遗传距离进行Mantel检验,表明鸣唱特征与种间遗传距离呈正相关(r=0.51,P=0.01),但鸣叫特征与遗传距离无显著相关性(r=0.028,P=0.45);系统发育信号分析表明,有4个鸣唱特征和2个鸣叫特征系统发育保守,这表明褐鹛属鸟类的鸣唱比鸣叫更具物种特异性、系统发育信号更强,亲缘关系越近的物种鸣唱特征越相似。基于具有较强系统发育信号的6个鸣声特征参数对7种褐鹛进行聚类分析,结果与分子系统发育关系大体一致。本研究揭示了褐鹛属7种鸟类的鸣声特征及其种间差异,为该类群鸟类的鸣声演化提供了基础资料。

关键词：褐鹛属鸟类鸣声鸣声特征系统发育

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鸟类羽色和鸣声演化速率的纬度变化

生态学杂志 2016年第11期35卷 3112-3117页

作者：潘晓雨夏灿玮张雁云北京师范大学生命科学学院生物多样性与生态工程教育部重点实验室北京100875

生物多样性随纬度而变化是自然界的重要现象,而生物的性状差异是生物多样性最直接的体现。鸟类的羽色和鸣声在保卫领域、吸引配偶时起着重要作用,与物种形成和性选择联系密切。本文综述了鸟类羽色和鸣声演化速率随纬度变化的规律,探讨... 详细信息

生物多样性随纬度而变化是自然界的重要现象,而生物的性状差异是生物多样性最直接的体现。鸟类的羽色和鸣声在保卫领域、吸引配偶时起着重要作用,与物种形成和性选择联系密切。本文综述了鸟类羽色和鸣声演化速率随纬度变化的规律,探讨了影响其演化速率的因素。影响鸟类性状演化速率的因素包括近缘姊妹种的竞争、有效种群大小、繁殖期、世代周期等。分布区重叠的姊妹近缘物种的种间竞争和避免杂交的压力大,可促进性状的快速分化;小种群遗传漂变速度快,加快性状的演化;高纬度地区鸟类繁殖期短,性选择压力强,加剧性选择性状的演化;世代时间对性状演化的积累有决定性影响。基于美洲鸟类的研究,高纬度地区近缘种羽色和鸣声的演化更快。本文提出,在性状演化的研究中,需要充分考虑亲缘谱系的影响和解释变量的选择,并建议尝试从鸟类可感知的角度衡量性状的演化,关注羽色和鸣声的相互影响及其对性状演化速率的作用,增加对亚洲地区鸟类的研究。

关键词：羽色鸟类鸣声姊妹种纬度梯度

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基于鸟鸣声及深度学习的鸟类识别方法研究

科技通报 2021年第10期37卷 24-30,37页

作者：吕坤朋孙斌赵玉晓中国计量大学计量测试工程学院杭州310018

针对基于鸟鸣声的鸟类识别问题,提出一种基于自适应最优核时频分布(adaptive optimal kernal,AOK)与卷积神经网络(convolutional neural network,CNN)的鸟类识别方法。首先对采集的鸟鸣声信号进行预处理,获取对应鸟类的音节后对样本进... 详细信息

针对基于鸟鸣声的鸟类识别问题,提出一种基于自适应最优核时频分布(adaptive optimal kernal,AOK)与卷积神经网络(convolutional neural network,CNN)的鸟类识别方法。首先对采集的鸟鸣声信号进行预处理,获取对应鸟类的音节后对样本进行数据增强处理,然后通过AOK时频分析方法,得到鸟鸣声音信号的自适应频谱图,分析鸟鸣声信号不同时间和不同频率下的能量分布,通过时频谱图对卷积网络模型进行训练,并进行实时预测。对20种常见鸟类的实验表明,在少量初始样本的情况下,总体识别率也可达到95.5%,并且通过对同一科目和不同科目下的鸟类鸣声分析发现,采用时频图结合卷积神经网络的方法对鸟类鸣声进行识别,提取的特征参数代表性更强,识别准确较好,具有较好泛化性。

关键词：鸟类鸣声数据增强自适应最优核时频分布模式识别

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灰眉岩鹀种群内鸣声的空间格局

生态学杂志 2011年第6期30卷 1131-1136页

作者：夏灿玮王乙霞覃歆何田张雁云北京师范大学生命科学学院北京100875

对灰眉岩鹀(Emberiza godlewskii)种群内鸣声的空间格局进行了研究。共获得24只个体的录音,平均每个个体录音34句。每个句子有多个音素构成,依据音素的形态,将其划分为7种类型,计算每种类型的音素在个体鸣唱中出现的比率。依据个体使用... 详细信息

对灰眉岩鹀(Emberiza godlewskii)种群内鸣声的空间格局进行了研究。共获得24只个体的录音,平均每个个体录音34句。每个句子有多个音素构成,依据音素的形态,将其划分为7种类型,计算每种类型的音素在个体鸣唱中出现的比率。依据个体使用不同类型音素比率的差异,计算个体间的鸣声相异性指数。结果表明:邻居间鸣声的相异性指数(0.224±0.076)与非邻居间(0.245±0.050)无显著差异(T检验,P=0.095);鸣声相异性指数与空间距离无线性相关性(Mantel检验,P=0.227)。本研究区内灰眉岩鹀鸣声空间格局缺乏规律性,可能是生境受人为干扰严重,种群年际间个体变动大所致。

关键词：鸟类鸣声扩散相异性

基于ARM和3G的湿地鸟鸣采集与传输系统开发

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基于ARM和3G的湿地鸟鸣采集与传输系统开发

作者：任嘉琛西北农林科技大学

学位级别：硕士

湿地是自然界之中生物多样性丰富的生态系统,具有洪水调蓄、气候调节、水源涵养等重要的生态功能,被称为“自然之肾”。湿地野生动物中鸟类是最具代表性的类群,是湿地生态系统重要组成部分。鸟的种类确定对湿地生物多样性和生态平衡提... 详细信息

湿地是自然界之中生物多样性丰富的生态系统,具有洪水调蓄、气候调节、水源涵养等重要的生态功能,被称为“自然之肾”。湿地野生动物中鸟类是最具代表性的类群,是湿地生态系统重要组成部分。鸟的种类确定对湿地生物多样性和生态平衡提供了重要的依据。鸟类的鸣声所具有物种的特性,是识别鸟类的重要依据。因此,做好湿地鸟类监测调查,对维持湿地基本生态,改善我国生态环境具有重大意义。为了提供一种性能优良、成本低廉,且能无线远程采集传输鸟鸣的监测系统,在分析现有音频采集处理系统架构与3G无线数据传输技术的基础上,研究并设计基于ARM嵌入式平台和3G无线数据传输技术,用于对湿地候鸟的音频信息进行采集与传输。本文的主要工作和结论如下:（1）研究分析现有相关研究成果的优点与不足,根据鸟鸣采集和传输的需求,提出了ARM嵌入式平台结合3G上网模块和太阳能供电模块的设计方案。（2）考虑系统整体成本和性能等方面的因素,进行了相关软硬件结构设计。选定了嵌入式平台、处理器、音频传感器的型号,3G网络模块型号和3G传输制式,太阳能模块型号。（3）根据开发系统的需求选择嵌入式Linux操作系统作为ARM开发板的操作系统,并对嵌入式Linux操作系统进行了移植,编译BootLoader启动引导程序,对Linux系统内核进行相关剪裁、配置和编译,制作yaffs2格式根文件系统,完成了系统移植。（4）为ARM开发板进行了鸟鸣采集程序设计,实现了ARM开发板的鸣声采集功能。对3G上网模块的驱动进行了编辑和加载,并编写了拨号上网脚本,实现了在嵌入式开发板进行3G拨号上网功能。为ARM开发板进行了数据无线传输应用程序设计,实现了ARM开发板的鸣声数据传输功能。设计了太阳能供电模块架构,实现了鸟鸣采集传输系统的长期电源供给。为鸟鸣监控系统搭建了VPN服务器,实现ARM嵌入式平台连接VPN服务器。（5）对鸟鸣监控系统进行了测试。首先在局域网环境,使用多线程的数据传输方式测试了系统的数据传输性能,结果系统传输速率高、音频清晰,采集稳定。然后在VPN相似网络模型下进行了设计的可行性测试,实现数据的端对端传输的可行性。最后进行了系统的综合测试,本文提出的系统方案可实现实时鸟鸣监测,为后续研究奠定基础。

关键词：鸟类鸣声音频采集 3G 嵌入式系统远程数据传输

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基于声音指数的鸟类多样性监测

生物学通报 2017年第11期52卷 1-5页

作者：伦可环张雁云夏灿玮北京师范大学生命科学学院北京100875

鸟类运动能力强,且对生境变化敏感,常作为环境指示物种。鸣声是鸟类重要的通讯方式,其特征具有物种特异性。随着野外录音及鸣声分析技术和设备的快速发展,从录音中自动提取反映鸣声特征的参数,快速评估鸟种多样性已成为可能。相比于传... 详细信息

鸟类运动能力强,且对生境变化敏感,常作为环境指示物种。鸣声是鸟类重要的通讯方式,其特征具有物种特异性。随着野外录音及鸣声分析技术和设备的快速发展,从录音中自动提取反映鸣声特征的参数,快速评估鸟种多样性已成为可能。相比于传统的鸟类调查方法,通过录音监测鸟类,具有方便快捷的优点。对鸣声反映鸟类多样性的理论基础、常用的声音指数,以及该领域的关键技术加以介绍,为鸟类监测提供方法借鉴。

关键词：鸟类多样性鸟类鸣声生物声学保护生物学声音指数