科学通报 | 声光融合助力长江江豚智慧监测与保护管理

近日，中国科学院水生生物研究所联合南京长江江豚省级自然保护区、铜陵淡水豚国家级自然保护区与铜陵三桥建设单位，在《科学通报》发表题为“声光融合的水生生物智慧监测和保护管理技术：以长江江豚为例”的研究论文。研究围绕长江江豚（Neophocaena asiaeorientalis asiaeorientalis，以下简称江豚）构建了融合实时被动声学监测、人工智能识别与无人机影像的智慧管理框架，并通过铜陵跨江桥梁施工预警和南京江豚保护区日常管理两个案例，展示了技术在物种监测、风险干预与公众科普中的应用价值。文章为“循古道尔世纪之路：中国生物多样性研究与保护探索”专辑稿件。

全球生物多样性正面临气候变化与人类活动的双重胁迫。尽管2022年《昆明-蒙特利尔全球生物多样性框架》确立“30×30”目标，但保护区的成效不仅依赖空间覆盖的扩大，更取决于管理水平以及人与自然关系的平衡。相较于陆域，淡水保护区因缺乏物理隔离，常与航运及涉水工程等人类活动高度重叠；且水生生物的高度隐蔽性严重制约了长期监测，导致管理效能挑战骤增。这一矛盾在长江流域尤为显著。作为经济“黄金水道”，高强度的流域开发与特有旗舰物种江豚的栖息地保护存在剧烈的空间冲突。因此，如何破解水下监测瓶颈，实现江豚的及时发现与风险识别，并将监测数据转化为保护行动，已成为提升淡水保护区管理效能的关键。

系统怎么工作？先“听声”，再“见影”

这套系统由现场被动声学传感器、边缘计算与本地处理、云端数据管理与决策支持三个层级构成。布设在水下的水听器阵列全天候“聆听”，人工智能算法自动区分长江江豚的声信号与背景噪声，并利用声音到达不同水听器的时间差，测算出江豚的方位乃至运动轨迹；一旦“听”到江豚，系统便自动规划航线联动无人机飞往目标区域，实时回传航拍影像，完成人工智能识别——水下“听见”的江豚，从此能在画面中“看见”，为行为研究和科普传播积累宝贵资料。所有数据同步上传云端，管理人员通过电脑或手机移动端即可实时掌握（图1）。

图1 声光融合智慧监测与管理系统工作流程

智慧预警：为涉水工程装上“护豚雷达”

在铜陵长江三桥施工案例中，研究团队在施工断面及其上下游布设监测设备，同步记录江豚声信号与水下噪声。系统依据江豚出现情况和噪声风险设置三级预警，分别提示加强观察、降低施工强度或暂停施工，将监测结果及时传递给管理人员，支持施工过程中的动态调整。监测揭示了不同点位江豚活动的时空差异，部分水域呈现明显的夜间活动特征。在现有监测尺度和分析框架下，各点位施工期的24小时累积加权声暴露水平与江豚声学出现概率均未发现显著线性相关关系。这提示实时预警与管理干预可能有助于减轻施工影响，为协调涉水开发与生物多样性保护提供了重要的技术参考。

立体巡护: 打造水陆空协同的“智慧天眼”

在南京长江江豚省级自然保护区，系统进一步整合声学定位、视频监控与无人机巡检，形成水、陆、空协同的三维监测网络。通过持续监测发现，南京保护区不同点位的江豚活动节律和方位偏好存在差异，为掌握栖息地利用特征、安排日常巡护提供了依据。2025年，声学监测与无人机联动运行273天，完成1093次搜索飞行。在经人工确认含有江豚画面的1075次有效测试数据中，视觉算法成功识别1032次，检出率为96%。这一结果展示了声学监测与影像识别协同应用的潜力。系统还具备识别典型涉水违规活动的能力，辅助管理人员及时发现人为干扰。

科普共建：让“微笑天使”真正走进公众视野

智慧监测也为公众了解江豚打开了新的窗口。依托监测体系，南京保护区在2025年开展90场公共生态教育与宣传活动，累计吸引2414人参与。声光联动展示让江豚隐蔽的水下生活变得直观，也为有序开展岸上观测提供了支持。在122份有效问卷中，活动前仅25%的受访者对江豚及其保护知识有较充分了解；活动后，96%表示愿意参加后续保护活动，93%表达了加入自然保护志愿者队伍的意愿。这些反馈显示了监测成果用于科普教育的价值。

两个典型案例表明，声光融合技术的意义不仅在于持续获取数据，更在于缩短从发现风险到采取行动的时间，将物种监测、人类活动管理和公众参与联系起来。该框架为淡水保护区从事后评估走向实时监测与主动干预提供了可行路径，也为全球淡水生态系统的保护与管理提供了科学借鉴。

中国科学院水生生物研究所梅志刚研究员为通讯作者，博士研究生张瑶瑶为论文第一作者。研究得到国家重点研发计划（2024YFF1308800、2022YFF1301603）资助。

文章信息

张瑶瑶, 李威伦, 彭婷婷, 等. 声光融合的水生生物智慧监测和保护管理技术: 以长江江豚为例. 科学通报, 2026, 71(28-29): 6792-6805. DOI: 10.1360/CSB-2026-0643.

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