本技术属于海洋监测技术领域,特别是一种利用Transformer模型的海洋生物种群异常监测技术与系统。该技术通过收集多个监测点的海洋生物数据,结合遥感卫星数据,利用深度学习算法进行分析,以识别和预警海洋生物种群的异常变化。
背景技术
海洋生物种群监测是理解海洋生态系统动态变化、评估环境健康状况以及应对全球气候变化的基础性工作。根据联合国《生物多样性公约》的报告,海洋中已描述的物种数量超过240,000种,但实际数量可能高达数百万,其中许多物种尚未被发现或研究。这些生物的数量和分布直接影响着整个海洋生态系统的平衡。
然而,全球气候变化和人类活动正在对海洋生物种群造成严重威胁。根据《政府间气候变化专门委员会(IPCC)》的报告,海洋变暖和酸化已导致珊瑚白化事件频发,全球约14%的珊瑚礁在2009年至2018年间消失。此外,联合国粮农组织(FAO)的《2022年世界渔业和水产养殖状况》报告指出,全球约35%的渔业资源被过度捕捞,鱼类种群数量持续下降,威胁着全球粮食安全和数百万人的生计。
在海洋环境中,不同物种的活动受到气候变化、海洋洋流和人类活动等因素的多重影响,数据特征间存在显著的非线性关系,这给数据分析和监测系统的设计带来了新的挑战。传统的生物监测技术主要基于统计学分析和生态模型,这些方法在数据维度较低或时间范围有限的情况下表现良好,但当面对海洋生物种群监测中大量非结构化数据时,其效果就显得力不从心。尤其是海洋生物种群存在显著的不均衡现象,部分物种因栖息地受限或环境变化而变得数量稀少,而另一些物种则会在特定环境中大量繁殖。
数据复杂且特征筛选困难:海洋生物种群监测数据的复杂性主要体现在数据的多维性和高噪声。海洋环境中不同生物种群的活动受到诸如温度、盐度、洋流等多种因素的影响,各因素之间呈现出高度非线性的关系。这些多维数据中存在大量冗余信息和噪声,使得有效提取对监测结果有用的关键特征变得异常困难。传统方法依赖于经验知识和简单统计手段进行特征选择,但这不仅费时费力,还可能忽略一些隐含的重要信息。基于门控制机制的自适应特征筛选能够自动选择最具代表性的特征,减少数据噪声的干扰,提高模型对复杂数据的处理能力。
种群数量不均衡导致监测精度低:海洋生物种群的不均衡现象严重影响了异常监测的效果。现有的监测方法大多基于数据驱动的机器学习模型,这些模型在面对极度不均衡的数据集时往往对多数类物种表现良好,但对于少数类物种的检测效果则较差。而往往这些少数类物种对生态系统的健康状况有着重要的指示作用,忽略它们可能导致错误的判断。通过基于门控制机制的Transformer模型,可以更有效地处理不均衡数据,通过动态分配特征权重来提升模型对少数类物种的识别能力,从而提高异常检测的精度和可靠性。
因此,如何在如此不均衡的数据背景下有效地识别和预测种群异常是目前亟待解决的难题。
实现思路