生態(tài)環(huán)境部衛(wèi)星環(huán)境應(yīng)用中心科研人員在野外使用無人機(jī)采集物種數(shù)據(jù)。受訪者供圖

“五基”體系模型。本報記者 劉發(fā)為攝

生態(tài)環(huán)境部衛(wèi)星環(huán)境應(yīng)用中心科研人員在野外監(jiān)測生物多樣性。受訪者供圖

在江蘇省鹽城市大豐區(qū)黃海濕地野鹿蕩，成群麋鹿正在嬉戲、覓食。張連華攝（人民圖片）

生物多樣性讓地球充滿生機(jī)，是人類賴以生存和發(fā)展的基礎(chǔ)。生物多樣性監(jiān)測是生物多樣性保護(hù)的基礎(chǔ)。目前，在生物多樣性監(jiān)測方面，有許多技術(shù)不斷被應(yīng)用到實踐中，其中，遙感技術(shù)具有高時空分辨率、高精度、多尺度動態(tài)監(jiān)測的優(yōu)勢，逐步成為國內(nèi)外生物多樣性監(jiān)測的重要技術(shù)手段，覆蓋天地空的立體“慧眼”為生物多樣性保護(hù)貢獻(xiàn)了科技力量。

一張立體網(wǎng)

“以前，對生物多樣性的調(diào)查和監(jiān)測大多通過人工在地面進(jìn)行，范圍有限、耗時耗力、效率不高�！比珖�政協(xié)委員、生態(tài)環(huán)境部衛(wèi)星環(huán)境應(yīng)用中心（以下簡稱“衛(wèi)星中心”）首席科學(xué)家高吉喜告訴記者，“近年來，我們創(chuàng)新搭建起‘五基’體系，這一技術(shù)理念和手段在生物多樣性調(diào)查和監(jiān)測中效率更高、范圍更大，也更可持續(xù)�！�

遙感是通過非接觸的方式獲取物體信息的一種技術(shù)手段。“當(dāng)前大家熟知的遙感技術(shù)主要停留在衛(wèi)星遙感上。”高吉喜說，“五基”體系將天基衛(wèi)星、空基遙感、低空無人機(jī)、走航巡護(hù)、地基移動/固定平臺融為一體，拓展了傳統(tǒng)遙感的應(yīng)用范圍，其中，空基遙感以高塔為搭載平臺，走航巡護(hù)以車輛為搭載平臺，加上地面觀測，能夠直觀監(jiān)測到植物群落，識別并跟蹤大型哺乳動物的活動軌跡，“‘五基’體系在生物多樣性監(jiān)測中非常有優(yōu)勢”。

“五基”體系的搭建并非一日之功，衛(wèi)星中心持續(xù)做了多年探索。衛(wèi)星中心生物多樣性遙感監(jiān)測評估中心主任萬華偉，十多年前就曾做過相關(guān)的嘗試。當(dāng)時，她和團(tuán)隊成員注意到外來入侵物種互花米草在廣西擴(kuò)散的消息后，聯(lián)合當(dāng)?shù)貓F(tuán)隊，通過高分辨率衛(wèi)星和無人機(jī)遙感手段摸清了互花米草的分布范圍和擴(kuò)散趨勢，為科學(xué)治理提供了技術(shù)支撐。

也是在幾年前，萬華偉還曾和北京大學(xué)呂植團(tuán)隊合作，利用高分辨率衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)對雪豹棲息地進(jìn)行監(jiān)測，通過獲取高精度地表覆蓋狀況及人類活動情況，結(jié)合已有的地面調(diào)查，分析出哪些地方更適宜雪豹生活以及這些適宜棲息地之間的連通狀況，為進(jìn)一步開展地面雪豹監(jiān)測和生態(tài)廊道規(guī)劃等出謀劃策。

衛(wèi)星中心副主任周海麗告訴記者：“隨著我國高分系列衛(wèi)星的發(fā)射，高分辨率的地表觀測數(shù)據(jù)頻次不斷增加，高光譜、激光雷達(dá)等新型載荷的出現(xiàn)為天空地一體化監(jiān)測提供了衛(wèi)星數(shù)據(jù)保障，數(shù)據(jù)處理技術(shù)的提高也為物種多樣性直接監(jiān)測提供了可能。再加上定點音視頻、紅外相機(jī)、無人機(jī)高清相機(jī)等地基監(jiān)測技術(shù)與設(shè)備，可從物種、群落、景觀和生態(tài)系統(tǒng)等不同角度對生物多樣性進(jìn)行長時序、多層次的全面監(jiān)測與系統(tǒng)研究，對更全面掌握生物多樣性狀況，以及分析典型區(qū)域、重要類群的中長期變化態(tài)勢十分有幫助�！�

天上有衛(wèi)星，高塔上有觀測設(shè)備，低空中飛起無人機(jī)，再加上移動走航車和地面監(jiān)測設(shè)備，一張生物多樣性監(jiān)測的立體網(wǎng)搭建起來了。

“‘五基’體系并不是由多種監(jiān)測平臺、載荷和技術(shù)方法簡單羅列、堆積構(gòu)建的監(jiān)測體系，而是從生態(tài)遙感監(jiān)測需求出發(fā)，通過裝備、數(shù)據(jù)和應(yīng)用等多種協(xié)同技術(shù)，將監(jiān)測過程中每個節(jié)點相互聯(lián)結(jié)，構(gòu)建形成的多維度、多節(jié)點、非線性的復(fù)雜監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)�！备呒�喜說，這需要多方協(xié)作，整合利用各級、各類、各區(qū)域已有生物多樣性地面調(diào)查和監(jiān)測的數(shù)據(jù)，借助天空地一體化生物多樣性立體監(jiān)測方法，形成常態(tài)化生物多樣性保護(hù)監(jiān)督監(jiān)測機(jī)制。

一個數(shù)據(jù)庫

怎樣對一個地方的生物多樣性實施更有針對性的保護(hù)？首先要對這里的生物物種有全面準(zhǔn)確的了解和掌握。而要做到這一點，在許多人不能至的地方，僅靠傳統(tǒng)的近距離觀測很難實現(xiàn)。此時，遙感的優(yōu)勢就充分顯現(xiàn)了出來。

有了“五基”體系搭建的立體網(wǎng)，監(jiān)測更加容易了，但也有一個新的問題擺在面前，如何讓監(jiān)測的結(jié)果更加準(zhǔn)確？

監(jiān)測數(shù)據(jù)組成的數(shù)據(jù)庫必須體量足夠大，在此基礎(chǔ)上利用人工智能技術(shù)訓(xùn)練更準(zhǔn)確的模型，才能讓物種識別更加準(zhǔn)確。

目前，在業(yè)內(nèi)用無人機(jī)或固定點位紅外相機(jī)拍照識別動物物種已經(jīng)有諸多探索，但用無人機(jī)拍照識別植物物種信息，還少有人嘗試。

這兩年，為了這件事，衛(wèi)星中心的許多人沒少往內(nèi)蒙古自治區(qū)的大草原跑。

“要做好這件事情不容易，但我們都覺得這是十分值得做的一件事情�！备呒�喜說。

初次見到衛(wèi)星中心生物多樣性遙感監(jiān)測評估中心的王永財，小麥色的皮膚是給記者留下的第一印象，這是他經(jīng)常到野外工作留下的印記。最近這幾年，王永財每年夏天都花大把時間“泡”在內(nèi)蒙古。“去年前前后后加起來，我差不多有一個半月的時間是在內(nèi)蒙古進(jìn)行監(jiān)測工作�！蓖跤镭斦f。

在內(nèi)蒙古草原，王永財和同事們主要的工作就是進(jìn)行數(shù)據(jù)收集，對草原草種、草場長勢及其健康狀況等進(jìn)行跟蹤監(jiān)測，并建立草原基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)對草原牧草生長、植被覆蓋度及草原“三化”情況的動態(tài)監(jiān)測，及時準(zhǔn)確掌握各階段草原植被生長及草原利用情況，科學(xué)評價草原生態(tài)狀況。

截至目前，相關(guān)數(shù)據(jù)已經(jīng)收集了相當(dāng)一部分，基于數(shù)據(jù)庫搭建的平臺已經(jīng)有了初步的架構(gòu)——草地植物智能識別系統(tǒng)、草地參數(shù)遙感反演系統(tǒng)都已經(jīng)開發(fā)完成。

“根據(jù)已有數(shù)據(jù)庫，對內(nèi)蒙古草原試點地區(qū)內(nèi)超半數(shù)的植物物種，識別準(zhǔn)確率已經(jīng)能超過八成。”萬華偉說。

數(shù)據(jù)的多少直接影響著數(shù)據(jù)庫的質(zhì)量，數(shù)據(jù)庫的質(zhì)量直接影響著識別的準(zhǔn)確率。為了在更短時間內(nèi)充實這個數(shù)據(jù)庫，衛(wèi)星中心又有了新行動�！拔覀儨�(zhǔn)備在試點區(qū)域建設(shè)小型無人機(jī)機(jī)場，目前選址已經(jīng)完成，機(jī)場建好后，我們可以在北京遠(yuǎn)程遙控?zé)o人機(jī)起降，數(shù)據(jù)采集的能力將大幅提升�！毙l(wèi)星中心生物多樣性遙感監(jiān)測評估中心肖翠博士說。

一批新工具

衛(wèi)星遙感功能更加精細(xì)完善，無人機(jī)近地面遙感方興未艾，一批又一批新工具不斷涌現(xiàn)，守護(hù)生物多樣性的“慧眼”更加立體、更加明亮。

在衛(wèi)星中心無人機(jī)實驗室，呈現(xiàn)在記者眼前的，是大小不同、形態(tài)各異的無人機(jī)及載荷設(shè)備：有續(xù)航可以達(dá)到4個多小時的中型固定翼無人機(jī)，也有可以垂直起降、靈活多變的多旋翼無人機(jī)；有常見的CCD光學(xué)成像設(shè)備，也有高精尖的高光譜設(shè)備。這個展廳，是生態(tài)環(huán)境低空遙感監(jiān)測設(shè)備的一個縮影。

“通過不同的飛行平臺搭配相應(yīng)的載荷，可以滿足不同的生態(tài)環(huán)境監(jiān)測需求，使生態(tài)環(huán)境遙感監(jiān)測更加靈活多變、快速高效�！毙l(wèi)星中心航空部技術(shù)人員吳強(qiáng)說。

除了不斷升級迭代的無人機(jī)設(shè)備，這些年，衛(wèi)星中心應(yīng)用于生物多樣性監(jiān)測的其他工具也不斷出新。

在衛(wèi)星中心大樓門口，停著一輛外觀看來并無特殊的越野車�！斑@是由高吉喜率領(lǐng)團(tuán)隊自主研制的多功能生態(tài)移動巡護(hù)車，2022年8月完成了研制工作，到目前一直在結(jié)合業(yè)務(wù)需求進(jìn)行迭代升級。我們自主研發(fā)了多模態(tài)動物識別模型和超分辨率重建小目標(biāo)識別模型，可對野生動物種群進(jìn)行智能識別、計數(shù)與追蹤。”衛(wèi)星中心生態(tài)環(huán)境空間數(shù)據(jù)中心負(fù)責(zé)人曹飛說，移動巡護(hù)車已陸續(xù)赴北京、內(nèi)蒙古、青海、山東等地開展現(xiàn)場試驗，均取得良好效果。

按下遙控器上的按鈕，搭載監(jiān)測設(shè)備的四足機(jī)器人便可自主行進(jìn)，記者眼前這個新工具，能夠在內(nèi)蒙古草原植物多樣性調(diào)查時替科研人員“跑腿”，實現(xiàn)對草原植物的觀測、拍照和圖像回傳，提高監(jiān)測效率。萬華偉說，這是由衛(wèi)星中心牽頭研制的草地生物多樣性移動監(jiān)測平臺，頂部搭載360度可見光相機(jī)，通過獲取高清照片進(jìn)行入侵物種、退化指示物種、珍稀瀕危物種等重要物種的識別，獲取生物多樣性狀況，目前正推進(jìn)技術(shù)升級迭代，提升設(shè)備負(fù)載能力、移動里程，增加適用場景，同時配套開發(fā)物種AI識別模型，更好開展生物多樣性保護(hù)的智能化調(diào)查與監(jiān)測。

新理念、新技術(shù)正給生物多樣性監(jiān)測帶來更多令人欣喜的改變�！拔覀兿Ｍ�通過不斷努力，提高生物多樣性的監(jiān)測水平，助力昆明—蒙特利爾全球生物多樣性框架落到實處�！敝芎｛愓f。

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